虚拟现实在医学领域的应用和发展前景

作者：华清远见讲师

引言

虚拟现实是计算机与用户之间的一种理想化的人-机界面形式，是近几年来国内外科技界关注的一个热点，其发展也是日新月异。抛开那些炫酷的娱乐应用，本文将带领大家一起了解一下虚拟现实在医学领域的应用与发展前景。

关键词： 虚拟现实 VR

1. 虚拟现实技术简介

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)，是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在20世纪80年代初提出的，其具体内涵是：综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。通常用户头戴一个头盔(用来显示立体图象的头式显示器)，手持传感手套，仿佛置身于一个幻觉世界中，在虚拟环境中漫游，并允许操作其中的“物体”。 虚拟现实(VR)是近几年来国内外科技界关注的一个热点，其发展也是日新月异。与传统计算机相比，虚拟现实系统具有三个重要特征：临境性，交互性，想象性。虚拟现实技术可广泛的应用于城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害等众多领域，为其提供切实可行的解决方案。

2. VR在医学领域的应用

VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。

(1)手术观摩

通常外科医生的培养要有个漫长的过程，动不动就5年起步，15年标准，一个外科医生的成长和手术观摩是分不开的，一间小小的手术室挤进去二三十个医生去观摩手术，这是非常正常的。这说明了现场观摩手术是在医生培养上非常有需求的。

2016年6月7日，好医术VR团队和上海六院张长青院长合作，第一次在国内实现VR手术APP直播，通过好医术APP向来自20个省区3000多位执业医师进行了手术的现场直播，医生们第一次体验到VR技术给医学教育带来的便利与创新。

2016年11月英国的Mativision直播了其利用VR技术进行手术的过程，25个来自全世界各地的医生，戴着Gear VR观看了Ashok Sethi 医生操作了两个复杂的整形外科手术。

(2)尸体解剖

在医学院校，学生可在虚拟实验室中，进行“尸体”解剖和各种手术练习。用这项技术，由于不受标本、场地等的限制，所以培训费用大大降低。一些用于医学培训、实习和研究的虚拟现实系统，仿真程度非常高，其优越性和效果是不可比拟的。

2016年10月澳大利亚创建了第一个人体VR模型，叫Organon 3D，配合Oculus Rift使用。该模型相当精确，做手术的病人可以先戴上VR头显，好好了解自己的身体，高中学生也能通过VR对医学产生兴趣。甚至有人预测，医学生将不必再围着标本做解剖练习，戴上Oculus Rift就能探索人体。

这个工具很可能是现代教育手段的一个突破口。“我们的学生很难保持注意力集中，因为他们很容易被手机、社交媒体通知等等分心。所以，戴上头显，它给你一种隔绝感，就像待在盒子里边”，教授在采访时说。

比起(解剖用的)尸体，VR模型有自己的优势。“标本被保存在冷藏室里，因此，就算你能保持人体内的所有质感，也无法保持颜色——标本很苍白。这也是为什么很久以前解剖学家就用鲜艳的色彩来绘制人体结构，比如动脉用红色，静脉用蓝色，神经组织用黄色。”

(3)VR让手术中的患者分心缓解痛苦

VR可通过分散患者的注意力来缓解人们的疼痛。《Clinical Journal of Pain》期刊的一篇论文描述了一项研究，他们对11名烧伤患者进行VR辅助治疗，让患者在治疗期间沉浸在VR之中。所有11名患者都表示他们的疼痛感显着下降。在另一个牙科患者的案例研究中，VR能减轻患者的疼痛感，比观看电影更加有效。上海同济大学的研究人员在2016年6月的一篇名为《Advances and Tendencies: A Review of Recent Studies on Virtual Reality for Pain Management》的论文中写道：“由于其沉浸和让人分心的特质，研究人员认为VR可能比传统镇痛方法更安全，更有效。”2016年12月《卫报》报道称，Erin Martucci在此次分娩过程中，戴上三星Gear VR头显通过凝视安宁的海滩和瀑布来减少分娩时的痛苦。在产科医生摘除她的头显之后，她才注意到自己的宝宝已经出生。Martucci的产科医生Ralph Anderson在接受《卫报》的采访时称：在此之前，许多女性会选择把止痛药物注射到脊椎中，让分娩的过程更轻松。但椎管内分娩镇痛法存在副作用的风险。而VR可以帮助部分女性找到自己的聚焦点，并提供一个具有前景的安全替代方法，并且将帮助降低剖腹产率。

(4)VR用于精神分裂症早期诊断

近日，据科学杂志《npj Schizophrenia》报道，来自 Exeter 大学和欧盟资助中心的研究人员创建了一款以镜像游戏为基础的虚拟现实，要求病人模仿电脑化身的动作，通过洞察患者行为中出现的精神障碍迹象提供一个早期的诊断精神分裂症的依据。据称，该方法比临床访谈的结果更准确，同时也不需要支付大脑扫描的昂贵价格。

(5)首家VR医学院在英国成立

英国伦敦的Mativision公司，将VR与医学结合开设一个VR医疗应用的学院。Mativision拥有一个名为VRinOR的平台，专门针对医学教育与训练，通过VRinOR提供的沉浸感与交互操作，学生们可以在VR的环境中更加准确精细地进行手术操作。这个VR医疗学院建成之后，将会成为所属英国利兹PID学院的常规学院。并且，Metavision公司也希望把这种VR医院院的经验向全球推广。

3. 医学教学使用VR的前景

在近期的某开发者大会上，VR教育成了投资商们关注的焦点。从目前东方财富分析报告可看出在去年从事VR相关企业的融资情况来看，VR内容及行业应用占总比投资的百分之六十以上，而目前对于VR教育内容目前最有前景的几个领域包括：医疗培训、科研模拟、公司线上培训、幼儿教育等。其中医学模拟及培训或成未来发展重点。

在医学课上虚拟人体结构，人们戴上VR头显即可将虚拟的三维模型通过眼镜实时的反映在人的眼前，而通过动作捕捉或蓝牙定位系统，人们还可对虚拟三维模型进行控制，例如旋转、移动或变形，同时这个虚拟物体相关数据也可以在眼镜中实时搜索到。学生可将人体模型随意的波动，并可观察除了皮肤机理外，包括骨骼、血管、肌肉结构的所有内容，这不仅将改变医学实验及教学的传统模式，解放学生思想，同时对于未来医学研究及生物解剖也具有深远意义。

随着VR技术的不断发展，这项技术将推动未来医学教学模式巨大变革，未来医学课将可以模拟进入大脑，打开新的神经科学可视化门户。

未来的VR医学将要做的不仅仅是简单的虚拟医学培训，同时还可实现在线医院，将用户病例库累计数据，组建虚拟医院数据库系统，学生对虚拟医院的真实病例分析和练习，让学生可以从真实病人数据模拟操作中得到更直观地学习，从而打造未来以虚拟培训为基础、实践为目的的虚拟医疗体系。