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虛擬現(xiàn)實（virtualreality，VR）技術，是利用計算機創(chuàng)建一個虛擬的三維情景，為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同身歷其境一般，可以實時、無限制地觀察虛擬空間內的事物，并通過人機交互設備對虛擬環(huán)境內物體進行實時操控和設計改造［1］。目前該技術已經在娛樂、機械制造、航空航天等領域取得廣泛應用。然而受醫(yī)學領域專業(yè)性強、知識更新快、進入門檻高等原因，VR技術在醫(yī)學領域的應用還處于起步階段。與傳統(tǒng)醫(yī)學教育培訓方法相比，VR技術有巨大的優(yōu)勢。利用VR開發(fā)系統(tǒng)對醫(yī)學對象進行三維設計，構建虛擬學習情境，再輔助以文字、圖片等補充信息，可高精細度呈現(xiàn)系統(tǒng)預設的學習內容，結合人機交互設備，學生可以漫游在系統(tǒng)構建的虛擬場景中，甚至對場景中的虛擬信息進行操作和設計，從而達到全方位展示學習內容的目標。早在20世紀80－90年代，歐美醫(yī)學研究工作者就開始了對人體虛擬圖像的研究，德國漢堡大學醫(yī)學技術研究所率先創(chuàng)建了3D虛擬人體圖譜并用于醫(yī)學生可視化教學，但仿真程度有限［2］。進入21世紀以來，計算機技術、多媒體技術、仿真技術的迅速發(fā)展和相互融合為構建VR系統(tǒng)提供了強大的技術支持，VR技術用于醫(yī)學教育已經變得觸手可及。

1VR教學的優(yōu)勢和特點

面對醫(yī)療技術突飛猛進的發(fā)展和人們對醫(yī)護水平的更高要求，醫(yī)療崗位對醫(yī)學生的理論知識水平和臨床實踐能力提出了更高標準。通過老師書本授課、模具操作和現(xiàn)場觀摩等方式開展醫(yī)學教學的傳統(tǒng)教學方法，不可避免地存在理論知識抽象難懂、實踐與臨床脫節(jié)等問題。應用VR技術進行醫(yī)學教學，能夠彌補傳統(tǒng)醫(yī)學教學的不足。VR技術可以打造出一個隨時可用的實驗室和近在眼前的觀摩臺，這種逼真的親身經歷和感受是傳統(tǒng)教學方法不能比擬的。用VR技術開發(fā)的虛擬教學平臺可將各種醫(yī)學影像和數(shù)據(jù)信息創(chuàng)建成一個沉浸式的虛擬培訓環(huán)境，學生通過3D人體模型，從視覺、聽覺、觸覺多感官直接觀察人體細節(jié)，并借助多傳感器、頭戴式顯示器（HMD）、體感外設備等工具與虛擬環(huán)境中實物進行互動。這種集視覺、聽覺、操作為一體的虛擬學習系統(tǒng)，可使學生完全沉浸于自主學習的三維虛擬環(huán)境中，通過自身與環(huán)境的交互全方位獲取知識和技能。例如，用VR外科手術系統(tǒng)模擬外科手術。系統(tǒng)可以實現(xiàn)多人同時介入，以協(xié)作方式共同完成一項手術或者以共享模式觀摩一場作業(yè)。在操作時，計算機AI可對學生進行視覺、聽覺、動作的綜合指導，老師或專家也可直接介入進行實時指導［3］。這種教學方式將有助于學生理解醫(yī)學基礎理論，掌握基本臨床技能，對提高分析問題和解決問題的能力起到巨大的促進作用。此外，投資昂貴的實驗對象（尸體、假人、模具等）和器材是醫(yī)學科研機構巨大的負擔，VR技術具有不受標本、場地、時間等等諸多因素的制約，可以使教學培訓活動根據(jù)需要隨時隨地進行，在減少教學費用投入的同時獲得良好教學效果。不僅能大幅降低醫(yī)學科研機構的經濟負擔，而且能有效縮短科研人員的培訓練時間。

2VR技術在醫(yī)療教學領域的應用

2．1模擬教學以強化教學效果

醫(yī)學要求學生記憶的知識點多，學生要想記住書上的知識點很大程度上依靠背誦和老師講解，這種方式需要學生付出很大的努力。利用VR教學系統(tǒng)，老師可為學生選擇一個針對特定知識點的模擬教學情境，學生就可以通過3D視屏動態(tài)演示，人機互動界面操作，對設定的知識點進行學習［4］。例如，學習人體骨骼結構，學生利用虛擬系統(tǒng)的人機交互界面，配合系統(tǒng)機器人的指導和講解，學生可以直接對3D數(shù)字人體進行解剖，身臨其境的觀察特定部位骨骼的結構，這種親身經歷般的感覺可讓學生對所見所聞的知識難以忘懷，有利于提高學習效果。

2．2自主學習以提高創(chuàng)新能力

通過虛擬場景設置智能化虛擬教學，使學生學習由被動接受轉化為主動求知。在虛擬環(huán)境中學生可以自己動手設計學習情境，制訂實驗方案，例如，學生可以通過人機交互系統(tǒng)觀察不同參數(shù)條件下的人體結構模型，單體器官模型，或進行內部“漫游”、局部解剖等探索［5］，這種學習方式可以極大的擴展教學空間和教學內容，激發(fā)學生學習興趣和提高創(chuàng)新能力，使學生真正的從“要我學”轉變?yōu)椤拔乙獙W”，由被動灌輸轉變?yōu)橹鲃訉W習。

2．3模擬實訓以客觀評價學習效果

傳統(tǒng)醫(yī)學教育對學生學習情況的考察主要通過理論考試，但簡單地通過考試分數(shù)不能全面考察學生的知識掌握程度和實踐能力。通過VR技術，老師提前錄入數(shù)字人體基本信息、診療參數(shù)及藥物影響等數(shù)據(jù)，再讓學生自主在虛擬人體模型上進行病情分析，并實施診斷和治療。系統(tǒng)自動收集學生實時操作數(shù)據(jù)，并對其做出診療評價，從而實現(xiàn)教學全程可視化管理，實時評估學生掌握知識的情況，這將有利于老師更好地處理教學過程中存在的知識盲點和薄弱環(huán)節(jié)，增強教學效果。

2．4醫(yī)學模擬診斷以提高實踐能力

將傳統(tǒng)的實習觀摩方法與虛擬診斷項結合，將有利于學生實習時獲取更多的實踐經驗，掌握基礎臨床技能。對于高年級學生和規(guī)范化培訓醫(yī)生，現(xiàn)場觀摩是臨床實踐的主要培訓方式。受醫(yī)學院校培訓資源有限的限制，加之醫(yī)生工作任務繁重，觀摩實習難達預期教學效果。VR模擬診斷可以彌補這些不足。醫(yī)學培訓生利用VR系統(tǒng)，可在虛擬人體上進行大膽的診療試驗，測試不同治療方案在人體上的反應，從而獲取大量虛擬診療數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)與患者實際身體指標進行對比，分析理論與實際的差距，將有助于學生獲得臨床經驗，加深對基礎理論知識的理解［6］。在臨床上，虛擬診療數(shù)據(jù)還可作為各種復雜病癥的輔助判斷指標。

2．5虛擬分子設計以促進醫(yī)藥研發(fā)

分子生物學、藥學等基礎學科在醫(yī)學發(fā)展中扮演著不可替代的角色，但這些學科的研究對象大多處于分子級別，肉眼看不見、摸不著，研究起來很抽象，常常給人一種說不清也道不明的感覺。VR技術可把各種分子微觀結構進行宏觀化展示，使藥物研究人員逼真而清楚地看到各種分子結構3D模型。通過人機交互設備可以對分子模型進行改造和設計，這將為藥物研究帶來許多便利。宏觀化展示化合物微觀結構，可加深研究人員對化合物結構的理解，有助于找到最佳合成路徑；模擬各種生物大分子與藥物小分子的結合，找出藥物分子與生物大分子最佳結合位點，有利于探索藥理特性；觀察特定條件下活性分子間發(fā)生化學反應的全過程，有利于探索活性分子生物特性［7］。這些便利將有助于藥物研發(fā)人員更加有針對性的取去設計和合成藥物，縮短藥物研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

3VR醫(yī)學教育系統(tǒng)的建設

VR醫(yī)學實驗室是VR醫(yī)學教育系統(tǒng)必不可少的載體，與一般VR實驗室一樣，主要由開發(fā)渲染平臺、三維沉浸顯示系統(tǒng)，三維交互系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)四大部分統(tǒng)組成［8］。信息技術的快速發(fā)展已為VR技術醫(yī)學應用打下了堅實的“硬件”基礎，實現(xiàn)VR技術醫(yī)學應用的關鍵還在于能否開發(fā)出高度逼真的教學情景、科學的教學模型和恰當?shù)娜藱C交互系統(tǒng)等“軟件”系統(tǒng)［9］。醫(yī)學知識專業(yè)性強，要建成可用于醫(yī)學培訓的VR醫(yī)學實驗室離不開醫(yī)學專家和信息技術開發(fā)人員的通力合作。先由醫(yī)學教學工作者設計科學的醫(yī)學教育方案和內容，提出人機互動方案，VR系統(tǒng)開發(fā)人員根據(jù)提供的信息進行醫(yī)學教育系統(tǒng)開發(fā)，醫(yī)學教育工作者對模型設計進行全程跟進，不斷修正仿真內容，提高模擬的逼真程度，這樣才能做出符合實際應用需要的VR醫(yī)學培訓系統(tǒng)。

4VR技術在醫(yī)學教育領域的應用

目前，全世界許多團體都在致力于VR技術研究和開發(fā)，該技術在娛樂、機械制造、航空航天等領域的應用可謂是日新月異，越來越多的VR產品已經走入人們的生活。醫(yī)學關系人們的身體健康，一直是人們關注的重點攻關領域。雖然VR技術的醫(yī)學應用還處于初級階段，但應看到其巨大的應用前景。VR技術在醫(yī)學教育上應用所帶來的教學方式改變已逐漸被醫(yī)學專家認同，相信在不久的將來，VR技術終將會在教學領域取得廣泛應用。

參考文獻

［1］BloodgoodRA．Activelearning：asmallgrouphistologylaboratoryexerciseinawholeclasssettingutilizingvirtu－alslidesandpeereducation［J］．AnatSciEduc，2012，5（6）：367－373．

［2］馮逸飛，劉輝，徐錚．關才虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學教育中應用的思考［J］．課程教育研究，2015（26）：11－12．

［3］石巧，侯建霞．虛擬現(xiàn)實技術在口腔診療操作培訓中的應用［J］．國際口腔醫(yī)學雜志，2015，42（1）：69－74．

［4］肖揚，馮煊．虛擬現(xiàn)實醫(yī)學多媒體課件制作技術［J］．醫(yī)學信息學雜志，2015，36（1）：89－93．

作者:鄧曉軍 秦向陽 高鵬 何煒 單位:第四軍醫(yī)大學藥學院化學教研室