淺談VR在醫(yī)學培訓、教育和診療中的應(yīng)用

傷口世界

VR在我們生活中還是比較常見的，接觸最多的就是3D虛擬眼鏡，另外，智慧醫(yī)療儀器也結(jié)合了VR技術(shù)。現(xiàn)在的VR越來越普遍，3D VR電視尤為火爆，一些科幻電影就需要VR眼鏡才能到達那種身臨其境的感覺。 隨著社會科技的進步，VR關(guān)鍵技術(shù)的突飛猛進，其所產(chǎn)生的“VR＋”帶動力推動著包括航空航天、裝備制造、醫(yī)療健康、教育培訓、文化娛樂在內(nèi)的多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)行業(yè)升級換代式的發(fā)展?！癡R＋醫(yī)療”，正是通往“智慧健康”醫(yī)療模式的必經(jīng)之路。 <div style="text-align: center;">VR技術(shù)的簡介</div> 虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）也稱為虛擬技術(shù)、虛擬環(huán)境，是20世紀發(fā)展起來的一項全新的實用技術(shù)，是利用計算機模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關(guān)于視覺等感官的模擬，讓用戶感覺仿佛身歷其境，可以即時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。 發(fā)展過程：隨著科技的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術(shù)領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)演變發(fā)展史大體上可以分為四個階段： 第一階段：有聲形動態(tài)的模擬是蘊含虛擬現(xiàn)實思想的第一階段（1963年以前） 第二階段：虛擬現(xiàn)實萌芽為第二階段（1963 -1972年） 第三階段：虛擬現(xiàn)實概念的產(chǎn)生和理論初步形成為第三階段（1973 -1989 年） 第四階段：虛擬現(xiàn)實理論進一步的完善和應(yīng)用為第四階段（1990 -2004年） VR的技術(shù)原理：虛擬現(xiàn)實是多種技術(shù)的綜合，包括實時三維計算機圖形技術(shù)、廣角（寬視野）立體顯示技術(shù)、對觀察者頭眼手的跟蹤技術(shù)、觸覺/力覺反饋、立體聲、網(wǎng)絡(luò)傳輸和語音輸入輸出技術(shù)等。 1）實時三維計算機圖形：相比較而言，利用計算機模型產(chǎn)生圖形圖像并不是太難的事情。如果有足夠準確的模型，又有足夠的時間，我們就可以生成不同光照條件下各種物體的精確圖像，但是這里的關(guān)鍵是實時。例如在飛行模擬系統(tǒng)中，圖像的刷新相當重要，同時對圖像質(zhì)量的要求也很高，再加上非常復雜的虛擬環(huán)境，問題就變得相當困難。 2）顯示技術(shù)：人看周圍的世界時，由于兩只眼睛的位置不同，得到的圖像略有不同，這些圖像在腦子里融合起來，就形成了一個關(guān)于周圍世界的整體景象，這個景象中包括了距離遠近的信息。在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。有的系統(tǒng)采用單個顯示器，但用戶帶上特殊的眼鏡后，一只眼睛只能看到奇數(shù)幀圖像，另一只眼睛只能看到偶數(shù)幀圖像，奇、偶幀之間的不同也就是視差就產(chǎn)生了立體感。用戶（頭、眼）的跟蹤：在人造環(huán)境中，每個物體相對于系統(tǒng)的坐標系都有一個位置與姿態(tài)，而用戶也是如此，用戶看到的景象是由用戶的位置和頭（眼）的方向來確定的。 跟蹤頭部運動的虛擬現(xiàn)實頭套：在傳統(tǒng)的計算機圖形技術(shù)中，視場的改變是通過鼠標或鍵盤來實現(xiàn)的，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)是分離的，而利用頭部跟蹤來改變圖像的視角，用戶的視覺系統(tǒng)和運動感知系統(tǒng)之間就可以聯(lián)系起來，感覺更逼真。用戶不僅可以通過雙目立體視覺去認識環(huán)境，而且可以通過頭部的運動去觀察環(huán)境。 3）聲音技術(shù)：在水平方向上，我們靠聲音的相位差及強度的差別來確定聲音的方向，因為聲音到達兩只耳朵的時間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現(xiàn)的，所以會有一種方向感?，F(xiàn)實生活里，當頭部轉(zhuǎn)動時，聽到的聲音的方向就會改變。但在VR系統(tǒng)中，聲音的方向與用戶頭部的運動無關(guān)。 4）感覺技術(shù)：假如在VR系統(tǒng)中，用戶看到一個虛擬的杯子，你可以設(shè)法去抓住它，但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺，解決這一問題的常用裝置是在手套內(nèi)層安裝一些可以振動的觸點來模擬觸覺。 5）語音技術(shù)：在VR系統(tǒng)中，語音的輸入、輸出也很重要。這就要求虛擬環(huán)境能聽懂人的語言，并能與人實時交互。而讓計算機識別人的語音是相當困難的，因為語音信號和自然語言信號有其“多邊性”和復雜性。使用人的自然語言作為計算機輸入有兩個問題，首先是效率問題，為便于計算機理解，輸入的語音可能會相當羅嗦；其次是正確性問題，計算機理解語音的方法是對比匹配，而沒有人的智能。<div> </div><div><div style="text-align: center;">VR在醫(yī)學領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用</div> 現(xiàn)在VR在醫(yī)療培訓方面應(yīng)用是行業(yè)中的一大亮點。相對來說，當前醫(yī)學實踐普遍存在高成本、高風險、低復用率等特點。如果學生動手能力不強，課堂教學乏味枯燥，醫(yī)生無法短時間確定最優(yōu)方案，患者對疾病預防特征或健康恢復的知識水平存在誤區(qū)，就可能導致一些不必要的事故發(fā)生。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以用作醫(yī)學教學、新生培訓、技能測試、技術(shù)學習、手術(shù)計劃等多方面。 一、VR與治療結(jié)合 1、自閉癥兒童教學：以色列海法大學開發(fā)了一個VR系統(tǒng)，里面設(shè)計了不同的場景來教自閉癥兒童學習生活常識。比如過馬路、去超市購物等，這樣的體驗?zāi)軌蛱岣咔嗌倌隁埣踩说淖宰鹦模屗麄冇行判膹氖禄镜娜粘Ｉ睢?lt;br> 2、心理疾病治療：阿根廷裔心理學家費爾南多·塔諾戈爾開發(fā)了一個叫做Phobos的軟件平臺，用來治療各種恐懼癥狀。例如蜘蛛恐懼癥，通過模擬癥狀觸發(fā)情景來引導患者克服恐懼，這樣的療法與創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙差不多，但是低成本也比較安全。 3、視力矯正：James Blaha成立了See Vididly公司，并開發(fā)了一款叫做Vivid Vision的軟件，為那些患有斜視或弱視的患者提供VR視力治療。這個療法往往針對七歲以下兒童，但是VR的治療方法有希望成為治療成人弱視的新手段。 4、疼痛管理：AppliedVR是一家VR醫(yī)療提供商，開創(chuàng)了基于虛擬現(xiàn)實的療法，可解決慢性疼痛的復雜性。AppliedVR的EaseVRx頭戴式產(chǎn)品被美國食品和藥物管理局（FDA）認定為「突破性設(shè)備」。 EaseVRx提供了一種綜合的方法，涵蓋了影響人們?nèi)绾误w驗慢性疼痛的生物學、心理和社會因素，使患者能夠改變他們處理疼痛的方式，養(yǎng)成新的積極的習慣和應(yīng)對技巧，從而改善生活質(zhì)量?；颊呖梢噪S時在家中舒適地輕松自我管理，而不受醫(yī)療保健專業(yè)人員時間表的限制，改善遠程護理以及慢性疼痛管理的質(zhì)量、公平性和效率。 該設(shè)備可以讓患者沉浸在一個虛擬的環(huán)境中：他們可以與海豚一起游泳、玩游戲或沉浸在美麗的風景中。試驗結(jié)果顯示，84%的患者表示對VR治療感到滿意，不僅疼痛強度降低了，身體活動、情緒、睡眠以及壓力水平也得到了改善。 </div> 5、理療、康復訓練：VR可以給使用者提供特別的環(huán)境來矯正習慣，所以還可以用于戒煙治療、轉(zhuǎn)換性障礙治療和理療復健等。 二、VR與臨床輔助結(jié)合 VR技術(shù)可展現(xiàn)不同的應(yīng)用場景。以宏觀視角還原手術(shù)場景，將使各項準備工作更加詳細；以微觀視角還原手術(shù)場景，可幫助主治醫(yī)生開展操作演練。因此，借助VR技術(shù)，醫(yī)療手術(shù)的精度將得到提升；同時，VR技術(shù)可還原手術(shù)流程，并制造緊張感；再有，VR技術(shù)可增設(shè)夸張場景；另外，VR技術(shù)還可設(shè)置不同的手術(shù)場景，手術(shù)實施者可借助VR技術(shù)開展系統(tǒng)性練習。 在醫(yī)療手術(shù)中，VR技術(shù)的應(yīng)用范圍較廣，其中影響最為突出的領(lǐng)域主要有緊急救護手術(shù)、骨科手術(shù)、微創(chuàng)手術(shù)等。 1、緊急救護：緊急救護的病情復雜，診治預備時間短，并發(fā)癥多。例如，在重大自然災(zāi)害發(fā)生時，緊急救護部門可能面臨的傷情包含腦膨出、骨折、燒傷、創(chuàng)傷感染等情況。這部分手術(shù)的耗時長、風險高，因此醫(yī)療部門需提前做出準備。利用VR技術(shù)，醫(yī)療部門可對救護工作作出統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，如管理部門可利用救助現(xiàn)場提供的數(shù)據(jù)，模擬各類手術(shù)流程，臨時抽調(diào)的醫(yī)護人員可在路途中熟悉手術(shù)流程，從而使準備工作更加充分。 2、骨科手術(shù)：在骨科手術(shù)中，醫(yī)生可將高分辨率三維人體圖形，應(yīng)用于VR系統(tǒng)中。骨科手術(shù)的層次感更強，需要切動的組織包含皮膚、肌肉、血管、骨骼等，借助三維人體圖形，醫(yī)生可直觀感受到患者的組織分布與結(jié)構(gòu)特征。 3、微創(chuàng)手術(shù)：微創(chuàng)手術(shù)的難度在于操作空間過窄，手術(shù)器材的使用不夠靈活。在未來的發(fā)展中，VR技術(shù)可用于微創(chuàng)手術(shù)的實時觀察，從而使醫(yī)生的觀察視角更加多元。<div> </div> 三、VR與教育、培訓結(jié)合 醫(yī)學教學中的難點，主要包括實物稀缺、評價機制不準確、練習場景不真實等問題。先進的VR技術(shù)，可還原三維視覺場景、顫感、聲音、甚至溫度，將這一技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學教學，可使學生獲得更為逼真的教學場景。 VR醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展給醫(yī)學培訓帶來全新的突破點，其具有的沉浸式、交互式、探索成本低的特點為醫(yī)學模擬教學方案提供幾近完美的教案。在醫(yī)學教學中，VR技術(shù)的應(yīng)用路徑主要體現(xiàn)在三個方面： 1、VR技術(shù)可還原手術(shù)、救助等醫(yī)療場景：通常情況下，學生難以在學習階段參與到醫(yī)療活動中，導致醫(yī)學生對于醫(yī)療場景較為陌生。借助VR技術(shù)，學?？蔀閷W生創(chuàng)造各類患者，而學生可以醫(yī)生視角對患者的病癥進行診治；且在此過程中，VR場景可在門診、住院部、手術(shù)室等區(qū)域進行切換，學生可在使用過程中，接觸不同的患者與環(huán)境。 2、VR 技術(shù)可提供仿真練習：學校提供的實物練習極為有限，學生的操作能力難以得到鍛煉?；谶@一問題，醫(yī)學院?？蓪R技術(shù)應(yīng)用于各類練習。例如，在解剖學練習中，醫(yī)學院?？山柚鶹R技術(shù)還原人體模型，學生可利用手持設(shè)備，練習解剖流程，通過這樣的設(shè)計，教學質(zhì)量將得到提升。 3、VR技術(shù)可有效考核學生的不足之處：傳統(tǒng)的操作練習會借助人尸開展，但人尸的組織已殘破不全，學生的操作無法得到全面考核。借助VR技術(shù)可模仿出真實的人體，將標準操作程序輸入VR軟件，可使操作中的失誤得到體現(xiàn)。例如，當學生的操作出現(xiàn)失誤時，手柄將劇烈震顫，通過這樣的設(shè)計，針對學生的考核將更加嚴格，而學生的能力也可得到提升。同時借助多角度還原技術(shù)，學生可以不同角度還原剛剛完成的操作流程，學生將觀察到自身的不足之處。 VR可以在虛擬世界里創(chuàng)造一個逼真的實訓環(huán)境，所有場景、設(shè)備、用品用具等都和現(xiàn)實一樣。學習的時候可以任意選擇一個步驟進行操作演示；進行實訓時，安全且沒有風險，即使做錯了也不用擔心會造成嚴重的后果，只要重復練習即可；老師在教學的同時可以進行實時考核，幫助學生加深理解。 目前，VR技術(shù)的應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域仍舊處于初期階段，這條醫(yī)學VR的路上還需要更多硬件廠商和運營服務(wù)商的創(chuàng)新支持。相信在5G的加持下，VR在醫(yī)學領(lǐng)域上的應(yīng)用會有更多可發(fā)揮的空間，而醫(yī)學有了VR的賦能，也會有更多的突破和進展。 那么，VR技術(shù)在慢性傷口管理領(lǐng)域有哪些應(yīng)用場景、體會和建議呢？敬請各位傷口專家和讀者留言討論。<div> </div><div>【參考資料】 [1] 期刊|中國電化教育總第396期《VR對醫(yī)學教育教學的影響與具體應(yīng)用》 [2] 期刊|軟件 2018年第39卷第6期《基于虛擬VR 技術(shù)的心臟醫(yī)療輔助系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用》 [3] 期刊|中國科技縱橫 2019年2月下第04期總第304期《VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用》 [4] 網(wǎng)站|簡書 2020.04.10 《VR技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用》 https://www.jianshu.com/p/a263e86846b3 [5] 網(wǎng)站|電子發(fā)燒友 2020-10-28 《VR在醫(yī)學領(lǐng)域上的應(yīng)用有哪些》 http://www.elecfans.com/yiliaodianzi/202010281348803.html [6] 網(wǎng)站|生物谷《VR技術(shù)如何在醫(yī)療健康領(lǐng)域千變?nèi)f化》 https://www.bioon.com/3g/id/6673259/ </div>