虛擬現實技術在醫學中的應用及進展關鍵詞：虛擬現實技術醫學隨著計算機技術的飛速發展，正逐漸顯示其強大的生命力。目前，它與多媒體、網絡技術并成為三大前景最好的計算機技術，在越來越多的領域得到廣泛的應用。一、簡述虛擬現實技術虛擬現實技術的科學含義虛擬現實（virtualreality,VR）技術是由計算機生成的一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統。它通過視、聽、觸覺等作用于使用者，使之產生身臨其境的交互視景的仿真。它綜合了計算機圖形、圖像處理與模式識別，智能技術、傳感技術、語言處理與音響技術、網絡技術等多門科學，是現代仿真技術的進一步發展和應用。使用者借助必要的設備自然地與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，產生身臨其境的感覺和體驗，使人機交互更加自然和諧。虛擬現實技術的特點多感知性（multisensory）、沉浸感（immersion）、交互性（interactivity）、構想性（imagination）。這些特征使操作者能夠進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬環境中，與之產生互動，進行交流。通過參與者與仿真環境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認知能力，啟發參與者的思維，全方位獲取環境所蘊含的各種空間信息和邏輯信息。虛擬現實技術的構成一般的VR系統主要由專業圖形處理計算機、應用軟件系統、輸入設備和演示設備等組成，即人們可以通過視覺、聽覺、觸覺等信息通道感受到設計者思想的高級用戶界面。

硬件平臺：由于虛擬世界本身的復雜性及計算實時性的要求，產生虛擬環境所需的計算量極為巨大，這對中心計算機的配置提出了極高的要求。目前，國外的VR系統一般配有SGI或SUN工作站［1］，大型的VR系統，采用的是計算機并行處理系統。當前的研究趨于桌面虛擬現實系統，它價格較低、易于實現同時又能滿足VR的部分特征要求，因而將會得到更為廣泛的應用。

軟件系統：軟件系統是實現VR技術應用的關鍵。VR技術在國外的應用比國內早，目前具有代表性的桌面VR技術有：Web3D中的X3D、VRML、Java3D、Cult3DViewpoint、Atmosphere，以及應用于服務器上的SuperscapeVRT、EAISense8WorldToolKit、MPIVega等，它們為VR技術在虛擬醫學系統中應用提供了工具。二、虛擬現實技術在醫學發展中研究狀況1、發展1965年，Sutherland在篇名為<<終極的顯示>>的論文中首次提出了包括具有交互圖形顯示、力反饋設備以及聲音提示的虛擬現實系統的基本思想，從此，人們正式開始了對虛擬現實系統的研究探索歷程。而生命活動又是全世界人命關注的重點，每一種新技術的發現基本上都會應用到醫學，所以虛擬現實技術自然而然就應到醫學的研究中。早在1985年，美國國立醫學圖書館就開始人體解剖圖像數字化的研究，并由美國科羅拉多州立醫學院將一具男性尸體和女性尸體分別做了1mm和0.33mm間距的CT和MR掃描，所得圖像數據經壓縮后，建立了“可視人”并于1995年出版發型了CD盤片。學生可以在計算機屏幕上對“可視人”進行冠狀面和矢狀面而對解剖，并可把局部的圖像進行縮放。這一舉措對解剖學的教學來說有著非同一般的意義。德國漢堡大學醫用數學和計算機研究所進行的解剖三維可視化研究虛擬人體圖譜，受試者的CT和MRT橫截面映像或者組織學切片起空間模型。學生則可以自由地在三維人體空間進行各種操作。北卡羅來納大學在1992年就開始進行超聲圖像與虛擬現實相結合的研究，把實時的超聲掃描圖像經信號變換傳輸到醫生所戴的頭盔顯示器的，醫生依賴于頭盔的“看穿”能力。能看到超聲圖像映迭到病人身體上。1995年，在Internet上出現了“虛擬青蛙解剖”。“實驗者”在網絡上相互交流，發表自己的見解，甚至可以在屏幕上親自動手進行解剖，用虛擬手術刀一層一層的分離青蛙，觀察它的肌肉和骨骼組織。隨著計算機技術的迅速發展，虛擬現實技術現在已經比較成熟的應用與醫學之中。2、應用虛擬現實在醫療領域的應用主要有：虛擬手術，數字醫院，醫學模擬演示，實訓模擬演示,實訓教學演示,醫院虛擬仿真系統，虛擬醫學仿真，虛擬現實技術在醫學手術仿真訓練等。使用計算機技術（主要是計算機圖形學與虛擬現實）來模擬、指導醫學手術所涉及的各種過程，在時間段上包括了術前、術中、術后，在實現的目的上有手術計劃制定，手術排練演習，手術教學，手術技能訓練，術中引導手術、術后康復等。生物醫學仿真應用總括在醫學教育中廣泛合理地運用實驗教學手段,特別是實施仿真實踐教學,對學生鞏固醫學基礎理論、掌握基本操作技能、提高獨立操作能力及分析問題和解決問題的能力至關重要.醫療手術虛擬培訓系統是最受歡迎的一種學習培訓方式。數虎圖像是利用各種醫學影像數據和虛擬現實技術在計算機中建立一個模擬環境，醫生借助虛擬環境中的信息進行手術計劃、訓練，以及在實際手術過程中引導手術的新興學科。其目的是：使用計算機技術（主要是計算機圖形學與虛擬現實）來模擬、指導醫學手術所涉及的各種過程，在時間段上包括1)在這種模式下，課堂教學不在局限于有形的教室中，教學活動的空間和時間得到了無形擴展。“虛擬課堂”的實現為學生提供了可移動的電子教學場所，從而改善了教員和學員的互動關系，更好的加深了學員對所學知識內容的認知和理解。2)通過虛擬仿真三維軟件技術建立的人體結構模型，可以使學生通過人機交互對人體模型進行瀏覽，在模型內部“漫游”讓學生非常直觀輕松的學習人體解剖結構。不僅調動了學生的學習興趣，而且將抽象的內容具體化、形象化，給學生留下深刻的記憶，也給教員提供了方便，且大大提高了教學質量。3)虛擬現實技術為教員、學生提供了一個無危險性、成本低的方式，以及與真實世界交互。學員操作模型元素，能改變模型的不同方位直觀的學習。如在學習人體組肢結構時通過虛擬現實系統將學生直接帶到人體內部了解人身體內部復雜的神經、血管各個組肢器官結構；在學習生物知識時，利用虛擬現實技術，向學生展示細胞分裂增值等復雜的生命活動，學習中計算機虛擬仿真技術與細胞結構結合。展示細胞的空間三維性，有機配合高倍顯微鏡的拍攝圖像，較完美的表現細胞的生長增值過程。（二）虛擬現實技術在醫學治療康復中應用的好處：虛擬現實技術可以提供多種治療場景和刺激,患者在安全的環境中進行康復治療;VR系統可以根據患者的實際情況進行治療過程設計,而且同樣的場景和任務可以重復進行;系統可以迅速得到治療效果的反饋信息,通過多種模式的傳感設備得到患者治療時的狀態和效果,并對數據進行存儲,對醫生掌握患者的病情有一定作用;虛擬現實療法還有利于開展遠程治療,大大方便了患者,增加了受益的范圍;虛擬現實療法還可以減少患者的治療費用。盡管虛擬現實治療法在某些方面取得了令人驚奇的成果,我們可以看到,在不久的將來,虛擬現實治療法會作為一種新興的治療手段出現在我們生活中。（五）虛擬現實技術在醫學應用中的展望虛擬現實技術研究內容涉及到人工智能、計算機圖形學、智能控制、心理學等，是許多相關學科領域交叉、集成的產物。我們必須清醒的認識到，雖然這個領域的技術潛力是巨大的，應用前景也是很廣闊的，但虛擬現實技術還處在初級階段，任然存在尚未解決的理論問題和尚未客服的技術障礙，這些都構成了目前的研究方向。例如：在外科手術中，止血鉗、止血夾等等手術器械在具體操作過程中，其性能、效用及與組織器官作用時的表現都是有區別的，這就要求虛擬切割時，虛擬器械應該多種多樣，這就給角膜提出了更高更新的要求，不過隨著科學技術的發展，我們應該克服這些困難，是虛擬現實技術在醫學領域中發揮更大的貢獻。參考文獻1.西南交通大學虛擬現實與多媒體技術實驗室文獻

發布者：陳德陸2.康復醫學中的虛擬現實技術應用進展發表者：李建華

3.《淺談醫學教育中細膩顯示技術的應用發展》（山東濟寧272013）中國高等醫學教育-2010年5期張晗、李雪梅、呂青4.虛擬現實技術在醫學手術中的應用《機械設計與制造》2011年第1期

作者：張冬芹

阿地力·莫明

王玲

祁文軍5.虛擬現實技術在醫學教育中的研究運用《齊齊哈爾醫學院學