VR技术是利用计算机生成一个将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一的逼真的三维虚拟环境的新技术。将其应用于医学，称之为虚拟医学，可获得视觉、听觉、触觉的完美结合，加深操作者的感知。VR技术可应用于建立各种医学模型、手术练习、远程会诊等很多方面，从而可以降低手术风险，提高医生技术水平等等。与传统医学相比，它充分体现了自身的优越性。目前VR技术正在全球范围内掀起热潮，虽然我国的研究水平还有一段距离，但VR技术的发展潜力却是不容置疑。

引言
20世纪90年代初，世界涌现出一股科技新潮，随之出现了一系列冠以VR的新技术及术语。，VR是VirtualReality的缩写，可直译为“虚拟现实”。他迅速渗透到科技、娱乐、医学等各个领域，人们普遍认为，这也许就是人类所追求的人机和谐的信息处理环境的前奏……

一、VR技术的概况及其应用于医学的工作原理

VR技术（VirtualReality）就是利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，与传统的模拟技术完全不同，它将模拟环境、视景系统、仿真系统合三为一，并利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置把操作者与三维虚拟环境连结在一起。操作者通过传感装置与虚拟环境交互作用，可获得视觉、听觉、触觉等多种感知，并按照自己的意愿去改变“不随心”的虚拟环境。虚拟医学（virtualmedicine）就是将VR技术应用于医学。在虚拟环境中，计算机生成一个完全互动的病人环境和病情，通过电脑软件与力任感装置的完美结合，创造出当今世界最先进的集视觉、听觉和触觉为一体的医学虚拟系统，并特别突出了“力反馈”技术，加深使用者对操作的感知。

二、VR技术现阶段在医学上的应用及价值

(一)、随着医学和VR技术的迅猛发展，二者的融合具有可观的发展潜力，目前正处于初级阶段，其应用范围包括:

（1）、建立各种医学模型
利用VR技术建立各种医学模型可节省实践研究的开支，真实地反映实验效果。例如建立合成药物的分子模型就是运用高性能计算和可视化系统对包括药物蛋白质和药物-多聚物载体互动反应在内的大分子系统基础结构进行研究。

（2）、进行解剖仿真
将VR技术应用于解剖实习可以使医学院的学生们不再被抽象的书本和操作条件有限的尸体所束缚，为了更方便丰富的了解各种器官和肌肉的性能与行为方面的知识，VR技术将通过各种感知方式使同学们根据自己的需求去探索人体的奥秘，随心所愿的去实践自己的课题。

（3）、进行手术练习
对病人实施外科手术之前，可以先用虚拟现实系统进行练习。将该病人的真实形象利用计算机轴向层析X射线摄影、磁共振成像、或其他成像技术获取送入仿真系统，外科医生就可以对实际的外科手术作出相应的规划，因而使得他可以预料到难以预料到的某些复杂性。还可以为那些刚走上工作岗位的医生或医学院的学生提供更多的机会去演练以前从未做过的手术。虚拟手术中，外科医生戴着可以显示计算机生成立体图像的头盔显示器，时刻调整仿真中的视图，同时可以显示出该虚拟病人的血压、心率或其他生理信息。外科医生用到的数据手套和虚拟手术刀上也配备位置跟踪定位装置可以精确的跟踪医生和虚拟病人之间的手术动作，一些类似手术仪器、而且可以提供力反馈的设备正在研制当中，他们可以提供手术刀或其他器械通过虚拟肌肉是的真实阻力。

完成一次虚拟手术后外科医生还可以按一下复位按钮重复进行。虚拟病人死了还可以马上起死回生，以便外科医生重复练习，积累经验，从而增加实际手术的成功率。

（4）、辅助外科手术
可应用于内窥镜、腹腔镜、外周血管、骨关节镜、心血管内的虚拟操作。例如天坛医院的王德江教授利用VR技术及计算机辅助导航相结合完成的颅脑手术，主要依靠一套动态捕捉分析系统来实时定位探针或手术器械，使得医生得以摆脱框架的约束，使手术变得简便易行。

（5）、应用于远程会诊
虚拟手术与远程干预将能够在手术室中的外科医生实时地获得远程专家的交互式会诊。交互工具可以使顾问医生把靶点投影于患者身上来帮助指导主刀外科医生的操作，甚或通过遥控帮助操纵仪器。这能使专家们技能的发挥不受空间距离的限制。

（二）、VR技术在医学上的应用价值

（1）减少手术损伤
VR技术利用影像信息建立三维模型，在计算机建立的虚拟的环境中设计手术过程，进刀的部位，角度，利用图像数据帮助医生合理、定量地制定手术方案，对于选择最佳手术路径、减小手术损伤、减少对临近组织损害、提高肿瘤定位精度、执行复杂外科手术和提高手术成功率等具有十分重要的意义。

（2）保护医生
对医务人员来说较危险的动作，如在感染或放射情况下，精确复杂的虚拟手术干预将是十分必要和重要的。采用虚拟临场技术可以使医生免受射线的侵害。

（3）降低手术费用
现代外科医疗检测系统造价昂贵，医疗成本也很高。虚拟手术能够缩短病人的恢复周期、降低病人和医院的开支。虚拟手术不受手术设备的制约。

（4）改善病人的预后
虚拟手术减少手术的并发症，使患者恢复更迅速。例如立体定向放射神经外科中，虚拟手术能够优化放射手术治疗方案，降低并发症。

（5）建造定制的修复拟合模型
虚拟手术能够设计植入器官（对人工假体的设计）。计算机能够帮助医生在进行髋骨更换手术前，可通过非破坏性的三维成象对其尺寸和形状进行精确测量，然后定制髋骨，这样可以把因尺寸不合格而重新开刀的比例从30%将降到5%。

（6）提高培训大夫的效率
基于高度的仿真性和视觉、听觉、触觉感受，学员的操作技能得到显著提高、临床适应能力得到极大强化，从而使前期的培训时间大大缩短。

（7）系统无损耗
长远而言可使训练费用大幅下降,解决了专业医师在高风险操作技能考核方面的难题，开创了最新的考核手段

三、VR技术应用与传统医学对比

在传统的手术中，医生是在自己的大脑中进行术前的手术模拟，以确定手术方案，这是高效、准确、顺利进行手术所必须的准备工作，然后根据其在医生大脑中形成三维印象进行手术。但这种手术方案质量的高低，往往依赖于医生个体的外科临床经验与技能，且整个手术班子的每一位成员却很难共享某一制订手术方案人员在其大脑中形成的整个手术方案的构思信息。用计算机代替医生进行手术方案的三维构思比较客观、定量，且其信息可供整个手术班子的每一位成员共享。如果引入CT等三维图像，就可对具体图像与同行进行交流，在虚拟的空间(virtualspace)进行三维手术模拟，并制订出较为完善的手术方案。

四、VR技术现存的弊端，浅谈发展前景

当然，虚拟现实还是一门年轻的科学技术，它的应用系统仅仅处于实用的起点，在它的前面还有很长的路要走，在理论和技术上还有很多必须跨越的障碍，例如，在计算机生成的虚拟环境中，操作者每次转动头部，计算机必须更新三维图像，由于更新的数据太大，以致计算机还无法完成实时运算造成了系以致造成了系统滞后。但不管怎样，虚拟现实技术毕竟开辟了富有发展潜力的新领域，它会随着时间的推移日臻完善。

近三年来，虚拟现实技术又有了新的突破和发展，对虚拟现实的概念和机理研究得更深入了，多模式人机接口的技术和设备更先进了，创建虚拟现实环境的工具和手段的功能更强了，虚拟现实环境中的虚实结合更为融洽了。让人兴奋的是，在最近这几年中研制出许多十分有效的虚拟现实应用系统，它们充分显示出虚拟现实技术和各种虚拟现实应用系统的巨大潜力。

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