虚拟现实技术在医学手术仿真训练中的实现与应用
人体解剖结构历来是医学教学的重点、难点,通过虚拟现实技术建立起人体结构模型,可以使学生通过人机交互对人体模型进行浏览,在模型内部“漫游”,能让学生非常直观、轻松学习解剖结构,发挥学习的主动性。
5.2 医疗手术方案和治疗效果预测
对于病灶,可以在虚拟模型上进行方位的显示,依据其方位和虚拟系统中的专家库资料,制定手术和治疗的方案,对于没有把握的方案,还可以在虚拟环境中进行实验,从计算机上模拟治疗的结果,进行评判。
5.3 虚拟手术操作教学
虚拟手术操作教学是虚拟现实技术在医学手术仿真训练中最重要的应用。由于虚拟现实技术能够虚拟出“真实的世界”,运用该技术可以使医务工作者沉浸于虚拟的场景内,体验并学习如何应付各种临床手术的实际情况,通过视、听、触觉感知等多种感官了解和学习各种手术实际操作,往往对于年轻医生可以经过在计算机上进行多次的手术仿真训练,再上真正的手术台,这样大大的节约了培训医务人员的费用和时间,依据专家的经验创建出的手术专家系统还可以在训练中进行必要的提示和指导。由于虚拟手术仿真训练系统具有低代价、零风险、多重复性、自动指导的优点,可以迅速高效的提高学习者的手术及其他操作的技能。
我院通过分析、论证,并根据现代化医学教育、训练的需要,现正在进行“虚拟鼻腔镜手术仿真训练系统”的课题研究工作。由于鼻腔镜手术的操作历来是比较难掌握的,在较小的空间范围内,完全依靠内窥镜来检查判断病灶,并操作复杂繁多的外科手术器械,来切除病灶并做伤口的缝合,这需要有足够长时间的训练才能够熟练掌握的。作为临床医生培训这一直是个难点,尤其是鼻腔结构、上颌窦造口术、开筛术比较难以掌握。我们通过对临床手术实际情况的分析,结合我院手术的丰富经验,采用了人体冰冻切片的二维图像轮廓提取的数据分段方法进行器官的三维重建,依据黄色人种的生理结构建立虚拟人体模型(包括行为模型),利用笔杆式力反馈器模拟手术窥镜和手术刀的运动、触觉,尤其是产生了一个六自由度的力量感知空间,当手术刀自由运动时,操作者可以感觉到手术刀在不同皮肤上操作产生的高频力量成分。这样使用了笔式的点状工具,很好的模拟出了手术器械的较小的惯性和摩擦力,解决了仿真手术中最难解决的切割力和摩擦力的问题。用这种方法创建的虚拟鼻腔镜手术仿真训练系统,可以较真实的虚拟出一个“手术环境”,使手术学习者沉浸于虚拟的场景内,体验并学习如何应付各种情况,这样可以节约大量的训练费用,如尸体解剖费、实习费等,并降低了非熟练医生的手术风险。
总之,通过对虚拟医学手术仿真训练的研究与应用,将使虚拟现实技术逐步在医院和高等医科院校的





