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浅谈虚拟现实技术在医学领域中的应用

日期: 2019-05-23
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虚拟现实技术的介绍

虚拟现实系统是一种计算机虚拟系统,可以在不受外部干扰的情况下被任意创建和扩充,并能提供操作者以逼真的体验和认知的感受。它具有感知、沉浸、交互、构想等技术特点,使得操作者可以辅以必要的设备工具与这个虚拟环境中的对象或物品进行交互作用,进而全面获取虚拟环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。

浅谈虚拟现实技术在医学领域中的应用

1.虚拟现实技术在医学发展中研究状况

1.1虚拟现实技术在医学研究中早期的发展情况

早在上世纪80年代,美国医学研究工作者最早开始了对人体虚拟图像的研究工作。他们分别对一具男性和女性的尸体做了解剖并对解剖部分做了数字化扫描,根据得到的数据进行压缩和整理,建立了世界上第一个“数字人”。操作者可以在电脑显示器上对“数字人”进行任意的解剖,并能将人体的图像进行局部缩放。20世纪90年代,欧洲的汉堡大学的医学技术研究所创建了3D虚拟人体图谱进行3D可视化教学研究。学生则可以自由地在三维人体空间进行各种操作。1999年,在Internet上出现了“虚拟青蛙解剖”。及至进入21世纪以来,随着计算机技术的迅速发展,虚拟现实技术现在已经在医学之中得到了比较成熟的应用。

1.2虚拟现实技术在医学研究中的应用情况

虚拟现实技术在医疗领域有很多实际应用,目前较为广泛的使用虚拟系统主要有:外科虚拟手术仿真训练、虚拟内科诊断、中医推拿按摩、运动理疗与恢复、数字医院医学仿真与教学等等。

浅谈虚拟现实技术在医学领域中的应用

2.生物医学仿真应用

2.1虚拟现实技术在医学教学中的运用

虚拟现实技术可以进行个性化医学诊断、治疗,逼真预期不同的治疗方案在人体上的不同反应。与传统的主观判断相比,在虚拟人体上进行各种无法在真人身上进行诊疗试验,可以根据获得的治疗数据和人体反应进行科学分析和判断,可以做出更加理性和真实可行的诊断和治疗方案。虚拟手术仿真系统可以根据各种医学影像信息和数据创建虚拟手术环境,并在虚拟环境中建立3D模型设计切口位置、角度,预演手术的过程,从中可以提前预测手术过程中可能出现的问题并采取补救措施,从而提高手术的成功率。有了这个虚拟系统,医生可以更加合理的选择制定手术方案和方法,减少手术给患者带来的各种损伤和伤害,并可以提高准确判断病灶的位置的准度,对各种复杂的内科、外科手术都有很好辅助判断效果。

投资昂贵的实验对象和器材是医学科研机构巨大的负担,通过对虚拟手术系统的建立和应用,不仅能使医学科研机构的经济负担大幅减少,而且能有效的缩短科研人员的手术训练时间。虚拟手术训练系统可以提供一个沉浸式的虚拟环境,其逼真的还原效果可以使得训练过程如同真实手术一致,可以让科研人员获得真实的临场实际手术的手感。
除此之外,在医科大学的教学活动中虚拟现实系统由于其具有不受标本、场地、时间等等诸多因素的制约,可以使教学活动根据需要随时随地进行,在减少教学费用投入的同时获得良好教学效果。目前一些专门针对医学培训、实习和研究而开发出来的虚拟现实系统,仿真程度非常高,其优越性和效果是传统的教学活动不可比拟的。

2.2虚拟现实技术在药物研究中的应用

虚拟现实技术可以在药物研究中的微观世界宏观化。通过对微观世界中的化学分子等比例放大至我们肉眼可观察的大小,能够使科研技术人员逼真而清楚地看到各种不同的药物配方在不同的条件下发生化学反应的全过程,方便有效地加速药物研发周期,并能准确的对药物配方进行药理分析,提高药物功用的可靠性。例如,美国医学科研工作者提出应用VR技术进行所谓的“分子入位”研究。该项目组的研究人员正在用这种方法研制抗癌药的合成。

2.3虚拟现实技术在康复医学中的应用

虚拟现实系统在康复治疗的应用也比较广泛,主要体现在以下几个方面:在注意力缺陷、空间感知障碍、记忆障碍等等领域都取得了很好的康复疗效。虚拟现实技术通过模拟多种不同的治疗场景和设置各种不同刺激治疗方案,患者可以在安全、有效的治疗环境中进行康复治疗。

浅谈虚拟现实技术在医学领域中的应用

3.虚拟现实技术面临的挑战

在医学领域中虚拟现实及其相关技术研究水平目前在我国甚至世界各国来说,总体处于还比较低的应用阶段。在目前主要面临的困难是:治疗和评估标准没有相关的评估标准、应用系统的交互性和易用性还不够完美。虚拟现实系统设备及其外设性价比例失衡,设备相对比较昂贵,致使大规模应用的时机还不够成熟。

浅谈虚拟现实技术在医学领域中的应用

4.虚拟现实技术在医学应用中的展望

虚拟现实技术研究内容涉及到人工智能、计算机图形学、智能控制、心理学等众多学科领域,是许多相关学科知识交叉、集成的产物。然而我们必须理性地看到,虽然虚拟现实技术拥有广阔的应用前景和强大的技术潜能,但虚拟现实技术还处在初级阶段,仍然存在相当多尚未解决的理论问题和技术障碍,这些都构成了目前的研究发展方向。随着科学技术的迅猛发展,在不久的将来我们一定可以克服这些困难,让虚拟现实技术在医学领域中做出更大的贡献。

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