VR關(guān)鍵技術(shù)的突飛猛進(jìn)，其所產(chǎn)生的“VR＋”帶動力，必將推動包括航空航天、裝備制造、醫(yī)療健康、教育培訓(xùn)、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。“VR＋醫(yī)療”，正是通往“智慧健康”醫(yī)療模式的必由之路。
隨著VR關(guān)鍵技術(shù)的突飛猛進(jìn)，其所產(chǎn)生的“VR＋”帶動力，必將推動包括航空航天、裝備制造、醫(yī)療健康、教育培訓(xùn)、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。
“VR＋醫(yī)療”，正是通往“智慧健康”醫(yī)療模式的必由之路。
虛擬手術(shù)利于改善醫(yī)患關(guān)系
虛擬手術(shù)作為一個虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的重要研究方向，正成為科學(xué)家們的關(guān)注焦點。它是集現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、計算機圖形學(xué)、計算機視覺、生物力學(xué)、材料學(xué)、機器人等諸多學(xué)科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域。
醫(yī)生可以通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來模擬、指導(dǎo)醫(yī)學(xué)手術(shù)所涉及的各種過程，包括手術(shù)計劃制定、手術(shù)排練演習(xí)、手術(shù)教學(xué)、手術(shù)技能訓(xùn)練、術(shù)中引導(dǎo)手術(shù)、術(shù)后康復(fù)等。
以目前流行的腹腔鏡微創(chuàng)外科手術(shù)為例，這種手術(shù)通過在病人的腹部開孔，將手術(shù)器械和攝像頭深入到腹腔內(nèi)，醫(yī)生從電腦屏幕上觀察腹腔狀況并操作手術(shù)器械，能夠極大程度地減小創(chuàng)口，減輕病人的痛苦，縮短病人康復(fù)時間。這種手術(shù)方法給病人帶來了福音，卻對醫(yī)生提出了更高的要求，醫(yī)生必須經(jīng)過充分的訓(xùn)練才能掌握其眼手協(xié)調(diào)能力，勝任相應(yīng)手術(shù)。
醫(yī)生借助VR手術(shù)模擬器進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練及規(guī)劃，可降低手術(shù)訓(xùn)練以及治療的成本和風(fēng)險，減少醫(yī)生在訓(xùn)練教學(xué)中對動物和尸體的依賴，提高臨床醫(yī)學(xué)診斷、治療的技能和精度，使得高難度手術(shù)得以更快地普及，減輕患者的治療痛苦，縮短滯院時間，降低醫(yī)療支出。這些對于我國發(fā)展高性能醫(yī)療器械、改善醫(yī)學(xué)水平發(fā)展不平衡的現(xiàn)狀、降低醫(yī)患矛盾都具有重要意義。
虛擬手術(shù)系統(tǒng)革新臨床領(lǐng)域
作為承載“VR+醫(yī)療”的重要技術(shù)載體，虛擬手術(shù)系統(tǒng)(VirtualSurgerySystem)將通過在醫(yī)學(xué)教育培訓(xùn)、術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中導(dǎo)航和新式醫(yī)療技術(shù)的轉(zhuǎn)化等多層次的應(yīng)用實踐，有力助推人類臨床領(lǐng)域產(chǎn)生新的變革。
從醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)出發(fā)，應(yīng)用計算機圖形學(xué)重構(gòu)出虛擬人體軟組織模型，模擬出虛擬的醫(yī)學(xué)環(huán)境，并利用以觸覺交互設(shè)備(力反饋器)進(jìn)行交互的模擬仿真系統(tǒng)，為醫(yī)生提供了一個虛擬的3D環(huán)境以及可交互的操作平臺，可以逼真地模擬臨床手術(shù)的全過程。
首先，手術(shù)培訓(xùn)。利用虛擬手術(shù)系統(tǒng)，將通過成像設(shè)備獲取的病人圖像及模型導(dǎo)入仿真系統(tǒng)，外科醫(yī)生可以在對病人實施復(fù)雜手術(shù)之前進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，提升手術(shù)熟練度和準(zhǔn)確度。
其次，術(shù)前規(guī)劃及術(shù)中導(dǎo)航。利用虛擬手術(shù)系統(tǒng)，醫(yī)生對病變?nèi)睋p部位進(jìn)行較精確的前期測量和估算，從而預(yù)見手術(shù)的復(fù)雜性和風(fēng)險點。運用增強現(xiàn)實技術(shù)可以使醫(yī)務(wù)工作者沉浸于虛擬的場景內(nèi)，通過視、聽、觸覺感知，學(xué)習(xí)各種手術(shù)實際操作，體驗如何應(yīng)付臨床手術(shù)中的各類突發(fā)情況。
最后，新式醫(yī)療技術(shù)的轉(zhuǎn)化。一種新的醫(yī)療技術(shù)的誕生往往需要在動物實驗上進(jìn)行驗證，再進(jìn)行多階段的臨床試驗，最終造福人類。而“VR+醫(yī)療”能讓醫(yī)生在虛擬的器官及人體上進(jìn)行醫(yī)療技術(shù)的驗證和推廣，降低試驗成本和周期。
陳舊的教科書不是訓(xùn)練外科醫(yī)生的合適方式，觀看視頻也受限于攝像頭的角度，“VR+醫(yī)療”打開了一片新天地。倫敦皇家醫(yī)院手術(shù)室通過VR技術(shù)對結(jié)腸癌手術(shù)全程進(jìn)行直播，被稱作“立體式醫(yī)療”的里程碑；瑞典各大醫(yī)學(xué)培訓(xùn)中心及醫(yī)院已經(jīng)運用“模擬嬰兒”、模擬孕婦”等一系列的VR產(chǎn)品，讓醫(yī)生在更逼真的虛擬環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)，改良了傳統(tǒng)手術(shù)環(huán)節(jié)中對動物的傷害，體現(xiàn)醫(yī)療健康終極的人文關(guān)懷。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)給醫(yī)生從無到有地制造了一個完全真實的體驗經(jīng)歷，剛剛走出醫(yī)學(xué)院校門的新手，借助虛擬手術(shù)系統(tǒng)可以成為經(jīng)驗豐富的外科手術(shù)高手。
目前，我國針對微創(chuàng)手術(shù)的醫(yī)學(xué)訓(xùn)練通常是在尸體、動物或者人工合成物(如硅膠)上進(jìn)行的。尸體能夠提供一個真實的解剖結(jié)果，但是來源稀少，并且尸體跟活體對手術(shù)器械表現(xiàn)出的響應(yīng)并不相同。動物活體能夠表現(xiàn)出真實的響應(yīng)，但費用昂貴；人工合成物價格便宜，但是不能很好地反映軟組織的特性。
相比之下，虛擬手術(shù)具有手術(shù)環(huán)境及器械響應(yīng)可控、可重復(fù)演練等多項優(yōu)點，將是未來外科培訓(xùn)及個性化精準(zhǔn)治療的發(fā)展趨勢?？梢灶A(yù)測的是，虛擬手術(shù)系統(tǒng)的多層次應(yīng)用及其表現(xiàn)出的優(yōu)勢，必將助推我國臨床領(lǐng)域出現(xiàn)全新的變革。
亟待打通VR醫(yī)療產(chǎn)學(xué)研鏈條
國內(nèi)外醫(yī)療環(huán)境差別較大，虛擬手術(shù)在國外已經(jīng)非常普遍，特別是在歐美國家，虛擬手術(shù)訓(xùn)練已經(jīng)成為臨床培訓(xùn)的主流方式。
憑借深厚的學(xué)術(shù)積累和扎實的技術(shù)積淀，北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室早已在虛擬醫(yī)療領(lǐng)域布局謀篇，承接了“可交互人體器官模型與虛擬手術(shù)”等多項包括國家自然科學(xué)基金重大項目在內(nèi)的醫(yī)工課題，并取得階段性進(jìn)展。通過模型和算法的不斷優(yōu)化、軟硬件系統(tǒng)綜合調(diào)試，突破了非剛體物理建模及自由交互與實時逼真響應(yīng)等關(guān)鍵難題，成功搭建出我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、帶有力反饋裝置的虛擬腹腔鏡手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)Lap-Sim。
走進(jìn)實驗室，Lap-Sim“看起來像個梳妝臺”，兩根細(xì)長的操縱桿插進(jìn)機器里，醫(yī)生只要握住它們圓圓的腦袋前后左右移動，就能真實體驗腹腔鏡及手術(shù)器械在患者肚子里操作時的實際感受。外科醫(yī)生可以在手術(shù)前先在虛擬器官(胃、直腸)上來一刀，電腦會顯示組織斷面并模擬出人體器官在外界手術(shù)交互下的反應(yīng)——例如軟組織會變形、血管會流血、電刀會冒煙等。
近年來，我國醫(yī)患關(guān)系緊張，其中的一個原因是初級外科醫(yī)生訓(xùn)練時間少、技術(shù)不成熟。未來，尸體的獲得會越來越難，動物培訓(xùn)的成本和法律風(fēng)險會越來越高，緊張的醫(yī)患關(guān)系要求醫(yī)院采取新的有效手段訓(xùn)練醫(yī)生的手術(shù)技能。因此，虛擬手術(shù)在我國將具有巨大的市場潛力。
目前，在國家政策的大力支持和扶持下，實驗室借助資本力量正在打通VR產(chǎn)學(xué)研鏈條，推動Lap-Sim和其他醫(yī)學(xué)模擬器盡快走入臨床手術(shù)培訓(xùn)的大市場，得到臨床使用的反饋，推動技術(shù)進(jìn)步。未來，依托互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，“VR+”的帶動力將不斷增強，虛擬醫(yī)療將延展到醫(yī)療健康更多細(xì)分領(lǐng)域，為開啟“智慧健康”模式繪就美好藍(lán)圖。
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