- 相關(guān)推薦
虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學教育中的應用
虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學教育中的應用1
介紹虛擬現(xiàn)實概念及其特征,分析虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學教育中廣泛應用的原因,著重討論虛擬現(xiàn)實在課堂教學、實驗教學和臨床教學中的應用.
虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學教育中的應用2
虛擬現(xiàn)實（ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ，ＶＲ）技術(shù)，是利用計算機創(chuàng)建一個虛擬的三維情景，為用戶提供視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓用戶如同身歷其境一般，可以實時、無限制地觀察虛擬空間內(nèi)的事物，并通過人機交互設(shè)備對虛擬環(huán)境內(nèi)物體進行實時操控和設(shè)計改造［１］。目前該技術(shù)已經(jīng)在娛樂、機械制造、航空航天等領(lǐng)域取得廣泛應用。然而受醫(yī)學領(lǐng)域?qū)I(yè)性強、知識更新快、進入門檻高等原因，ＶＲ技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的應用還處于起步階段。與傳統(tǒng)醫(yī)學教育培訓方法相比，ＶＲ技術(shù)有巨大的優(yōu)勢。利用ＶＲ開發(fā)系統(tǒng)對醫(yī)學對象進行三維設(shè)計，構(gòu)建虛擬學習情境，再輔助以文字、圖片等補充信息，可高精細度呈現(xiàn)系統(tǒng)預設(shè)的學習內(nèi)容，結(jié)合人機交互設(shè)備，學生可以漫游在系統(tǒng)構(gòu)建的虛擬場景中，甚至對場景中的虛擬信息進行操作和設(shè)計，從而達到全方位展示學習內(nèi)容的目標。早在２０世紀８０－９０年代，歐美醫(yī)學研究工作者就開始了對人體虛擬圖像的研究，德國漢堡大學醫(yī)學技術(shù)研究所率先創(chuàng)建了３Ｄ虛擬人體圖譜并用于醫(yī)學生可視化教學，但仿真程度有限［２］。進入２１世紀以來，計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、仿真技術(shù)的迅速發(fā)展和相互融合為構(gòu)建ＶＲ系統(tǒng)提供了強大的技術(shù)支持，ＶＲ技術(shù)用于醫(yī)學教育已經(jīng)變得觸手可及。
１ＶＲ教學的優(yōu)勢和特點
面對醫(yī)療技術(shù)突飛猛進的發(fā)展和人們對醫(yī)護水平的更高要求，醫(yī)療崗位對醫(yī)學生的理論知識水平和臨床實踐能力提出了更高標準。通過老師書本授課、模具操作和現(xiàn)場觀摩等方式開展醫(yī)學教學的傳統(tǒng)教學方法，不可避免地存在理論知識抽象難懂、實踐與臨床脫節(jié)等問題。應用ＶＲ技術(shù)進行醫(yī)學教學，能夠彌補傳統(tǒng)醫(yī)學教學的不足。ＶＲ技術(shù)可以打造出一個隨時可用的實驗室和近在眼前的觀摩臺，這種逼真的親身經(jīng)歷和感受是傳統(tǒng)教學方法不能比擬的。用ＶＲ技術(shù)開發(fā)的虛擬教學平臺可將各種醫(yī)學影像和數(shù)據(jù)信息創(chuàng)建成一個沉浸式的虛擬培訓環(huán)境，學生通過３Ｄ人體模型，從視覺、聽覺、觸覺多感官直接觀察人體細節(jié)，并借助多傳感器、頭戴式顯示器（ＨＭＤ）、體感外設(shè)備等工具與虛擬環(huán)境中實物進行互動。這種集視覺、聽覺、操作為一體的虛擬學習系統(tǒng)，可使學生完全沉浸于自主學習的三維虛擬環(huán)境中，通過自身與環(huán)境的交互全方位獲取知識和技能。例如，用ＶＲ外科手術(shù)系統(tǒng)模擬外科手術(shù)。系統(tǒng)可以實現(xiàn)多人同時介入，以協(xié)作方式共同完成一項手術(shù)或者以共享模式觀摩一場作業(yè)。在操作時，計算機ＡＩ可對學生進行視覺、聽覺、動作的綜合指導，老師或?qū)＜乙部芍苯咏槿脒M行實時指導［３］。這種教學方式將有助于學生理解醫(yī)學基礎(chǔ)理論，掌握基本臨床技能，對提高分析問題和解決問題的能力起到巨大的促進作用。此外，投資昂貴的實驗對象（尸體、假人、模具等）和器材是醫(yī)學科研機構(gòu)巨大的負擔，ＶＲ技術(shù)具有不受標本、場地、時間等等諸多因素的制約，可以使教學培訓活動根據(jù)需要隨時隨地進行，在減少教學費用投入的同時獲得良好教學效果。不僅能大幅降低醫(yī)學科研機構(gòu)的經(jīng)濟負擔，而且能有效縮短科研人員的培訓練時間。
２ＶＲ技術(shù)在醫(yī)療教學領(lǐng)域的應用
�。玻蹦M教學以強化教學效果
醫(yī)學要求學生記憶的知識點多，學生要想記住書上的知識點很大程度上依靠背誦和老師講解，這種方式需要學生付出很大的努力。利用ＶＲ教學系統(tǒng)，老師可為學生選擇一個針對特定知識點的模擬教學情境，學生就可以通過３Ｄ視屏動態(tài)演示，人機互動界面操作，對設(shè)定的知識點進行學習［４］。例如，學習人體骨骼結(jié)構(gòu)，學生利用虛擬系統(tǒng)的人機交互界面，配合系統(tǒng)機器人的指導和講解，學生可以直接對３Ｄ數(shù)字人體進行解剖，身臨其境的觀察特定部位骨骼的結(jié)構(gòu)，這種親身經(jīng)歷般的感覺可讓學生對所見所聞的知識難以忘懷，有利于提高學習效果。
２．２自主學習以提高創(chuàng)新能力
通過虛擬場景設(shè)置智能化虛擬教學，使學生學習由被動接受轉(zhuǎn)化為主動求知。在虛擬環(huán)境中學生可以自己動手設(shè)計學習情境，制訂實驗方案，例如，學生可以通過人機交互系統(tǒng)觀察不同參數(shù)條件下的人體結(jié)構(gòu)模型，單體器官模型，或進行內(nèi)部“漫游”、局部解剖等探索［５］，這種學習方式可以極大的擴展教學空間和教學內(nèi)容，激發(fā)學生學習興趣和提高創(chuàng)新能力，使學生真正的從“要我學”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W”，由被動灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習。
�。玻衬M實訓以客觀評價學習效果
傳統(tǒng)醫(yī)學教育對學生學習情況的考察主要通過理論考試，但簡單地通過考試分數(shù)不能全面考察學生的知識掌握程度和實踐能力。通過ＶＲ技術(shù)，老師提前錄入數(shù)字人體基本信息、診療參數(shù)及藥物影響等數(shù)據(jù)，再讓學生自主在虛擬人體模型上進行病情分析，并實施診斷和治療。系統(tǒng)自動收集學生實時操作數(shù)據(jù)，并對其做出診療評價，從而實現(xiàn)教學全程可視化管理，實時評估學生掌握知識的情況，這將有利于老師更好地處理教學過程中存在的知識盲點和薄弱環(huán)節(jié)，增強教學效果。
�。玻瘁t(yī)學模擬診斷以提高實踐能力
將傳統(tǒng)的實習觀摩方法與虛擬診斷項結(jié)合，將有利于學生實習時獲取更多的實踐經(jīng)驗，掌握基礎(chǔ)臨床技能。對于高年級學生和規(guī)范化培訓醫(yī)生，現(xiàn)場觀摩是臨床實踐的主要培訓方式。受醫(yī)學院校培訓資源有限的限制，加之醫(yī)生工作任務(wù)繁重，觀摩實習難達預期教學效果。ＶＲ模擬診斷可以彌補這些不足。醫(yī)學培訓生利用ＶＲ系統(tǒng)，可在虛擬人體上進行大膽的診療試驗，測試不同治療方案在人體上的'反應，從而獲取大量虛擬診療數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)與患者實際身體指標進行對比，分析理論與實際的差距，將有助于學生獲得臨床經(jīng)驗，加深對基礎(chǔ)理論知識的理解［６］。在臨床上，虛擬診療數(shù)據(jù)還可作為各種復雜病癥的輔助判斷指標。
�。玻堤摂M分子設(shè)計以促進醫(yī)藥研發(fā)
分子生物學、藥學等基礎(chǔ)學科在醫(yī)學發(fā)展中扮演著不可替代的角色，但這些學科的研究對象大多處于分子級別，肉眼看不見、摸不著，研究起來很抽象，常常給人一種說不清也道不明的感覺。ＶＲ技術(shù)可把各種分子微觀結(jié)構(gòu)進行宏觀化展示，使藥物研究人員逼真而清楚地看到各種分子結(jié)構(gòu)３Ｄ模型。通過人機交互設(shè)備可以對分子模型進行改造和設(shè)計，這將為藥物研究帶來許多便利。宏觀化展示化合物微觀結(jié)構(gòu)，可加深研究人員對化合物結(jié)構(gòu)的理解，有助于找到最佳合成路徑；模擬各種生物大分子與藥物小分子的結(jié)合，找出藥物分子與生物大分子最佳結(jié)合位點，有利于探索藥理特性；觀察特定條件下活性分子間發(fā)生化學反應的全過程，有利于探索活性分子生物特性［７］。這些便利將有助于藥物研發(fā)人員更加有針對性的取去設(shè)計和合成藥物，縮短藥物研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。
３ＶＲ醫(yī)學教育系統(tǒng)的建設(shè)
ＶＲ醫(yī)學實驗室是ＶＲ醫(yī)學教育系統(tǒng)必不可少的載體，與一般ＶＲ實驗室一樣，主要由開發(fā)渲染平臺、三維沉浸顯示系統(tǒng)，三維交互系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)四大部分統(tǒng)組成［８］。信息技術(shù)的快速發(fā)展已為ＶＲ技術(shù)醫(yī)學應用打下了堅實的“硬件”基礎(chǔ)，實現(xiàn)ＶＲ技術(shù)醫(yī)學應用的關(guān)鍵還在于能否開發(fā)出高度逼真的教學情景、科學的教學模型和恰當?shù)娜藱C交互系統(tǒng)等“軟件”系統(tǒng)［９］。醫(yī)學知識專業(yè)性強，要建成可用于醫(yī)學培訓的ＶＲ醫(yī)學實驗室離不開醫(yī)學專家和信息技術(shù)開發(fā)人員的通力合作。先由醫(yī)學教學工作者設(shè)計科學的醫(yī)學教育方案和內(nèi)容，提出人機互動方案，ＶＲ系統(tǒng)開發(fā)人員根據(jù)提供的信息進行醫(yī)學教育系統(tǒng)開發(fā)，醫(yī)學教育工作者對模型設(shè)計進行全程跟進，不斷修正仿真內(nèi)容，提高模擬的逼真程度，這樣才能做出符合實際應用需要的ＶＲ醫(yī)學培訓系統(tǒng)。
４ＶＲ技術(shù)在醫(yī)學教育領(lǐng)域的應用
目前，全世界許多團體都在致力于ＶＲ技術(shù)研究和開發(fā)，該技術(shù)在娛樂、機械制造、航空航天等領(lǐng)域的應用可謂是日新月異，越來越多的ＶＲ產(chǎn)品已經(jīng)走入人們的生活。醫(yī)學關(guān)系人們的身體健康，一直是人們關(guān)注的重點攻關(guān)領(lǐng)域。雖然ＶＲ技術(shù)的醫(yī)學應用還處于初級階段，但應看到其巨大的應用前景。ＶＲ技術(shù)在醫(yī)學教育上應用所帶來的教學方式改變已逐漸被醫(yī)學專家認同，相信在不久的將來，ＶＲ技術(shù)終將會在教學領(lǐng)域取得廣泛應用。
參考文獻
�。郏保荩拢欤铮铮洌纾铮铮洌遥粒粒悖簦椋觯澹欤澹幔颍睿椋睿纾海幔螅恚幔欤欤纾颍铮酰穑瑁椋螅簦铮欤铮纾欤幔猓铮颍幔簦铮颍澹澹颍悖椋螅澹椋睿幔鳎瑁铮欤澹悖欤幔螅螅螅澹簦簦椋睿纾酰簦椋欤椋椋睿纾觯椋颍簦酰幔欤螅欤椋洌澹螅幔睿洌穑澹澹颍澹洌酰悖幔簦椋铮睿郏剩荩粒睿幔簦樱悖椋牛洌酰悖玻埃保�，５（６）：３６７－３７３．
［２］馮逸飛，劉輝，徐錚．關(guān)才虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學教育中應用的思考［Ｊ］．課程教育研究，２０１５（２６）：１１－１２．
�。郏常菔�，侯建霞．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在口腔診療操作培訓中的應用［Ｊ］．國際口腔醫(yī)學雜志，２０１５，４２（１）：６９－７４．
�。郏矗菪P，馮煊．虛擬現(xiàn)實醫(yī)學多媒體課件制作技術(shù)［Ｊ］．醫(yī)學信息學雜志，２０１５，３６（１）：８９－９３．
【虛擬現(xiàn)實在醫(yī)學教育中的應用】相關(guān)文章：
虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電網(wǎng)監(jiān)控中的應用04-27
淺談PBL教學在醫(yī)學教育中應用的優(yōu)點04-29
虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其在環(huán)境科學中的典型應用04-27
虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全宣傳教育中的應用與研究04-26
浸入式虛擬現(xiàn)實技術(shù)在心理學研究中的應用04-29
淺談檢驗醫(yī)學教育中的教學模式改革04-29
應用型院校的虛擬現(xiàn)實技術(shù)課程教學探討04-29