虚拟教学系统在住院医师培训中的应用

        虚拟现实 （Virtual Reality VR） 是一种多通道的新型人机交互接口， 人们可以通过视觉、 听觉、 嗅觉、 触觉感和加速度等多种感觉通道感知计算机模拟的虚拟世界， 也可以通过移动、 语音、 表情、 手势及视线等最自然的方式和虚拟世界交互， 从而产生身临其境的体验[1]。 虚拟现实技术 （Virtual Reality Techonlogy VRT） 是计算机图形学 、 人机交互技术 、传感器技术、 人机接口技术及人工智能技术等交叉与综合的结果。 目前， VRT 已经逐渐应用于娱乐、 教育、 艺术、 航空、 军事、 医学中， 在医学中， 已经应用于医学教学、 疾病诊断、 手术模拟、 康复医疗、 远程医疗等方面， 被统称为虚拟医学或仿真医学。 本文着重对 VRT 在住院医师培训及考核中的应用进行探讨及展望。

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      1 虚拟教学系统在住院医师培训中应用的必要性
      1.1 传统实践模式与现有医疗环境之间的矛盾随着人们在就诊过程中自我保护意识的增强及实践医师人数的逐年增多，传统实践模式， 即以住院病人为实践对象的模式已经不能适应现有的医疗环境。虚拟教学系统不会对病人造成伤害，减少和避免了医疗纠纷的发生， 符合现代医疗体制的需求， 也是现代医学教育更加人性化的体现， 符合21 世纪医学新目标要求的 “以人为本， 以病人为中心” 的理念[2]。
      1.2 保护病人， 创造和谐医患关系
      对同一病人进行多次体格检查， 及在手术过程中启用技术相对欠熟练的住院医师， 是违背人道主意和爱伤观念的，同时也对医患双方均构成了危险。从保护病人的角度出发，启用虚拟教学系统，不对病人身心健康构成影响的，却可以保证住院医师在虚拟的环境中学习基础知识，掌握临床操作技能，保障医学论文实践顺利进行。
      1.3 虚拟教学系统具有的无法替代的优点
      一名合格的临床医师， 必须经过多年的实践练习和经验积累， 才能出色完成临床技能操作。 以住院病人为对象的实践， 具有不可重复、 风险大、纠纷多的缺点， 而虚拟教学系统具备许多临床上无法替代的优点， 如回顾性、 多人操作性、反复练习性等。

      2 VRT在医学期刊论文中的应用
     VRT 在医学硕士论文中的应用主要包括虚拟人体和虚拟手术两个方面：
      2.1 虚拟人体
      通过先进的计算机技术及生物技术的整合，将人体的物理、化学、生物信息数字化，建立数字化人体，完整地描述人体的细胞、组织、器官、系统的解剖构成、生理及基本病理情况，可代替真实人体进行观察展示和基础实验研究，将人体解剖结构、内环境变化的抽象思考组建转变为直视可观。虚拟人体解剖系统中，可在显示人体组织器官解剖结构同时显示其断面解剖结构，并且可以根据需要任意旋转， 提供器官或组织结构在人体空间中的精确定位，充分了解人体的局部解剖、三维关系，数字化虚拟人体数据采集断面的图像，其断层间距离的精确度可达 0.2 mm，甚至达到 0.1 mm，从而解决现在断面解剖学中断面标本厚度局限的问题，满足了当前临床影像诊断的需要。
      2.2 虚拟手术
     虚拟手术系统是专门用来对手术全过程进行仿真的虚拟现实应用系统[3]，它根据现有的医学检查设备，如 CT、MRI中获取的影像数据， 利用虚拟现实技术重构出虚拟手术对象，如虚拟人体或某一器官， 并且能够根据虚拟的带力反馈系统通过模拟的手术器械进行手术练习， 对制定手术方案、 寻找最佳手术路径、提高手术目标定位准确度、 减少组织损伤、指导手术进行、 进行手术练习等具有十分重要的现实意义。在住院医师培训中， 我院科研楼计划配置血管介入手术模拟器、 腹腔镜手术模拟器、 耳鼻喉手术模拟器。
     3 在住院医师培训中应用VRT的优点
     3.1 实际动手机会多， 亲身体验效果好任何一名医师都需要通过反复实践练习、 长期临床经验积累才能掌握熟练的手术操作技能。 但是由于目前医疗环境、医师总体人数等因素的限制， 使住院医师手术操作的动手机会明显减少。 对 2008 年度我院需初步掌握腹腔镜操作技术的 10 名住院医师的调查表明， 平均每人次每年可参加腹腔镜手术 100 例，其中作为主刀者 0 例，一助者 80 例，二助者 20 例，从以上数据可以看出，对达到初步掌握腹腔镜操作技术所需参与的手术例数远远不足。 通过虚拟手术模拟器，可以克服实际临床中实际动手及亲身体验机会少的弊端。 住院医师可以针对一个手术术式，多次练习，锻炼手法，直至熟练掌握。 对于复杂术式，可以提前做好各种准备工作。
      3.2 在实际操作中体会， 随时纠正错误
      以往，住院医师对手术操作的掌握一般都是通过上级医师指导、自身摸索体会学习、脑中构建手术方法过程、 实际手术中动手操作。 以上的各个环节都存在一些无法避免的缺点： 上级医师可以通过多种方法进行手术操作的指导， 但是无论何种方法，都不能使学者得到反复练习、 反复琢磨的体验， 在实际手术中，为了尽量避免失误，上级医师在指导中限制了住院医师的操作。住院医师只能通过想像， 构建整个手术操作的过程，对某一具体操作中可能存在的问题，不能及时把握解决，导致实际手术进行时医患双方承担风险大。通过虚拟手术模拟器， 住院医师可以根据总结的手术思路，亲自动手操作，对遇到的问题，主观能动性高，可以尝试不同解决方法，并可以借助上级医师的指导，随时调整术式手法，尤其对于复杂的手术，可以提前练习，以便发现个人存在的问题，使手法熟练。
      3.3 节约耗材， 保护医生
      以往的手术练习中， 实验对象多为医用尸体 猪、 狗、鼠等， 实验地点也多设置在正规的手术间， 所用手术器械完全为正规手术器械， 为临床造成了经济负担， 同时形成医疗垃圾。 而虚拟手术模拟器完全不需要特殊的实验对象、 实验场所， 更不需要手术器材， 其模拟的手术器械、手术对象都具有实际操作中的真实感， 使操作者与虚拟手术之间形成沉浸、 交互的关系。 而且对于在感染、 放射条件下的手术练习，如血管介入手术， 更是具备了传统手术练习不可比拟的优点。
        4 应用VRT的缺点
       4.1 设备资金投入高我院设有科研楼， 配有专门的虚拟教学中心， 但是配置高质量的医学 VRT， 资金投入大。 如我院计划配置的血管介入手术模拟器、 腹腔镜手术模拟器、 耳鼻喉手术模拟器， 平均价格为 200 万元。 设备的养护及维修， 每年每台机器约为1 万元。
      4.2 三维建模要求难度大
      构建虚拟人体及虚拟手术系统， 图形渲染技术要求高度真实感， 但是生成精确的三维模型还是十分复杂， 因此所建立的三维模型不能完全满足手术要求。
       4.3 VRT 应用有一定局限性
       由于 VRT 的发展在医学中的应用还处于初级阶段， 一方面是医学领域有着极强的专业性， 专业技术的壁垒比较高；另一方面， 也和医学教学人员对于 VR 技术的认识不够或理解存在偏差有一定的关系[4]。 目前，VRT 设计的图像与操作系统， 实时性和生成速度与实际手术操作还有一定距离。随着医学技术和 VRT 的发展， 虚拟教学系统在医学中的应用已经取得了长足发展， 其在住院医师培训中的应用还处在萌芽阶段， 可以预料， 虚拟教学系统在住院医师培训中的应用， 将开拓一条培训医学人才的更具特色和发展前景的新路。

     参 考 文 献
1 卞 锋， 江漫清。 桑永英. 虚拟现实及其应用进展[J]. 计算机仿真,2007,24（6）: 1-4.
2 雷 娟， 薛声能， 严 励， 等. 21 世纪新的医学目标与医学素质教育的探讨[J]. 医学教育, 2006, (3): 12-13.
3 Gou Sheng-wen. A Research on Key Problem of Integrated 3-D Vir-tuai Surgical System[J]. 中国医学物理学杂志,2007,24 (2) :102-105.
4 王文军， 李 冰， 安川林. 虚拟仿真技术在医学教学中的应用初探[J]. 中国医学教育技术,2008,22(3):230-232.