隨著VR關鍵技術的突飛猛進，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、文化娛樂在內(nèi)的多個領域實現(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。
虛擬手術利于改善醫(yī)患關系
虛擬手術(Virtual Surgery)作為一個重要的研究方向，正成為科學家們的關注聚焦。它是集現(xiàn)代醫(yī)學、計算機圖形學、計算機視覺、生物力學、材料學、機器人等諸多學科為一體的新型交叉研究領域。
醫(yī)生可以通過虛擬現(xiàn)實技術來模擬、指導醫(yī)學手術所涉及的各種過程，包括手術計劃制定、手術排練演習、手術教學、手術技能訓練、術中引導手術、術后康復等。
以目前流行的腹腔鏡微創(chuàng)外科為例，這種手術通過在病人腹部開孔，將手術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，縮短病人康復時間。這種手術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)過充分的訓練才能掌握其眼手協(xié)調能力，勝任相應手術。
醫(yī)生借助VR手術模擬器進行手術訓練及規(guī)劃，可降低手術訓練以及治療的成本和風險，減少醫(yī)生在訓教學中對動物和尸體的依賴，提高臨床醫(yī)學診斷、治療的技能和精度，使得高難度手術得以更快地普及，減輕患者的治療痛苦，縮短滯院時間，降低醫(yī)療支出。這些對于發(fā)展我國高性能醫(yī)療器械、改善醫(yī)學水平發(fā)展不平衡的現(xiàn)狀、降低醫(yī)患矛盾都具有重要意義。
虛擬手術系統(tǒng)革新臨床領域
作為承載“VR+醫(yī)療”的重要技術載體，虛擬手術系統(tǒng)(Virtual Surgery System)通過在醫(yī)學教育培訓、術前規(guī)劃、術中導航，再到新式醫(yī)療技術的轉化等多層次的應用實踐，助推人類臨床領域產(chǎn)生新的變革。
由醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)出發(fā)，應用計算機圖形學重構出虛擬人體軟組織模型，模擬出虛擬的醫(yī)學環(huán)境，并利用觸覺交互設備(力反饋器)與之進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)境以及可交互操作平臺，可以逼真地模擬臨床手術的全過程。
首先，手術培訓。利用虛擬手術系統(tǒng)，將通過成像設備獲取的病人圖像及模型導入仿真系統(tǒng)，外科醫(yī)生可以在對病人實施復雜手術之前進行反復練習，提升手術熟練度和準確度。
其次，術前規(guī)劃及術中導航。利用虛擬手術系統(tǒng)，醫(yī)生對病變?nèi)睋p部位進行較精確的前期測量和估算，從而預見手術的復雜性和風險點。運用增強現(xiàn)實技術可以使醫(yī)務工作者沉浸于虛擬的場景內(nèi)，通過視、聽、觸覺感知，學習各種手術實際操作，體驗如何應付臨床手術中的各類突發(fā)情況。
最后，新式醫(yī)療技術的轉化。一種新的醫(yī)療技術的誕生往往需要在動物實驗上進行驗證,再進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行醫(yī)療技術的驗證和推廣，降低試驗成本和周期。
陳舊的教科書不是訓練外科醫(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)院手術室通過VR技術對結腸癌手術全程進行直播，被稱作“立體式醫(yī)療”的里程碑;瑞典各大醫(yī)學培訓中心及醫(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)境中進行學習，改良了傳統(tǒng)手術環(huán)節(jié)中對動物的傷害，體現(xiàn)醫(yī)療健康終極的人文關懷。
“虛擬現(xiàn)實技術從無到有給醫(yī)生制造一個完全真實的經(jīng)歷，剛剛走出醫(yī)學院校門的新手，借助虛擬手術系統(tǒng)，一個個都成為經(jīng)驗豐富的外科手術高手”，是VR科學家和外科醫(yī)生的眾望所歸。
目前，我國針對微創(chuàng)手術的醫(yī)學訓練通常是在尸體、動物或者人工合成物(如硅膠)上進行的。尸體能夠提供一個真實的解剖結果，但是來源稀少，并且尸體跟活體對手術器械表現(xiàn)出的響應并不相同。動物活體能夠表現(xiàn)出真實的響應，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，虛擬手術具有手術環(huán)境及器械響應可控、可重復演練等多項優(yōu)點，成為未來外科培訓及個性化精準治療的發(fā)展趨勢?？梢灶A測的是，虛擬手術系統(tǒng)的多層次應用及其表現(xiàn)出的優(yōu)勢，必將助推我國臨床領域產(chǎn)生全新的變革。
亟待打通VR醫(yī)療產(chǎn)學研鏈條
由于國內(nèi)外醫(yī)療環(huán)境的差別，虛擬手術在國外已經(jīng)非常普遍，特別是在歐美國家，虛擬手術訓練已經(jīng)成為臨床培訓的主流方式。
憑借深厚的學術積累和扎實的技術積淀，北京航空航天大學虛擬現(xiàn)實技術與系統(tǒng)國家重點實驗室早已在虛擬醫(yī)療領域布局謀篇，承接了“可交互人體器官模型與虛擬手術”等多項包括國家自然科學基金重大項目在內(nèi)的醫(yī)工課題，并取得階段性進展。通過模型和算法的不斷優(yōu)化、軟硬件系統(tǒng)綜合調試，突破非剛體物理建模及自由交互與實時逼真響應等關鍵難題，成功搭建出我國自主知識產(chǎn)權的帶有力反饋裝置的虛擬腹腔鏡手術訓練系統(tǒng)Lap-Sim。
走進實驗室參觀，Lap-sim“看起來像個梳妝臺”，兩根細長的操縱桿插進機器里，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的人體器官在外界手術交互下的反應——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)患關系緊張，有一個原因就與初級外科醫(yī)生訓練時間少、技術不成熟有關。尸體的獲得會越來越難，動物培訓的成本和法律風險越來越高，醫(yī)患關系緊張，都不斷要求醫(yī)院采取新的有效手段訓練醫(yī)生的手術技能。因此，虛擬手術未來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)學研鏈條，推動Lap-Sim及其他醫(yī)學模擬器(如科及心血管PCI手術模擬器)盡快走入臨床手術培訓的大市場，得到臨床使用的反饋，推動技術進步。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)療也將延展到醫(yī)療健康更多細分領域，為開啟“智慧健康”模式繪就美好藍圖。
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