大連東軟信息學(xué)院 剛家林

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

大連東軟信息學(xué)院 剛家林

虛擬現(xiàn)實(shí)也就是靈境技術(shù)或者說是人工環(huán)境，由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成高技術(shù)模擬系統(tǒng)，綜合集成了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，主要包含仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)并行處理技術(shù)等高新技術(shù)應(yīng)用。多用于對(duì)于神經(jīng)心理學(xué)和核醫(yī)學(xué)方面疾病治療中，虛擬技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，比如城市規(guī)劃、能源勘測(cè)、建筑虛擬、交通橋梁和軍事仿真技術(shù)等領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展，已經(jīng)成為數(shù)字醫(yī)學(xué)最主要應(yīng)用工具之一。

虛擬現(xiàn)實(shí)；技術(shù)；生物醫(yī)學(xué)

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是由計(jì)算機(jī)生成的一種可以創(chuàng)建虛擬世界計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過聽、視和觸等作用進(jìn)行使用，交互仿真技術(shù)，綜合計(jì)算機(jī)圖形、圖像處理和智能技術(shù)，以及語言處理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多個(gè)科學(xué)綜合應(yīng)用技術(shù)，同時(shí)使用者要借助自然地和虛擬環(huán)境對(duì)象進(jìn)行相互作用和影響，產(chǎn)生身臨其境體驗(yàn)，促進(jìn)人和自然和諧相處。隨著醫(yī)院管理計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，逐漸被具有非常強(qiáng)大生命力，和多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為計(jì)算機(jī)發(fā)展重要技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用主要醫(yī)學(xué)影像基礎(chǔ)，依賴于現(xiàn)實(shí)影響技術(shù)發(fā)展，根據(jù)醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提高現(xiàn)代醫(yī)學(xué)應(yīng)用，可以很好改變傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)治療模式，實(shí)現(xiàn)未來虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)智能、開放和逼真的發(fā)展方向，具有非常自然真實(shí)治療模式方案。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)和構(gòu)成

多感知性、沉浸性和交互性都是虛擬技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)，操作者能夠由計(jì)算機(jī)生成交互式三維虛擬環(huán)境，通過參與者和仿真環(huán)境相互作用，借助人本身對(duì)于事物發(fā)展感知能力，啟發(fā)參與者思維模式提高，獲得對(duì)于環(huán)境蘊(yùn)含各種空間信息和邏輯信息特點(diǎn)。系統(tǒng)主要由圖形處理計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和輸入設(shè)備組成，通過視覺和聽覺感受設(shè)計(jì)者思維，虛擬世界本身非常復(fù)雜，需要計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)性，產(chǎn)生虛擬環(huán)境需要計(jì)算量非常大，通過對(duì)于計(jì)算機(jī)配置要求，采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理，研究虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能夠滿足于醫(yī)學(xué)要求的醫(yī)療。軟件系統(tǒng)四實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)關(guān)鍵問題，國外應(yīng)用比較早。

3.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)思想就是對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究探索，生命活動(dòng)是全世界關(guān)注問題，新技術(shù)發(fā)展基本都需要醫(yī)學(xué)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)自然醫(yī)學(xué)研究中。美國國立學(xué)圖書館開始人體解剖數(shù)字化研究，圖像數(shù)據(jù)建立可以根據(jù)學(xué)生計(jì)算，進(jìn)行狀面和失狀面解剖，可以局部圖像進(jìn)行縮放，對(duì)于這舉措解剖學(xué)教學(xué)有著非常重要意義，數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)研究進(jìn)行解剖三維可視化研究虛擬化人體圖譜，學(xué)生可以進(jìn)行三維人體空間各種操作。實(shí)現(xiàn)者在網(wǎng)絡(luò)上相互交流，發(fā)表自己見解，用虛擬技術(shù)手術(shù)分層觀察，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)非常成熟應(yīng)用醫(yī)學(xué)。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用主要就是虛擬手術(shù)、數(shù)字醫(yī)院和醫(yī)學(xué)模擬演示，實(shí)訓(xùn)演示和醫(yī)院虛擬仿真系統(tǒng)，都是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)手術(shù)仿真訓(xùn)練等應(yīng)用，使用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行模擬和指導(dǎo)醫(yī)學(xué)手術(shù)，在時(shí)間上包括手術(shù)前中后，可以實(shí)現(xiàn)手術(shù)計(jì)劃制定和手術(shù)排練演戲技術(shù)，手術(shù)技能訓(xùn)練和引導(dǎo)手術(shù)。醫(yī)學(xué)教育中合理運(yùn)用教學(xué)手段實(shí)施仿真實(shí)踐教學(xué)，對(duì)于學(xué)生鞏固醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論，掌握基本醫(yī)學(xué)操作技能，提高獨(dú)立操作能力，及時(shí)根系問題和解決問題，醫(yī)療手術(shù)虛擬培訓(xùn)系統(tǒng)最受歡迎是一種學(xué)習(xí)培訓(xùn)方式，數(shù)字圖像利用各種醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)建立一個(gè)虛擬環(huán)境，借助虛擬環(huán)境信息進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃訓(xùn)練，在實(shí)際手術(shù)過程中引導(dǎo)手術(shù)學(xué)科，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬和指導(dǎo)醫(yī)學(xué)手術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于手術(shù)制定和手術(shù)排練演習(xí)，有效高效手術(shù)。

3.3 輔助病情判斷可以虛擬人體模型上開展各種診斷治療研究，使得診斷和治療個(gè)性化，預(yù)測(cè)人體對(duì)于新治療方法響應(yīng)，虛擬技術(shù)能夠很好變定性為定量，使得醫(yī)院診斷診療直觀化和精確化。比如傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)診斷主要依靠醫(yī)生學(xué)識(shí)經(jīng)驗(yàn)，醫(yī)生會(huì)出現(xiàn)誤診問題，虛擬手術(shù)系統(tǒng)將所有人體信息收集儲(chǔ)存電腦，診斷醫(yī)生將藥物數(shù)據(jù)可以輸入到電腦里，系統(tǒng)協(xié)助醫(yī)學(xué)判斷病情。協(xié)助醫(yī)生建立良好手術(shù)方案，能夠利用圖像技術(shù)幫助醫(yī)生合理制定手術(shù)方案，能夠輔助選擇最佳手術(shù)途徑，減少手術(shù)損傷，減少組織損害問題，提高病情治療精確度，對(duì)于復(fù)雜手術(shù)可以提高手術(shù)成功率，虛擬手術(shù)系統(tǒng)還可以很好預(yù)防手術(shù)過程中出現(xiàn)問題，使得醫(yī)生可以依靠自己能力獲得醫(yī)學(xué)圖像信息，建立良好三維模型，虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)建立虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)手術(shù)過程對(duì)于傷口處理，提高手術(shù)成功率。

3.4 使用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬指導(dǎo)醫(yī)學(xué)手術(shù)的前中后進(jìn)行整體策劃制定手術(shù)排練，進(jìn)行康復(fù)治療，實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)醫(yī)學(xué)應(yīng)用合理化，學(xué)員進(jìn)行手術(shù)過程中可以通過虛擬制定模擬手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)習(xí)，進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)候，教學(xué)效果相比要運(yùn)用文字描述，深刻分析問題，減少失誤造成動(dòng)物和標(biāo)本浪費(fèi)問題。在學(xué)習(xí)過程中，心臟聽診是難點(diǎn)，要讓學(xué)生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)，虛擬讓病人直接能夠看到心臟結(jié)構(gòu)，實(shí)際治療過程中讓學(xué)生通過三維方式觀看心臟狀態(tài)，直觀真實(shí)是的病人配合彩色進(jìn)行超聲治療。醫(yī)學(xué)上手術(shù)失誤比例占據(jù)80%左右，醫(yī)生可以在虛擬手術(shù)系統(tǒng)上觀察手術(shù)，重復(fù)練習(xí)，虛擬手術(shù)可以很好培訓(xùn)手術(shù)，減少實(shí)驗(yàn)對(duì)象需求，虛擬手術(shù)系統(tǒng)在操作者提供一個(gè)非常真實(shí)感訓(xùn)練環(huán)境，繪制算法制造很好臨場(chǎng)感，訓(xùn)練過程和真實(shí)情況，尤其是能夠獲得實(shí)際手術(shù)手感，計(jì)算機(jī)能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行手術(shù)，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重以外，提高醫(yī)學(xué)協(xié)作能力，通過虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)幫助顯示器重復(fù)虛擬手術(shù)，移動(dòng)過程信息指導(dǎo)，手術(shù)預(yù)測(cè)改善殘疾人生活狀況，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠很好發(fā)揮作用。

4.保護(hù)醫(yī)生降低培訓(xùn)費(fèi)用

4.1 數(shù)字圖像虛擬手術(shù)系統(tǒng)可以用于教學(xué)，進(jìn)行模擬手術(shù)練習(xí)，利用普通游戲光盤放入計(jì)算機(jī)內(nèi)部顯示出一個(gè)虛擬手術(shù)，在虛擬手術(shù)反復(fù)訓(xùn)練提高操作方法，達(dá)到完美。虛擬環(huán)境可以很好建立虛擬人體模型，借助跟蹤球和感覺手套，學(xué)生可以容易了解人體內(nèi)部器官結(jié)構(gòu)，采用教科書方式，工作站建立一個(gè)虛擬外科學(xué)手術(shù)訓(xùn)練器，虛擬環(huán)境包括虛擬手術(shù)臺(tái)，虛擬工具用于虛擬人體模型，借助感受手套，對(duì)于虛擬人體模型進(jìn)行手術(shù)，系統(tǒng)改進(jìn)提高環(huán)境真實(shí)感，增加網(wǎng)絡(luò)功能，培訓(xùn)多個(gè)使用者，進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙控手術(shù)，復(fù)雜手術(shù)計(jì)劃安排手術(shù)，利用新型藥物研制手術(shù)。在醫(yī)學(xué)上學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部進(jìn)行解剖手術(shù)練習(xí)，學(xué)生利用這種技術(shù)培訓(xùn)醫(yī)學(xué)，用于醫(yī)學(xué)培訓(xùn)和研究虛擬實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，仿真程度非常高，具有非常高優(yōu)越性和效果，利用導(dǎo)管使得學(xué)生反復(fù)實(shí)踐，根據(jù)人眼睛結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出三維立體圖像，學(xué)生利用虛擬技術(shù)觀察解剖過程，觀察眼睛結(jié)構(gòu)，麻醉實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)手術(shù)模擬。

4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在藥物研究中應(yīng)用，主要進(jìn)行復(fù)雜分子合成實(shí)驗(yàn)，研究人員控制好藥物分子模型，通過模擬分子測(cè)試出藥物分子結(jié)構(gòu)，利用計(jì)算機(jī)生成分子模型，把所有藥物連接起來，解除原體致病能力，藥物設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三維，在屏幕上可以觀察到分子結(jié)構(gòu)立體圖像，分子之間能夠結(jié)合，研究人員要利用多種方法研制藥物進(jìn)行治療。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在康復(fù)醫(yī)學(xué)中應(yīng)用被廣泛應(yīng)用，注意力缺陷、空間感知障礙和記憶力等方面進(jìn)行情緒康復(fù)治療，運(yùn)動(dòng)平衡協(xié)調(diào)性要取得非常好治療效果，空間感知障礙和運(yùn)動(dòng)功能會(huì)受到康復(fù)訓(xùn)練，運(yùn)動(dòng)障礙要以運(yùn)動(dòng)特征，主要包括運(yùn)動(dòng)、舞蹈、抽動(dòng)和斜頸，本文論述運(yùn)動(dòng)障礙包括觀念性和運(yùn)動(dòng)型，由目標(biāo)空間運(yùn)動(dòng)能力。

4.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中應(yīng)用，課堂教學(xué)過程中醫(yī)學(xué)教學(xué)活動(dòng)要實(shí)現(xiàn)為學(xué)生提供可以移動(dòng)電子教學(xué)場(chǎng)所，改善較遠(yuǎn)相互互動(dòng)關(guān)系，更好加深學(xué)員對(duì)于止血內(nèi)容掌握。通過虛擬仿真技術(shù)軟件建立人體結(jié)構(gòu)模型，使得學(xué)生通過相互學(xué)習(xí)，直觀掌握學(xué)習(xí)人體解剖結(jié)構(gòu)，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，抽象內(nèi)容具體化和形象化，很好提高教學(xué)質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為教員和學(xué)生提高一個(gè)沒有危害低學(xué)習(xí)方式，學(xué)員操作模型元素很好改變模型不同方位，直觀學(xué)習(xí)人體人體結(jié)構(gòu)，通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)將學(xué)生直觀了解人體，對(duì)于人體內(nèi)部復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)和血管組織結(jié)構(gòu)了解，利用虛擬技術(shù)掌握復(fù)雜生命活動(dòng)力，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，戰(zhàn)士細(xì)胞空間三維模式，有機(jī)配合提高顯微鏡拍攝圖像，表現(xiàn)細(xì)胞生長(zhǎng)增長(zhǎng)過程。

5.結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究?jī)?nèi)部主要設(shè)計(jì)人工智能、計(jì)算機(jī)模擬、智能控制和心理學(xué)等，是許多學(xué)科相互交叉產(chǎn)物，必須清醒認(rèn)識(shí)到這個(gè)技術(shù)潛力，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)初級(jí)階段，存在理論問題和技術(shù)障礙，構(gòu)成研究方向，在外科手術(shù)和醫(yī)學(xué)手術(shù)操作過程中，結(jié)合角膜提高科學(xué)技術(shù)水平，克服苦難，實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展。虛擬技術(shù)系統(tǒng)可以根據(jù)病人實(shí)際清理治療，系統(tǒng)迅速治療傳感設(shè)備，對(duì)于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存分析，醫(yī)生掌握好病人情況，實(shí)現(xiàn)虛擬治療，方便患者在虛擬現(xiàn)實(shí)及時(shí)治療中得到很好康復(fù)，提高虛擬顯示技術(shù)應(yīng)用。

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