楊梅松竹，李 輝，陳金華，朱耀峰

（吉首大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，湖南 吉首 416000）

醫(yī)學(xué)研究生教育是培養(yǎng)醫(yī)藥衛(wèi)生人才、維護(hù)人類健康的重要環(huán)節(jié)，與醫(yī)療和教育兩個(gè)關(guān)鍵的民生問(wèn)題息息相關(guān)。醫(yī)學(xué)研究生教育不僅要向?qū)W習(xí)者傳授醫(yī)學(xué)專業(yè)知識(shí)與科技前沿動(dòng)態(tài)，更要注重實(shí)踐操作能力和深度學(xué)習(xí)能力等綜合素質(zhì)的訓(xùn)練，目的是培養(yǎng)具備疾病診療能力、健康宣傳能力、科研探索能力以及知識(shí)傳播能力的新時(shí)代醫(yī)生。

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，能力培養(yǎng)的許多方面未能融入到教學(xué)實(shí)踐中去。例如，偏抽象的教學(xué)內(nèi)容難以通過(guò)語(yǔ)言表達(dá)，實(shí)踐性強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容難以在講述中實(shí)現(xiàn)，富于情感體驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容難以進(jìn)行口頭描述。并且，由于受到時(shí)間、場(chǎng)地以及儀器設(shè)備等條件的制約，生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源有限、部分生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性大、臨床實(shí)踐機(jī)會(huì)缺乏等矛盾都嚴(yán)重影響著醫(yī)學(xué)研究生培養(yǎng)的質(zhì)量和效果。

醫(yī)學(xué)研究生實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練和科研思維培養(yǎng)任務(wù)重。無(wú)論學(xué)術(shù)型還是專業(yè)型醫(yī)學(xué)研究生，本科階段由于繁重的課程學(xué)習(xí)任務(wù)，未能提前全面接觸醫(yī)學(xué)科學(xué)研究與生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)；研究生階段由于較短的學(xué)制和較重的專業(yè)學(xué)習(xí)任務(wù)，缺乏對(duì)生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的長(zhǎng)期系統(tǒng)化訓(xùn)練。此外，科研思維的培養(yǎng)，比如如何激發(fā)醫(yī)學(xué)前沿科學(xué)知識(shí)的深層次學(xué)習(xí)，如何建立科學(xué)研究與已有醫(yī)學(xué)知識(shí)的聯(lián)系，如何尋找潛藏的臨床問(wèn)題，如何謹(jǐn)慎地、批判性地檢驗(yàn)科學(xué)假說(shuō)，如何將醫(yī)學(xué)科學(xué)研究與臨床實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合等，是一個(gè)龐大而復(fù)雜的體系。

本文聚焦于生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)這一支撐醫(yī)學(xué)科學(xué)研究的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)科研實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，探索提高醫(yī)學(xué)研究生實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及激發(fā)科研思維的教學(xué)方法，為醫(yī)學(xué)研究生實(shí)踐操作技能與深度學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)等問(wèn)題提供新的思路和策略。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本情況

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)即綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和顯示控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成可交互的三維環(huán)境，從而提供沉浸式體驗(yàn)的技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息傳播、人工智能和三維重建等現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，VR 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育和臨床醫(yī)療的各個(gè)領(lǐng)域。VR 技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育與實(shí)踐中的應(yīng)用具有以下三個(gè)特性。（1）沉浸感。通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和媒介對(duì)虛擬世界賦予身臨其境般地感知，創(chuàng)設(shè)“真實(shí)”的學(xué)習(xí)情境。（2）交互性。模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度，構(gòu)建“實(shí)踐”教學(xué)活動(dòng)；（3）構(gòu)想性。通過(guò)構(gòu)建存在的或未知的世界用于解決實(shí)際工程問(wèn)題，創(chuàng)造“形象”的應(yīng)用環(huán)境。由此可見(jiàn)，VR 技術(shù)的特性可明顯增強(qiáng)課堂師生互動(dòng)性、提高學(xué)生實(shí)踐參與度，使課堂氛圍更生動(dòng)、內(nèi)容記憶更深刻、知識(shí)掌握更牢固。因此，VR 技術(shù)在教育實(shí)踐中的應(yīng)用將為醫(yī)學(xué)教育和研究帶來(lái)一次劃時(shí)代的革命。

近十年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步推動(dòng)了VR 技術(shù)的迅猛發(fā)展。尤其在新冠肺炎疫情持續(xù)反復(fù)的背景下，VR技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。VR 技術(shù)在線上教學(xué)、遠(yuǎn)程指導(dǎo)、虛擬實(shí)驗(yàn)、線上討論、遠(yuǎn)程醫(yī)療等多方面的應(yīng)用發(fā)揮了無(wú)可替代的作用。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外各大企業(yè)，如華為、小米、聯(lián)想、創(chuàng)維、OPPO、谷歌、微軟等均進(jìn)入VR 技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，在VR 產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵核心軟件和硬件技術(shù)上不斷取得重大突破。為VR 技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育和實(shí)踐中的應(yīng)用提供了必要條件。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)科研實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

實(shí)踐表明，生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)研究生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的橋梁。醫(yī)學(xué)研究生通過(guò)將生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技能與臨床專業(yè)知識(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，加深對(duì)疾病發(fā)生發(fā)展規(guī)律與機(jī)制的理解，進(jìn)一步提升發(fā)現(xiàn)和解決臨床實(shí)際問(wèn)題的能力，從而實(shí)現(xiàn)科研更好地服務(wù)于臨床的目的。通過(guò)VR 技術(shù)的應(yīng)用，強(qiáng)化生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技能、提高實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)水平、提升科研思維能力，為開(kāi)展醫(yī)學(xué)科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。下面就虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)三類實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用展開(kāi)討論。

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)于醫(yī)學(xué)本科教育中的人體解剖學(xué)、組織學(xué)與胚胎學(xué)、病原微生物學(xué)、病理學(xué)和臨床病理學(xué)等課程。然而，研究生教學(xué)和科研則是基于本科階段所學(xué)的醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)知識(shí)在形態(tài)學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)上的應(yīng)用，主要用于組織、細(xì)胞和病原菌等研究對(duì)象的標(biāo)記、定位與定量等。然而，傳統(tǒng)的染色類形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)存在可重復(fù)性差、結(jié)果評(píng)價(jià)缺乏客觀性、圖片效果不佳等問(wèn)題。將VR技術(shù)于醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)可以有效避免以上問(wèn)題?！疤搶?shí)結(jié)合”結(jié)構(gòu)展示如圖1 所示。

圖1 “虛實(shí)結(jié)合”結(jié)構(gòu)展示

利用VR 技術(shù)開(kāi)展形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬操作，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。查閱GeneCards 和The human protein atlas 等數(shù)字圖譜網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)了解目標(biāo)蛋白在細(xì)胞中的定位及表達(dá)水平；借助Wiley online library、protocols.io 等實(shí)驗(yàn)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)根據(jù)蛋白類型和細(xì)胞定位選擇合適的染色步驟和試劑；利用3DsMax 建模、VRMI 格式網(wǎng)絡(luò)輸出和Java Applet 等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作模擬與通訊互交。通過(guò)綜合利用形態(tài)學(xué)相關(guān)VR 技術(shù)進(jìn)行虛擬操作，實(shí)現(xiàn)特殊染色、免疫化學(xué)染色及免疫熒光染色等形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，最大程度避免臨床樣本和動(dòng)物模型組織切片的浪費(fèi)和抗體等試劑的損耗，節(jié)省實(shí)驗(yàn)條件摸索時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率。

通過(guò)VR 技術(shù)構(gòu)建形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果客觀性評(píng)價(jià)體系。按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，在掌握了?shí)驗(yàn)原理、選擇了適當(dāng)?shù)牟僮鞑襟E和試劑、確定了合適的實(shí)驗(yàn)條件等前提下，對(duì)組織切片進(jìn)行染色。進(jìn)一步，利用顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)字虛擬組織切片掃描系統(tǒng)等圖像采集模塊，獲取高清數(shù)字虛擬圖像；運(yùn)用Image J、ImageXpress Micro Confocal 等數(shù)字成像分析系統(tǒng)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)?？蓪?shí)現(xiàn)石蠟連續(xù)切片同一視野、不同染色方式的圖片采集和對(duì)比分析，對(duì)不同標(biāo)記類型、不同細(xì)胞定位的染色結(jié)果進(jìn)行定量分析和差異比較，并呈現(xiàn)數(shù)字地形圖、熱圖等多種可視性結(jié)果，構(gòu)建形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果客觀性評(píng)價(jià)體系。

VR 技術(shù)極大提高了圖片展示效果。形態(tài)學(xué)研究結(jié)果的展示主要通過(guò)圖片來(lái)體現(xiàn)，圖像處理相關(guān)VR 技術(shù)的運(yùn)用使得圖片展示效果得到大幅提升。組織或細(xì)胞免疫熒光染色可通過(guò)應(yīng)用ZEN、DVM 等數(shù)字顯微鏡軟件獲得單通道圖像，并進(jìn)行多通道不同組合方式的圖像合成。應(yīng)用Adobe illustrator、Canvas 等矢量圖形處理軟件中黑白平衡、角度校正、降噪銳化及Flash 渲染等技術(shù)模塊，可獲得高精度、高視覺(jué)效果矢量圖。Vectra Polaris 多光譜掃描成像系統(tǒng)通過(guò)光譜拆分成像技術(shù)有效識(shí)別多重?zé)晒庑盘?hào)，同時(shí)進(jìn)行組織切片全景掃描，搭配Halo 數(shù)字病理圖像分析平臺(tái)，可獲得低光譜重疊率、高清晰度、低背景、可拆分熒光圖像，使得以多種蛋白或核酸分子為研究對(duì)象的多重免疫熒光染色技術(shù)在病灶微環(huán)境和細(xì)胞空間分布等高端病理分析技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

VR 技術(shù)在醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用極大地發(fā)揮了其“形象”的特征，超越了傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)的阻礙，擴(kuò)大了形態(tài)學(xué)研究的探索方向，增加了實(shí)用性強(qiáng)的形態(tài)學(xué)技術(shù)方法，提高了形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的顯示效果。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)科學(xué)研究相關(guān)的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)包括基因編輯技術(shù)、分子結(jié)構(gòu)與功能分析、細(xì)胞工程技術(shù)、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，涉及細(xì)胞水平、蛋白質(zhì)水平、核酸水平等多個(gè)層面。存在實(shí)驗(yàn)條件要求高，儀器設(shè)備貴重且操作復(fù)雜，需要使用多種有毒有害試劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以預(yù)測(cè)等問(wèn)題。而這些問(wèn)題均可通過(guò)VR 技術(shù)得到很好的替代和補(bǔ)充。

基因編輯技術(shù)以及基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白組等多組學(xué)研究相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備貴重且操作復(fù)雜。MinION、OmicsDI 和TARGET 等數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)字可視化綜合組學(xué)分析平臺(tái)在多組學(xué)研究中的運(yùn)用，可多狀態(tài)、多維度精準(zhǔn)檢測(cè)出關(guān)鍵致病基因并分析其表達(dá)調(diào)控方式，使得通過(guò)CRISPR 基因編輯工具干擾或刪除關(guān)鍵基因從而闡明其生物學(xué)功能成為可能。Signosis、Chromium 等單細(xì)胞基因表達(dá)分析技術(shù)的應(yīng)用，能夠在單細(xì)胞水平上對(duì)基因表達(dá)水平進(jìn)行測(cè)定，從而鑒定細(xì)胞類型和狀態(tài)、定量細(xì)胞群體異質(zhì)性、動(dòng)態(tài)了解細(xì)胞躍遷、篩選用于功能研究的關(guān)鍵候選基因。

分子空間結(jié)構(gòu)和互作功能分析是研究蛋白質(zhì)、核酸等分子結(jié)構(gòu)與功能的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。采用VR 技術(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算可以對(duì)目標(biāo)分子的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行模型構(gòu)建和結(jié)果預(yù)測(cè)，既能獲得可靠的分子模型和預(yù)測(cè)結(jié)果，又能大幅度減少有毒、有害試劑的使用。比如，Discovery Studio、SDSCI 和3D-JIGSAW 等同源建模法即利用已知蛋白序列預(yù)測(cè)同源蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析揭示蛋白質(zhì)功能等模擬計(jì)算的方法預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能；AutoDock、ZDOCK 和RosettaDock 等分子對(duì)接工具可以對(duì)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間、蛋白質(zhì)與DNA 或RNA 之間的相互作用進(jìn)行模擬計(jì)算；此外，還可以通過(guò)Discovery Studio、NAMD 和GROMACS 等分子動(dòng)力學(xué)平臺(tái)構(gòu)建蛋白質(zhì)分子模型，通過(guò)研究蛋白質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)和構(gòu)象動(dòng)態(tài)變化了解蛋白質(zhì)的特性和生物學(xué)功能。

細(xì)胞工程技術(shù)是指利用工程學(xué)技術(shù)在細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平對(duì)細(xì)胞進(jìn)行遺傳學(xué)改造，實(shí)驗(yàn)條件要求高。采用基因克隆計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、DNA 或基因合成、轉(zhuǎn)基因等技術(shù)進(jìn)行基因表達(dá)與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、完整基因組和細(xì)胞的人工設(shè)計(jì)與合成，模擬細(xì)胞工程學(xué)改造過(guò)程，獲得特定遺傳性狀的細(xì)胞模型。利用Sholl Analysis 和Imaris software 等模擬計(jì)算軟件，通過(guò)基因表達(dá)分析與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控預(yù)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的關(guān)鍵調(diào)控分子，通過(guò)對(duì)相應(yīng)抑制劑的模擬篩選預(yù)判關(guān)鍵分子是否具有成為治療靶點(diǎn)的潛能，從而分析研究其可行性。

基于VR 技術(shù)開(kāi)發(fā)的各項(xiàng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，可以讓學(xué)生不受時(shí)間、場(chǎng)地、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)試劑等條件的制約，通過(guò)反復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，幫助研究生更好地探討、闡述、證明相關(guān)科學(xué)問(wèn)題，進(jìn)而提升研究水平。各小組總結(jié)匯報(bào)如圖2 所示。

圖2 各小組總結(jié)匯報(bào)

（三）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

目前，VR 技術(shù)作為虛擬仿真技術(shù)的重要組成部分已經(jīng)廣泛應(yīng)用于本科醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中空氣栓塞、高鉀血癥和失血性休克等經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。而針對(duì)科學(xué)研究涉及的機(jī)能學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，尤其是行為學(xué)、藥理學(xué)、腫瘤學(xué)等醫(yī)學(xué)研究重要指標(biāo)，VR 技術(shù)應(yīng)用較少。研究生可借助醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用基于VR 的醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開(kāi)展科學(xué)研究相關(guān)的動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

相比傳統(tǒng)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，VisuGait、KWB 等動(dòng)物步態(tài)分析系統(tǒng)可對(duì)動(dòng)物行走過(guò)程的足印信息進(jìn)行清晰地采集，對(duì)動(dòng)物足跡的步行周期、支撐距離、支撐時(shí)長(zhǎng)、擺動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、制動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、步頻等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和分析，提供單只腳爪獨(dú)立“病態(tài)”曲線，客觀而精確地反映動(dòng)物步態(tài)變化情況；曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)通過(guò)搭載VisuTrack 視頻采集和SuperMaze 動(dòng)物行為分析等軟件，自動(dòng)采集和比較動(dòng)物在靜止、緩慢運(yùn)動(dòng)和快速運(yùn)動(dòng)等三種狀態(tài)的時(shí)間差異分析動(dòng)物自主運(yùn)動(dòng)能力，利用熱圖、矩陣圖顯示動(dòng)物在曠場(chǎng)不同區(qū)域所待時(shí)間、尿便次數(shù)、直立次數(shù)和修飾次數(shù)等行為評(píng)估動(dòng)物焦慮相關(guān)情緒行為；以全形態(tài)識(shí)別技術(shù)為核心的Gene&I 水迷宮分析系統(tǒng)，通過(guò)四部位定位檢測(cè)動(dòng)物在水迷宮轉(zhuǎn)圈行為、與平臺(tái)夾角、離平臺(tái)距離等參數(shù)，更加全面、客觀評(píng)價(jià)動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶能力。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是在沒(méi)有實(shí)體動(dòng)物、試劑、儀器等情況下，基于計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真動(dòng)畫(huà)技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)化虛擬實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建互交式、動(dòng)態(tài)操作、可多角度和多層面觀察與操作的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。VBL-100、BHW-CS 等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠模擬藥物體內(nèi)轉(zhuǎn)化、藥物代謝動(dòng)力學(xué)和藥物毒理性等整個(gè)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)流程，通過(guò)反復(fù)地?zé)o實(shí)物訓(xùn)練，熟悉動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)基本操作，掌握實(shí)驗(yàn)的原理及重點(diǎn)。進(jìn)一步，采用虛實(shí)結(jié)合的模式，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、自主操作手法和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)結(jié)果等提供學(xué)習(xí)與訓(xùn)練平臺(tái)。

在腫瘤學(xué)動(dòng)物體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，小動(dòng)物超聲成像、活體成像等影像學(xué)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于致瘤、轉(zhuǎn)移、耐藥等方面。IVIS Spectrum、Perkinelmer 等小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光、生物發(fā)光和切倫科夫輻射等多種發(fā)光信號(hào)的成像檢測(cè)，實(shí)時(shí)觀察基因表達(dá)水平、細(xì)胞動(dòng)態(tài)變化、腫瘤增殖轉(zhuǎn)移等生物學(xué)過(guò)程；又可通過(guò)模擬算法對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行三維重建，進(jìn)行無(wú)創(chuàng)性活體動(dòng)物體內(nèi)光學(xué)信號(hào)精確定量和定位；并融合3D 成像技術(shù)與不同模式的三維影像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)功能性成像與結(jié)構(gòu)性成像的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而對(duì)腫瘤在體內(nèi)的發(fā)生發(fā)展過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、精確的可視化監(jiān)測(cè)和分析。

通過(guò)VR 技術(shù)在醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，有利于高效和標(biāo)準(zhǔn)化的培養(yǎng)研究生行為學(xué)、藥理學(xué)和腫瘤學(xué)等體內(nèi)實(shí)驗(yàn)操作技能，減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中人為因素導(dǎo)致的偏差，提高研究結(jié)果的可信度和精確性；有利于改善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，由于研究生操作手法不標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)流程不熟悉導(dǎo)致的動(dòng)物意外死亡風(fēng)險(xiǎn)，并降低被動(dòng)物抓傷、咬傷等生物安全風(fēng)險(xiǎn)；有利于在虛擬環(huán)境下分析和判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過(guò)程中，激發(fā)研究生的科研興趣，鍛煉其科研思維，為后期實(shí)際操作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？傊瑢R 技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以更高效地訓(xùn)練研究生實(shí)驗(yàn)技能和科研思維等綜合能力。

三、結(jié)束語(yǔ)

利用VR 等信息技術(shù)輔助教學(xué)是我國(guó)面向21 世紀(jì)高等教育改革的一項(xiàng)重要策略，對(duì)推動(dòng)和培養(yǎng)具有獨(dú)立思維和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才具有重要作用。VR 技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)能生動(dòng)形象地表現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，能全面營(yíng)造逼真的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，能有效提高研究生探查科研問(wèn)題的效率，進(jìn)而幫助教學(xué)者更清晰、更明了地表述實(shí)驗(yàn)原理和研究目的，幫助學(xué)習(xí)者更直觀、更充分地理解研究指標(biāo)與研究目標(biāo)之間的關(guān)系。因此，在本科生教育和研究生培養(yǎng)過(guò)程中都值得廣泛應(yīng)用。

然而，VR 技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐的應(yīng)用與探索過(guò)程中也存在一些問(wèn)題。（1）VR 技術(shù)對(duì)軟硬件的要求較高。需要對(duì)應(yīng)的平臺(tái)和系統(tǒng)的支撐，要達(dá)到理想的教學(xué)效果需要建立多套差異化的計(jì)算系統(tǒng)。（2）缺乏全面、細(xì)致的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬教學(xué)研討平臺(tái)。生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)種類繁多，且隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展還在不斷推陳出新，建立一個(gè)中國(guó)特色的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研討體系是一項(xiàng)龐大而影響深遠(yuǎn)的系統(tǒng)工程。（3）醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)目的偏離。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，VR 技術(shù)使得醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和靈活性大幅提升，但對(duì)于深度學(xué)習(xí)能力不足的學(xué)生，無(wú)制約的自主學(xué)習(xí)會(huì)迷失方向，導(dǎo)致知識(shí)體系碎片化。如果缺乏專業(yè)老師的引導(dǎo)和管理，無(wú)法達(dá)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)目的。

綜上所述，在生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)教學(xué)實(shí)踐中，亟需構(gòu)建基于VR 技術(shù)與實(shí)體教學(xué)實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)VR 技術(shù)與醫(yī)學(xué)教育內(nèi)容融會(huì)貫通的深化和改進(jìn)，摸索培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。盡管在前期教學(xué)實(shí)踐中取得了一些成效，但如何進(jìn)一步系統(tǒng)發(fā)揮VR 技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)，持續(xù)提高VR 技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的疊加效果，促進(jìn)醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升，是我們一直努力的目標(biāo)。