摘 要：隨著科技的持續(xù)發(fā)展，虛擬現(xiàn)實（VR）技術在醫(yī)學領域的應用日益廣泛。VR技術給醫(yī)生和患者帶來了前所未有的體驗，可以幫助醫(yī)生進行病人病情診斷。文中基于Unity 3D技術創(chuàng)建了一個逼真的醫(yī)療診斷虛擬環(huán)境，醫(yī)生可以在該虛擬環(huán)境中模擬診斷病人的病情，從而在正式給出診斷結(jié)論前能夠更細致地了解病人的病情，進而做出更準確的診斷。該系統(tǒng)的應用將有助于提高醫(yī)生醫(yī)療服務的質(zhì)量和效率，降低醫(yī)院的醫(yī)療成本，同時也能為患者提供更好的就診體驗。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)實（VR）；Unity 3D技術；醫(yī)療診斷；虛擬醫(yī)療環(huán)境；虛擬診室；沉浸式學習

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）07-0-03

0 引 言

隨著科技的持續(xù)發(fā)展，虛擬現(xiàn)實（VR）技術在醫(yī)學領域得到了廣泛的應用，并且擁有廣闊的應用前景。為了提高醫(yī)生醫(yī)療服務的質(zhì)量和效率，降低醫(yī)院的醫(yī)療成本，本文基于Unity 3D技術構(gòu)建了病人病情虛擬仿真診斷模擬系統(tǒng)，借助計算機技術構(gòu)建了逼真的虛擬醫(yī)療環(huán)境，從而實現(xiàn)對醫(yī)療建筑、實地地形和周圍環(huán)境的虛擬化和數(shù)字化[1]。該系統(tǒng)不僅為用戶賦予了強大的交互性和沉浸感，而且可以全方位地觀察、操作和訪問虛擬醫(yī)療中的實體，甚至可以進入部分建筑物內(nèi)部觀察。虛擬現(xiàn)實技術以其獨特的存在感、交互性、自主性和想象性，在醫(yī)療領域發(fā)揮著重要作用，為醫(yī)院樹立了現(xiàn)代化、技術化的形象，推動了醫(yī)院知名度的提升和管理水平的發(fā)展。

1 研究內(nèi)容

基于Unity 3D的病人病情虛擬仿真診斷模擬與監(jiān)控漫游系統(tǒng)，是一種通過Unity 3D這款強大的3D可視化引擎開發(fā)的醫(yī)療輔助工具。該系統(tǒng)主要用于模擬病人的病情變化，幫助醫(yī)生或醫(yī)護人員更好地了解病人的狀況并進行相應的診斷。同時，它還具有監(jiān)控功能，可以實時觀察醫(yī)院情況，以便及時發(fā)現(xiàn)并處理任何可能存在的問題。除了診斷和治療功能外，這個系統(tǒng)還有一個重要的特點就是它的漫游功能。通過這個功能，患者可以像在真實環(huán)境中一樣，自由地移動和觀察，可以幫助患者找到需要的診室，避免迷路[2]。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)功能設計

結(jié)合漫游需求和診斷訓練的要求，系統(tǒng)的開發(fā)與建設總體以新醫(yī)科特色、新診療理念、新技術前沿為導向，將平臺劃分為場景漫游、設備認知、理論知識和操作模擬四大功能模塊。其基本功能實現(xiàn)如圖1所示。

（1）場景漫游模塊：該模塊使用戶獲得了在虛擬醫(yī)療環(huán)境中自由移動的體驗，以便高效尋找診室、衛(wèi)生間等目標區(qū)域，并可觀察、熟悉醫(yī)療設備[3]。此模塊亦可為實習醫(yī)護人員提供一個沉浸式的學習環(huán)境，使他們能夠更好地了解醫(yī)院的布局和設備位置，以提高工作效率和應對突發(fā)情況的能力。

用戶可以通過使用虛擬現(xiàn)實設備，如頭戴式顯示器和手柄控制器，進入虛擬醫(yī)療環(huán)境。在這個虛擬環(huán)境中，用戶通過手柄控制器移動角色，即可實現(xiàn)自由漫游。用戶可以沿著走廊行走，進入不同的診室，觀察各種醫(yī)療設備的布置和功能。這種沉浸式的體驗能夠使醫(yī)護人員更加直觀地了解醫(yī)院環(huán)境，提高他們的空間感知能力和應變能力。通過場景漫游模塊，醫(yī)護人員可以在安全的環(huán)境中進行實踐探索，積累豐富經(jīng)驗，為日常工作中應對突發(fā)情況做好準備。

（2）設備認知模塊：該模塊旨在幫助醫(yī)護人員學習和了解各種醫(yī)療設備的功能、用途以及操作方法，從而增強他們對設備的熟悉度和應用能力。現(xiàn)代醫(yī)療設備種類繁多，功能復雜，對醫(yī)護人員的操作技能和認知水平也有了更高的要求。因此，通過設備認知模塊的學習是非常有必要的。

在設備認知模塊中，用戶可以學習各種醫(yī)療設備的基本知識，包括設備的名稱、功能、使用方法以及維護保養(yǎng)等方面的內(nèi)容。通過交互式的學習方式，用戶可以通過文字、圖像、視頻等多種形式了解設備的相關信息，并進行模擬操作和實踐練習。譬如，用戶可以快速熟知各種醫(yī)療影像設備的原理和操作方法，了解X射線機、CT掃描儀、MRI設備的工作原理和使用技巧，以及各種監(jiān)護儀器的使用方法和注意事項，包括心電監(jiān)護儀、血壓監(jiān)測儀、呼吸機等。通過對這些內(nèi)容的學習，醫(yī)護人員可以更好地應對臨床工作中的各種情況，提高對患者的監(jiān)護和治療水平。設備認知模塊為醫(yī)護人員提供了一個系統(tǒng)化的學習平臺，能夠幫助他們更好地掌握和運用醫(yī)療設備，提高工作效率和診療質(zhì)量，為患者提供更加優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療服務。同時，患者也可以通過此模塊了解醫(yī)療設備的使用方法和操作要點，增強對治療過程的理解和配合，從而更好地參與治療過程，提高治療效果和與醫(yī)患溝通的質(zhì)量。

（3）理論知識模塊：該模塊在醫(yī)護人員提升專業(yè)水平和知識儲備方面扮演著重要角色。其價值不僅僅在于提高醫(yī)護人員個人的學習能力，更在于向患者進行醫(yī)學知識的科普和教育。通過這個模塊，醫(yī)護人員得以獲取醫(yī)學知識的學習平臺，包括診斷標準、病理生理知識、醫(yī)學影像學等多個領域，從而加深對疾病的理解，提高臨床診療能力。

在理論知識模塊中，用戶可以根據(jù)個人興趣和學習需求選擇相關醫(yī)學領域或具體課題進行學習。系統(tǒng)提供了豐富多樣的學習資源，包括文字資料、圖表、案例分析、視頻課程等形式。醫(yī)護人員能夠依據(jù)自身學習進度和偏好，進行個性化的學習，提高學習效率。舉例來說，醫(yī)護人員可以學習常見疾病的診斷標準和治療方案，深入了解疾病的病理生理機制和臨床表現(xiàn)特點。同時，他們還可以學習醫(yī)學影像學的基本知識，包括X射線、CT、MRI等影像檢查的原理和解讀方法。通過理論知識模塊的學習，醫(yī)護人員能夠提高對疾病的認識和診斷能力，為患者提供更加精準和有效的治療方案。

（4）操作模擬模塊：醫(yī)護人員使用此模塊可以模擬醫(yī)療操作場景，如手術操作、急救處理等。此模塊的設計旨在讓醫(yī)護人員在安全的虛擬環(huán)境中進行實踐操作，增強其對各種醫(yī)療情況的處理能力，從而提高其應急處理能力和技能水平。

在操作模擬模塊中，醫(yī)護人員可以選擇不同的醫(yī)療場景進行模擬操作。系統(tǒng)會提供各種臨床案例，涵蓋了常見的醫(yī)療情況和急救場景。用戶可以根據(jù)自己的需求和學習目標，選擇適合的模擬場景進行訓練。模擬操作包括手術操作、病情評估、藥物給藥、器械使用等多個方面，能夠幫助醫(yī)護人員全面掌握醫(yī)療操作技能。對于這樣的實戰(zhàn)演練，醫(yī)護人員可以進行反復訓練，并從中積累經(jīng)驗，熟練掌握各種操作技能。這種實踐性的學習方式不僅能有效提高醫(yī)護人員的應急處理能力和工作效率，還能為日常臨床工作提供更加可靠的支持。

2.2 硬件模塊的設計與選型

在設計和選擇硬件模塊時，需要考慮用戶體驗、功能需求以及技術支持等多個方面。常見的虛擬現(xiàn)實設備包括頭戴式顯示器（VR Headsets）和手柄控制器等。頭戴式顯示器簡稱VR頭顯或VR眼鏡，旨在提供沉浸式的虛擬現(xiàn)實體驗。這種顯示器通常由高分辨率的屏幕、傳感器、透鏡和調(diào)整帶組成。用戶可以通過戴上這種設備，并將其覆蓋在眼睛前方，體驗虛擬現(xiàn)實環(huán)境。頭戴式顯示器的工作原理是通過顯示器顯示圖像，并通過透鏡將圖像投影到用戶的眼睛上，從而產(chǎn)生立體感。傳感器會感知用戶的頭部運動，并相應地調(diào)整顯示圖像，使用戶感覺自己處于一個虛擬的三維環(huán)境中[4]。耳機系統(tǒng)則提供了環(huán)繞聲音，增強了沉浸感。這種設備通常用于游戲、教育、醫(yī)療和培訓等虛擬現(xiàn)實應用程序領域。本文選取HP Reverb G2型號的頭戴式顯示器作為硬件。

2.3 軟件設計與實現(xiàn)

在軟件設計與實現(xiàn)階段，Unity 3D是一個理想的選擇，因為它是一款功能強大的跨平臺游戲開發(fā)引擎，同時也適用于虛擬現(xiàn)實（VR）應用程序的開發(fā)[5]。本文使用Unity 3D進行場景建模。系統(tǒng)設計的開端需導入各種醫(yī)療設備的3D模型，如X射線機、CT掃描儀、心電監(jiān)護儀等。確保這些設備的模型與實際設備盡可能相似，以提供更真實的體驗。接下來，利用Unity 3D內(nèi)置的物理引擎，模擬醫(yī)療設備和物體之間的物理交互，如碰撞、運動等，增強虛擬環(huán)境的真實感。此外，設計清晰簡潔的用戶界面，包括菜單、操作指南等，是非常必要的[6]。

3 實現(xiàn)步驟

在Unity 3D中創(chuàng)建一個病人病情的虛擬仿真診斷模擬系統(tǒng)[7]，具體步驟如下：

（1）使用Unity 3D創(chuàng)建一個場景，包含病人模型、病情環(huán)境、診斷工具等元素；

（2）導入病人的模型和與病情相關的材質(zhì)、紋理；

（3）使用腳本控制病人模型的行為表現(xiàn)，例如病情變化、病情模擬等動態(tài)過程；

（4）集成Unity的物理系統(tǒng)，模擬病情可能引發(fā)的物理效果，如物體的跌落、人與人之間碰撞等；

（5）利用Unity的動畫系統(tǒng)，實現(xiàn)病人的病情動畫；

（6）添加診斷工具，如X射線機、B超設備、血常規(guī)分析儀等，用戶可通過這些工具來診斷病情；

（7）設置診斷結(jié)果，可以以文本顯示、模型狀態(tài)變化等方式將診斷結(jié)果反饋給病人。

系統(tǒng)實現(xiàn)的核心代碼如下：

// 病情變化控制腳本

public class DiseaseController ： MonoBehaviour

{

public GameObject patientModel; //病人模型

public Animation patientAnimation; //病人動畫

// 病情變化函數(shù)

public void ChangeDiseaseState（）

{

// 病情變化邏輯，例如通過改變模型的某些部分，或者播放特定的動畫片段

patientAnimation.Play（\"DiseaseStateAnimation\"）;

}

}

// 診斷工具腳本

public class DiagnosticTool ： MonoBehaviour

{

public void PerformDiagnosis（）

{

// 執(zhí)行診斷，可能涉及到讀取病人模型的狀態(tài)，或者與診斷結(jié)果相關的操作

// 輸出診斷結(jié)果

Debug.Log（\"診斷結(jié)果：病人患有某種病情\"）;

}

}

其中DiseaseController用于控制病情變化，Diagnostic Tool用于診斷。在實際應用中，需要根據(jù)病情模擬的具體需求，設計具體的病情變化邏輯和診斷算法。

4 結(jié) 語

本文設計并實現(xiàn)了一個基于Unity 3D的病人病情虛擬仿真診斷模擬與監(jiān)控漫游系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應用體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)療健康領域的巨大潛力[8-10]。該系統(tǒng)不僅為醫(yī)生和醫(yī)學生提供了無風險、可重復的病情診斷和治療訓練環(huán)境，同時也為患者病情的評估開辟了新的可能性。借助高度仿真的三維模型和交互式界面，用戶可以更加直觀地理解疾病機制，進而提高診斷的準確性。此外，系統(tǒng)的實時監(jiān)控功能使醫(yī)生可以隨時了解患者的狀況，以便及時調(diào)整治療方案。雖然這一想法已取得了顯著進展，但仍有許多挑戰(zhàn)。例如，提高仿真精度，增強系統(tǒng)的互動性和用戶體驗，以及確保數(shù)據(jù)的安全性與隱私性，都是未來研究和發(fā)展中的關鍵點。

展望未來，隨著技術的不斷進步和創(chuàng)新，可以預見這類系統(tǒng)在臨床實踐中將扮演越來越重要的角色，會極大地促進醫(yī)療服務質(zhì)量的提升和醫(yī)療資源的高效利用。因此，繼續(xù)投入研發(fā)，不斷完善和優(yōu)化此類系統(tǒng)，對于推動醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

[1]呂侃笑，汪浩文，李偉.基于數(shù)字化虛擬技術的南京航空航天大學校園導視系統(tǒng)設計[J]. 科技創(chuàng)新與應用，2016（29）： 59.

[2]張博凱.基于Unity 3D的機加工虛擬仿真系統(tǒng)設計[D].南京：南京信息工程大學，2023.

[3]劉丞.基于WebGL的大規(guī)模場景實時漫游技術研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學， 2019.

[4]鄭瑋澤.基于云渲染的三維智慧園區(qū)系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學，2023.

[5]黃穎.基于Unity3D虛擬現(xiàn)實技術的岳麓書院3D漫游設計[D].長沙：湖南大學，2017.

[6]夏正新，吳昊楨，徐皓.醫(yī)學虛擬仿真實驗教學平臺的建設[J].南京醫(yī)科大學學報（社會科學版），2023，23（5）：490-494.

[7]黃錦敬，曹敏，林聲偉.基于Unity3D的倉儲監(jiān)測預警系統(tǒng)的設計與仿真[J].工業(yè)控制計算機，2024，37（3）：70-72.

[8]薛宇彤，賀澤星，郭永剛，等.基于Unity3D和3DSMax的水庫虛擬仿真系統(tǒng)設計[J].云南水力發(fā)電，2024，40（2）：107-111.

[9]許自強，王麗嘉.基于Web的醫(yī)學圖像處理系統(tǒng)的設計[J].電子設計工程，2023，31（24）：190-195.

[10]高陽.面向醫(yī)學檢驗數(shù)據(jù)分析的增強深度學習預測模型[J].電子設計工程，2024，32（4）：176-180.

收稿日期：2024-04-01 修回日期：2024-05-06

基金項目：江蘇省高等學校基礎科學（自然科學）研究項目（22KJ D520011）

作者簡介：馬振宇（2005—），男，研究方向為計算機網(wǎng)絡技術。

曾尉軒（2004—），男，研究方向為計算機網(wǎng)絡技術。

趙書涵（2004—），女，研究方向為計算機網(wǎng)絡技術。

周 薇（1975—），女，碩士，副教授，研究方向為數(shù)據(jù)加密與分析。