虚拟现实技术在医学领域的应用
虚拟现实系统是一种计算机虚拟系统,可以不受外界干扰地任意创建和扩展,并能为操作者提供逼真的体验和认知感受。它具有感知性、沉浸性、交互性和构想性的技术特征,使操作者能够借助必要的设备和工具,与这个虚拟环境中的物体或对象进行交互,进而全面获取虚拟环境中所包含的各种空间信息和逻辑信息。
1.虚拟现实技术在医学发展中的研究现状
1.1虚拟现实技术在医学研究中的早期发展
早在20世纪80年代,美国医学研究人员首先开始研究人体的虚拟图像。他们分别解剖了一名男性和一名女性的身体,对解剖部分进行数字化扫描,并将获得的数据进行压缩整理,从而建立了世界上第一个“数字人”。操作者可以在电脑显示器上任意解剖“数字人”,可以局部放大人体图像。20世纪90年代,欧洲汉堡大学医学技术研究所创建了3D虚拟人图谱,用于3D可视化教学研究。学生可以在三维人体空间中自由地进行各种操作。1999,“虚拟青蛙解剖”出现在网络上。20世纪以来,随着计算机技术的飞速发展,虚拟现实技术已经应用于医学领域。
1.2虚拟现实技术在医学研究中的应用
虚拟现实技术在医学领域有许多实际应用。目前,广泛应用的虚拟系统主要有:外科虚拟手术模拟训练、虚拟内科诊断、中医按摩、运动理疗与康复、数字化医院医疗模拟与教学等。
2.生物医学模拟应用
2.1虚拟现实技术在医学教学中的应用
虚拟现实技术可以进行个性化的医疗诊断和治疗,逼真地预期不同治疗方案对人体的不同反应。相对于传统的主观判断,对虚拟人体的各种诊疗实验,可以根据获得的治疗数据和人体反应进行科学的分析和判断,做出更加合理和真实的诊疗方案。虚拟手术模拟系统可以根据各种医学影像信息和数据创建虚拟手术环境,并在虚拟环境中建立3D模型设计切口位置和角度,预览手术过程,从中可以提前预测手术过程中可能出现的问题并采取补救措施,从而提高手术的成功率。有了这个虚拟系统,医生可以制定更加合理的手术方案和方法,减少手术带来的各种损伤和伤害,提高准确判断病灶位置的准确性,对各种复杂的内科和外科手术有很好的辅助判断效果。
医学研究机构投入昂贵的实验对象和设备是一个巨大的负担。通过虚拟手术系统的建立和应用,不仅可以大大减轻医学研究机构的经济负担,还可以有效缩短研究人员的手术培训时间。虚拟手术训练系统可以提供一个身临其境的虚拟环境,其逼真的还原效果可以使训练过程与真实手术一致,使研究人员在现场获得实际手术的真实感受。
另外,在医学院校的教学活动中,由于不受标本、场地、时间等诸多因素的限制,虚拟现实系统可以使教学活动随时随地按需进行。,在降低教学费用的同时达到良好的教学效果。目前,一些专门为医学培训、实践和研究而开发的虚拟现实系统,其仿真程度非常高,其优势和效果是传统教学活动无法比拟的。
2.2虚拟现实技术在药物研究中的应用
虚拟现实技术可以用来宏观药物研究中的微观世界。通过将微观世界中的化学分子等比例放大到我们肉眼可以观察到的大小,科技人员可以形象、清晰地看到不同药物配方在不同条件下发生化学反应的全过程,方便、有效地加快药物研发周期,准确分析药物配方,提高药物功能的可靠性。例如,美国医学研究人员提出将VR技术应用于所谓的“分子插入”研究。项目组的研究人员正在利用这种方法开发抗癌药物的合成。
2.3虚拟现实技术在康复医学中的应用
虚拟现实系统也广泛应用于康复治疗,主要表现在以下几个方面:在注意力缺陷、空间知觉障碍、记忆障碍等领域取得了良好的康复效果。虚拟现实技术可以模拟多种不同的治疗场景,设置不同的刺激治疗方案,使患者在安全有效的治疗环境中进行康复治疗。
3.虚拟现实技术面临的挑战
在医疗领域,虚拟现实及其相关技术的研究水平在国内乃至国际上还处于较低的应用阶段。目前面临的主要困难是:待遇和评价标准没有相关的评价标准,应用系统的交互性和易用性不够完善。虚拟现实系统设备及其外设在性价比上失衡,设备相对昂贵,使得大规模应用的时机还不够成熟。
4.虚拟现实技术在医学应用中的前景。
虚拟现实技术的研究内容涉及人工智能、计算机图形学、智能控制、心理学等诸多学科,是众多相关学科交叉融合的产物。但是,我们必须理性地看到,虽然虚拟现实技术具有广阔的应用前景和强大的技术潜力,但仍处于初级阶段,仍有相当多的理论问题和技术障碍尚未解决,构成了当前的研发方向。随着科学技术的快速发展,我们将能够在不久的将来克服这些困难,并使虚拟现实技术在医疗领域做出更大的贡献。
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