指导教师：吕美 汪振泽
摘 要：随着计算机科技的发展，虚拟现实系统得以丰富和广泛应用，在军事、娱乐和机械制造、医学等领域被广泛的应用，尤其近年来在医学方面取得了很大的进展，本文介绍了虚拟现实技术在基础医学、临床医学、远程医疗、虚拟医院、虚拟实验室等医学领域的应用，探讨了为医学服务的虚拟现实技术的发展前景。
关键词：虚拟现实；医学；应用与前景
沈阳建筑大学大学生创新创业训练计划项目
虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）开始于20世纪60年代，是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科。由于虚拟现实作为一种新型媒体，目前尚未被进行固定的定义。一些虚拟现实的研究者和用户本身对这项媒体技术存在各自的看法，而从技术层面上来讲，虚拟现实集合了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络并行处理，通过视、听、触觉，并且以图表及动画方式呈现，包含了交互性、想象性、沉浸性。
20世纪80年代之后，随着计算机科技的发展，为医学服务的虚拟现实系统得以丰富和广泛应用，更为精确、直观、形象并且符合现实的技术方法来实现科学性与技术性。在医学领域与技术交流过程中虚拟现实技术存在明显的优势，尤其针对医学教育和培训，能使用户主动地针对学习任务去获得尽可能多的现场感，大大缩短训练时间，减少训练经费，利于克服传统学习和训练方法抽象、理解困难、不易反复实践、耗费多等缺点，因此得到了进一步的研究与应用。根据1993年的统计，世界市场上出现的805个虚拟现实应用系统中有49个用于医学领域，主要涉及以下几个方面：
1 虚拟人体
在20世纪80年代，美国与德国的学者便开始了对于虚拟人体技术的探索和实践，实现了用户可以在计算机屏幕上对“可视”进行解剖，并可把局部的图像进行缩放的效果，并且采用人工智能技术，把人体各部位不同领域的知识填充到空间模型，用户可以自由地在三维人体空间及相应的文字资料进行各种操作。
虚拟人体还可开展虚拟解剖学、虚拟放射学、虚拟内窥镜学等学科的计算机辅助教学。在对病人实施复杂手术之前，外科医生可以先在由虚拟现实系统产生的一具虚拟人体上进行练习，制定手术方案。也可通过对虚拟人体的解剖，对病人进行病理分析。学生则可在此系统上亲眼观察并获得专家从事重大手术过程的第一手资料，亦可动手实习。
2 遥控外科手术和显微外科手术
将装备有基于虚拟现实技术的远程控制操作设备的遥控手术中心与边远地区建立起远程医疗虚拟现实系统，医生只需对虚拟病人的模型进行手术，并通过高速宽带网络将医生的动作传送到网络另一端的手术机器人，由机器人对病人进行手术。手术实际进展的图像也可通过机器人的摄象机实时地传回给医生的头盔立体显示器，并将其与虚拟病人叠加，以便医生实时掌握手术的情况并发出手术指令。
就显微外科手术而言，现已经实现了使用虚拟现实系统把手术部位放大，医生按放大后的常规手术动作幅度操作的同时，又将医生的这种常规幅度的手术动作缩小为显微手术机械手的细微动作的过程，进而大大降低显微外科的难度。
3 医学图像学与药物分子研究
1992年北卡罗来纳大学就开始进行超声图像与虚拟现实相结合的研究，把实时的超声扫描图像经信号变换传输到医生所戴的头盔显示器，医生依赖于头盔的“看穿”能力，能看到超声图像映迭到病人身体上。
此外，用于医学的虚拟现实软件可以将MRI（磁共振成象）生成的二维图象与体视图象组合在一起，用虚拟现实眼镜可看到这类图像，大大提高诊断的直观性和准确性，利于建立与手术台上相吻合的可视环境，进而更为广泛应用于手术前规划和学生的实习。
另一方面，药物设计师戴上三维实体眼镜，在屏幕上观察分子结构的立体图像，使分子间能相互结合也可以在虚拟现实境界中控制药物分子模型，通过所模拟分子的分子力反馈来测试出如何把该药物分子安放在其它分子的结合基上的最佳方向，利用计算机生成的分子模型，把所有相关类型的药物联接在一起，并将其锁定在病原体上，从而解除病原体的致病能力。
4 康复医疗与虚拟实验室
美国加州的洛玛琳达大学已经研制出“神经康复工作站”（Neuro-Rehabilitation W ork-station ），这是一个采用压力传感器、生物传感器，具有数据手套和视线跟踪系统的可视化Unix工作站，可用于诊断因严重事故或先天性引起的身体缺陷，并针对病人缺乏运动的现象，让其沉浸在与真实世界的物理规律不尽相同的虚拟现实之中，从而有助于恢复病人的感觉或运动障碍。
虚拟实验室则是在计算机上加上一组软件和相应的硬件，让使用者在操作这台计算机时就象操作一台实验仪器一样。因为虚拟实验室的硬件仅是解决信号的输入和输出，而能很方便的改变、增减、改善系统的功能与规模的多用基于图形方式的LAB-VIEW语言编写的软件才是关键，所以许多医学教育中的实验和临床相关实验均可以在虚拟实验室中进行。
虚拟现实在医学上的应用已经取得了丰硕的成果，许多产品已经达到了商品化的水平，但整体上仍存在着一些不足之处。克服这些不足，一方面依赖于计算机软硬件技术的进一步发展，另一方面也取决于虚拟现实研究人员对人体的解剖、生理、病理、心理特点的进一步认识。随着各国对虚拟现实技术投入的加大和信息高速公路的建设，这项技术会更快地推动虚拟现实技术在医学中更广泛、更深入的应用，给传统医学带来重大变革。
从另外一个角度来看，虚拟现实技术在医学领域的应用还存在进一步的拓展的空间，如动物医学领域，而随着这种发展和完善，未来本行业用户和普通的大众都将亲自感受虚拟现实技术带来的令人惊叹的视觉效果，体会这种丰富应用，大大提升工作效果。
参考文献
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2、李子丰、慕容居敏，《虚拟现实技术对现代医学的影响》，医学信息，2000，13（10）：516-517。
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