朱佳偉，潘周嫻，陳 適，王 青，沈 震，朱惠娟，潘 慧

(1.中國醫(yī)學科學院 北京協和醫(yī)學院 臨床醫(yī)學八年制, 北京 100730； 2.中國醫(yī)學科學院北京協和醫(yī)學院 北京協和醫(yī)院 內分泌科 衛(wèi)生部重點實驗室，北京 100730； 3.中國醫(yī)學科學院 北京協和醫(yī)學院北京協和醫(yī)院 教育處，北京 100730；4.清華大學 信息技術研究院，北京100084；5.中國科學院 自動化研究所復雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室，北京 100190)

隨著信息技術的發(fā)展，大量新興技術被應用于醫(yī)學中，其中虛擬現實技術(virtual reality,以下簡稱“VR”)備受矚目。作為一門跨學科技術，VR結合了計算機圖形技術、仿真技術、傳感器技術、人機接口技術和顯示技術等多門科學技術，利用特定的硬件設備(建模設備、現實設備和輸入設備等)模擬真實場景，給予用戶身浸潤感，具有與環(huán)境完善的交互作用能力[1]。VR技術在醫(yī)療領域上具有廣闊的應用前景，主要體現在3個方面：一是醫(yī)學教學，用于理論講解、解剖練習和手術培訓； 二是臨床診療，能夠增強遠程門診、構建病變模型、改善康復效果和實現麻醉；三是醫(yī)學干預，主要用于治療精神疾病。醫(yī)生的成長和治療手段的革新離不開大量的實踐，人體的復雜性也增加了其被替代的困難，VR技術模擬真實場景的能力將有效節(jié)約資源、縮短訓練時間，而模擬的逼真程度也決定著VR技術的未來。

1 虛擬現實技術在醫(yī)學教學中的應用

醫(yī)學的學習是基于實踐和經驗的積累，需要可靠的樣本以及真實的場景，耗費大量的金錢與時間。對于醫(yī)學教學而而言，VR技術能夠有效地彌補實驗教學資源的不足、突破時間和空間限制、充實理論知識的學習和模擬真實場景避免危險[2]。

1.1 為傳統(tǒng)醫(yī)學教學課堂增添強有力的工具

傳統(tǒng)的醫(yī)學教學通常采用書面、幻燈片或視頻進行講解，均為二維平面模型、抽象概念，缺乏立體感，學習難度大，影響了學生的積極性；在實驗課中，實驗試劑、器材成本都居高不下，學生人數、時間、空間和標本等都嚴重制約了醫(yī)學院校教學任務的實施[3]。VR模型能夠立體地呈現講解的內容，實現可視化場景，激發(fā)學生的學習興趣，同時能夠節(jié)約人體標本的使用。2017年，研究者利用電子計算機斷層掃描(CT)圖像和核磁共振成像(MRI)構建了正常大腦的三維解剖結構，重點表現了腦室和血管系統(tǒng)的結構以創(chuàng)造更好學習條件，受試者帶上頭戴式VR設備便可進行沉浸式的學習。研究結果表明，VR學習帶來的體驗比傳統(tǒng)的解剖圖譜令人更專注、享受、有效，提高了體驗者的學習動力，但也給學習者帶來了頭暈、頭痛或視力模糊等癥狀[4]。

VR模型可以被更好地標記、添加注釋，獲取相應組織器官的性狀結構、名稱等信息變得更加便捷，還能被用于反復練習解剖技巧，從而鞏固所學知識，彌補傳統(tǒng)學習的不足。

1.2 改變傳統(tǒng)的手術培訓和臨床實習

為了保證手術過程順利、減少醫(yī)療糾紛，醫(yī)生在獨立操作前需要經歷長時間的觀摩和精細的訓練。VR技術提供了理想的訓練平臺，受訓醫(yī)生在虛擬的環(huán)境中觀察三維人體結構，通過觸覺、壓力反饋裝置使受訓者在操作時能擁有更為真實的體驗。動物模型或尸體雖然更為真實，但是存在解剖結構不同、費用較高、道德等問題，人造模型更適用于手術中部分步驟的訓練，而應用VR技術進行訓練不受時間、地點限制，也不會因意外而給患者造成傷害，可以反復進行練習[2]。此外，還能及時地給予受訓者反饋，有效地觀察、記錄手術步驟，從而用于測試或評估。2017年，一種基于組織保護的VR訓練系統(tǒng)被用于血管介入手術訓練，在控制臺操作的同時能在虛擬環(huán)境中看到導管在血管內的運動，輔以觸覺反饋裝置使訓練更為真實。4名非醫(yī)學專業(yè)學生在參加了5 d的訓練項目后，操作時對血管的平均損傷程度減少到0.6 mm，且導管與血管的碰撞頻率大大減少[5]。

表1 手術模擬訓練模型Table 1 Surgical simulation training model

此外，利用當前已發(fā)出的VR手術觀摩，能讓觀看者擁有主刀視角，更細致地觀看每一步操作，創(chuàng)造更好的學習條件。2016年國內進行首次VR手術直播，觀看者以選擇戴上VR眼罩或是通過手機APP進行觀看，畫面可在手術室全景和3D腹腔鏡畫面之間進行切換，既能360°觀察手術室的每一個角落，亦可在主刀醫(yī)生的視角觀察腹腔內的情況[6]。

2 虛擬現實技術在醫(yī)學診療中的應用

當前已經有部分醫(yī)院開通了的遠程門診服務[7]，VR技術可以進一步完善遠程門診：醫(yī)生可以全方位地觀察患者，增加醫(yī)生與患者之間的交互，同時可以將患者各種生理參數呈現在醫(yī)生面前，以便醫(yī)生及時作出診斷，并給出相應的治療措施。醫(yī)生還可以利用VR技術構建患者病變部位的3D模型，在病變周圍全方位地觀察，制定手術方案,患者也能更好地了解手術方案和手術風險，增加醫(yī)患雙方的理解。

VR技術能夠有效轉移體驗者的注意力，從而增強物理治療的效果，甚至是用于麻醉。2016年，基于VR模擬的物理療法治療被用于治療剛經歷前十字韌帶修復的運動員，實驗組中20名受試者被置于虛擬行人交通場景中，結果證明虛擬現實場景有效地改善關節(jié)的生物力學情況[8]。在手術或治療過程中讓患者戴上VR設備進入虛擬世界，轉移其注意力，減輕患者的疼痛。另一項研究招募38名經歷了牙周刮治和根面平整的患者，對比了VR注意力分散療法、視頻注意力分散療法和無注意分散法緩解疼痛的效果，結果顯示接受VR療法的患者的疼痛程度低于另外兩者，且在治療過程中患者血壓降低[9]。

這些研究都表明VR技術能夠完美融入診療之中，但仍有幾個迫切的問題需要解決，比如解決用戶在使用過程中的不適，增加相關人員的培訓。雖然這一方面的應用仍然處在初期階段，但是隨著VR技術的飛速發(fā)展，“虛擬+醫(yī)療”比起傳統(tǒng)療法，勢必會更受用戶的青睞。

3 虛擬現實技術在醫(yī)學干預中的應用

在醫(yī)學干預方面，VR技術可以用于治療精神疾病，通過反復重現令患者癥狀發(fā)作的場景，并利用心理學的治療手段教導患者做出正確的反應，對患者進行訓練或者是治療大腦情感創(chuàng)傷[10]。2014年，一個名為“藍屋”(blue room)系統(tǒng)被用于治療心理恐懼，9個7～13歲的男孩被置于360°的全息影像世界中，周全播放都是此前對自己造成心理創(chuàng)傷的畫面，心理學家們在“藍屋”內進行陪伴、引導。最終9名孩子中有8個能良好應對恐懼情景，其中4個完全克服了恐懼[11]。2016年，研究者募集了59名社交焦慮障礙患者，隨機分為VR場景暴露組(n=17)、現場暴露組(n=22)和候補組(n=20)，VR場景一共有8個，例如在會議室發(fā)言、參加工作面試、拒絕銷售員推銷的產品等，患者可以根據自身需求進行選擇。經過14周的治療后，3個組的改善率分別為76.5%、68.3%和30%，VR場景暴露法比現場暴露法更為有效、實用，并且VR場景暴露組的治療效果在隨后6個月中依然維持著[12]。相比于傳統(tǒng)療法，VR技術能夠完美再現誘發(fā)癥狀的場景并加以控制，同時受試者事先知道所處的環(huán)境是虛擬的，使得受試者更容易去面對虛擬場景。

VR技術在醫(yī)學干預中的治療方法將會越來越多，效率和成本也會逐步降低，但未來仍需對場景進行完善、優(yōu)化，豐富場景中的內容，增加互動，甚至是結合人工創(chuàng)造虛擬人物，以治療更多的精神疾病。

4 總結與展望

由于醫(yī)學專業(yè)的特殊性，當前的網絡條件、技術限制、硬件設備價格過高，限制了VR技術在醫(yī)學領域的應用，有專家認為這項科技只是一種輔助方式，其意義在于輔助醫(yī)學教育，縮短人才的培養(yǎng)周期和節(jié)約培養(yǎng)成本。同樣，如何減少使用過程中出現的頭暈頭痛等不適感也影響著大眾對VR技術的認可。但是隨著技術與硬件的不斷發(fā)展完善，VR技術將進一步滲透進人們的生活中,未來，虛擬教學與虛擬醫(yī)療將與傳統(tǒng)的教學、醫(yī)療相結合，充分發(fā)揮VR技術強大的浸潤感和交互性，創(chuàng)造更加便捷、高效的學習、診療條件。

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新聞點擊

為何肥胖青少年不容易瘦下來

據美國WebMD醫(yī)學新聞網(2016- 10- 01)報道，一項刊登在《國際肥胖》的研究指出，兒童的代謝作用在青春期會暫時減緩，這個模式可能有助于解釋目前青少年的肥胖問題。

研究發(fā)現，孩童的靜態(tài)能量消耗通常會在青春期時降低，靜態(tài)能量消耗代表身體在休息時燃燒熱量的數目。

研究人員發(fā)現，平均來說，相較于10歲的孩子，15歲的青少年每天在休息時會少消耗450卡熱量。

專家指出，這個轉變是令人驚訝的，因為身體越大通常會在休息時燃燒越多熱量，以提供生命必需的大腦活動、心血管系統(tǒng)、以及其他身體功能的能量。

為何會有這個模式目前尚不清楚，但英國Exeter大學的Terence Wilkin博士推測，人類身體可能在進化時，于青春期的重要階段會保留熱量，有助于確保充足的生長與發(fā)展。

當食物缺乏時，這個模式非常有利；但如果攝食太充裕的話，青春期燃燒熱量下降可能就會因進食過多而引起體質量增加。

任何新的發(fā)現都需要在未來的研究中驗證，但如果休息代謝作用在青春期確實降低的話，讓孩子保持活動并保持更健康的飲食就非常重要。

嬰兒吃蛋或花生可減少過敏風險

據美國WebMD醫(yī)學新聞網(2016- 10- 04)報道，一篇新分析發(fā)現，及早讓嬰兒吃蛋或花生，可以幫助降低他們的食物過敏風險。

研究者回顧了146篇有關給予嬰兒某種食物所引發(fā)的過敏反應，以及他們的食物過敏或自體免疫疾病風險的研究。他們發(fā)現，導入食物的時機會影響過敏風險，不過，對于自體免疫疾病沒有類似關聯。

研究者報告指出，相較于年齡較大才給予者，當嬰兒在4～6個月大時給予蛋類食物，蛋過敏風險較低，在4～11個月時給予花生，花生過敏風險也比較低。

這篇文章發(fā)表于2016- 09- 20《美國醫(yī)學雜志》研究指出，及早導入可以減少2.4%蛋過敏和1.8%花生過敏。

及早導入魚類食品的證據就沒有這么強。研究者發(fā)現，在嬰兒6～12個月之前給予魚類食品而降低鼻過敏或花粉癥(過敏性鼻炎)的風險屬于低確定性，他們報告指出，如是在6～9個月齡之前給予時，降低此食物過敏的風險屬于極低確定性。