醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與臨床醫(yī)療課件

醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與臨床醫(yī)療醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與臨床醫(yī)療醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)與臨床醫(yī)療一、概述

二、生物醫(yī)學(xué)工程研究的主要內(nèi)容

三、醫(yī)院中的生物醫(yī)學(xué)工程——臨床工程

四、醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)2021/11/142第一頁(yè)，共80頁(yè)。一、概述

二、生物醫(yī)學(xué)工程研究的主要內(nèi)容

三、醫(yī)院中的生物醫(yī)學(xué)工程——臨床工程

四、醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)2020/11/142第二頁(yè)，共80頁(yè)。一、概述定義內(nèi)涵特點(diǎn)2020/11/143第三頁(yè)，共80頁(yè)。什么叫生物醫(yī)學(xué)工程 生物醫(yī)學(xué)工程〔BiomedicalEngineering,BME〕是運(yùn)用自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，研究人的生理、病理過(guò)程，提醒人體的生命現(xiàn)象，并從工程角度解決防病治病問(wèn)題的一門綜合性學(xué)科。一、概述2020/11/144第四頁(yè)，共80頁(yè)。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院有關(guān)名詞命名專家組的定義：

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是結(jié)合物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)原理，從事生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、行為學(xué)或衛(wèi)生學(xué)的研究：①提出根本概念，產(chǎn)生從分子水平到器官水平的知識(shí)；②開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的生物學(xué)制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息學(xué)方法；③用于疾病預(yù)防、診斷和治療，病人康復(fù)，改善衛(wèi)生狀況等目的。一、概述2020/11/145第五頁(yè)，共80頁(yè)。早期的生物醫(yī)學(xué)工程也稱為醫(yī)學(xué)工程學(xué)(MedicalEngineering)：綜合運(yùn)用數(shù)理科學(xué)原理和現(xiàn)代工程技術(shù)研究和解決根底醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)中問(wèn)題的分支學(xué)科。

臨床工程學(xué)〔或臨床醫(yī)學(xué)工程學(xué)〕(ClinicalEngineering)：綜合運(yùn)用數(shù)理科學(xué)原理和現(xiàn)代工程技術(shù)的理論和方法研究、解決臨床醫(yī)學(xué)實(shí)際問(wèn)題的分支學(xué)科。一、概述2020/11/146第六頁(yè)，共80頁(yè)。生物醫(yī)學(xué)工程是工程學(xué)與生物醫(yī)學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物理念上是綜合與分析的結(jié)合結(jié)果上是工程技術(shù)或產(chǎn)品為生物醫(yī)學(xué)效勞一、概述2020/11/147第七頁(yè)，共80頁(yè)。工程學(xué)〔綜合〕生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的內(nèi)涵工程學(xué)〔綜合〕信息反響市場(chǎng)產(chǎn)品生物醫(yī)學(xué)〔分析〕醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)裝置開(kāi)發(fā)理論想法2020/11/148第八頁(yè)，共80頁(yè)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的特點(diǎn)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)工程學(xué)電子學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)力學(xué)材料科學(xué)機(jī)械制造學(xué)-----------生物醫(yī)學(xué)生物學(xué)神經(jīng)科學(xué)內(nèi)科學(xué)外科學(xué)矯形科學(xué)

--------綜合分析2020/11/149第九頁(yè)，共80頁(yè)。二、生物醫(yī)學(xué)工程

主要研究?jī)?nèi)容2020/11/1410第十頁(yè)，共80頁(yè)。醫(yī)學(xué)道德與倫理解剖與生理生物力學(xué)康復(fù)工程與輔助技術(shù)生物材料學(xué)組織工程學(xué)生物醫(yī)學(xué)儀器生物醫(yī)學(xué)傳感器生物信號(hào)處理生物電現(xiàn)象生物醫(yī)學(xué)工程主要研究?jī)?nèi)容生物系統(tǒng)建模與仿真基因組學(xué)和生物信息學(xué)計(jì)算生物學(xué)與復(fù)雜性理論放射成像醫(yī)學(xué)成像光學(xué)和激光在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用數(shù)字化醫(yī)療設(shè)備和技術(shù)微型診療系統(tǒng)…………2020/11/1411第十一頁(yè)，共80頁(yè)。生物材料的應(yīng)用例2020/11/1412第十二頁(yè)，共80頁(yè)。模型及仿真的實(shí)例心臟模型的計(jì)算機(jī)仿真膝關(guān)節(jié)模型的計(jì)算機(jī)仿真例2020/11/1413第十三頁(yè)，共80頁(yè)。電學(xué)模型計(jì)算機(jī)模型教學(xué)模型力學(xué)模型心臟例2020/11/1414第十四頁(yè)，共80頁(yè)。微型診療系統(tǒng)

－－消化道檢測(cè)膠囊美國(guó)SmartPillDiagnositics,Inc.研制的SmartpillTM

智能藥丸，用于監(jiān)測(cè)胃腸道壓力和腸道運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。美國(guó)Medtronic公司的BravoTM藥丸可吸附在食道上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PH值，已進(jìn)入臨床。例2020/11/1415第十五頁(yè)，共80頁(yè)。消化道微型手術(shù)機(jī)器人韓國(guó)膠囊式內(nèi)窺鏡機(jī)器人〔Endoscopicmicrocapsule〕，在多關(guān)節(jié)式藥丸系統(tǒng)中，集成了微型攝像頭、微型泵、組織活檢鉗、PH值傳感器等微型設(shè)備，系統(tǒng)具有主動(dòng)運(yùn)動(dòng)與姿態(tài)控制功能，可以完成局部藥物釋放、圖像采集、PH值測(cè)定、組織活檢、治療等多種功能。例2020/11/1416第十六頁(yè)，共80頁(yè)。三、醫(yī)院中的生物醫(yī)學(xué)工程

——臨床工程2020/11/1417第十七頁(yè)，共80頁(yè)。臨床工程的定義與內(nèi)涵醫(yī)療儀器設(shè)備工程醫(yī)院信息工程醫(yī)療影像信息工程遠(yuǎn)程醫(yī)療工程臨床診斷醫(yī)療工程臨床工程的學(xué)科建立臨床工程2020/11/1418第十八頁(yè)，共80頁(yè)。臨床工程學(xué)臨床工程學(xué)

(ClinicalEngineering)：

綜合運(yùn)用數(shù)理科學(xué)原理和現(xiàn)代工程技術(shù)的理論和方法研究、解決臨床醫(yī)學(xué)實(shí)際問(wèn)題的分支學(xué)科。2020/11/1419第十九頁(yè)，共80頁(yè)。國(guó)家教委已在2004年明確我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教育的方向和目標(biāo)，從生物醫(yī)學(xué)工程與儀器、生物材料與組織工程、生物醫(yī)學(xué)信息、臨床工程四個(gè)方向向國(guó)際先進(jìn)水平靠近。國(guó)家衛(wèi)生部醫(yī)院管理研究所和中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)也于2005年開(kāi)場(chǎng)了“臨床工程師資格認(rèn)證〞工作。盡管還沒(méi)有相應(yīng)的法律、法規(guī)支持和納入標(biāo)準(zhǔn)化，但這一大步的前進(jìn)仍具有可喜可賀的里程碑意義。BME專業(yè)教育和人才培養(yǎng)2020/11/1420第二十頁(yè)，共80頁(yè)。臨床診斷醫(yī)療工程2020/11/1421第二十一頁(yè)，共80頁(yè)?！惨弧场⒍x利用數(shù)字影像、計(jì)算機(jī)及空間定位技術(shù)制定合理的手術(shù)方案并進(jìn)展手術(shù)模擬。CAS基于計(jì)算機(jī)，對(duì)大量數(shù)據(jù)信息高速處理及控制更平安、更準(zhǔn)確。它可以對(duì)圖像進(jìn)展三維重建和融合，術(shù)前充分評(píng)估患者的情況，規(guī)劃手術(shù)路徑、方案，模擬手術(shù)。術(shù)中追蹤手術(shù)器械，引導(dǎo)手術(shù)。確定手術(shù)范圍，從而使外科手術(shù)更加準(zhǔn)確、平安和微創(chuàng)化。

計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)

(computeraidedsurgery，CAS)2020/11/1422第二十二頁(yè)，共80頁(yè)。醫(yī)學(xué)圖像CTMRIPETDSADRI外科醫(yī)生結(jié)合圖像立體定位系統(tǒng)光學(xué)定位機(jī)械定位超聲定位電磁定位患者手術(shù)器械配合配準(zhǔn)跟蹤三維顯示〔二〕、組成2020/11/1423第二十三頁(yè)，共80頁(yè)。1、光學(xué)定位法2、機(jī)械手定位法3、超聲波定位法4、電磁定位法5、混合定位系統(tǒng)〔三〕、立體定位系統(tǒng)2020/11/1424第二十四頁(yè)，共80頁(yè)?！菜摹?、配準(zhǔn)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)將各種影像模式投影在一個(gè)坐標(biāo)系下，融合成新的醫(yī)學(xué)模式。按操作分為:基于外部特征基于內(nèi)部特征2020/11/1425第二十五頁(yè)，共80頁(yè)?！参濉场?yīng)用神經(jīng)外科術(shù)血管畸形手術(shù)脊椎手術(shù)內(nèi)鏡手術(shù)關(guān)節(jié)置換手術(shù)耳鼻喉科手術(shù)骨科手術(shù)教學(xué)2020/11/1426第二十六頁(yè)，共80頁(yè)。四、醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)創(chuàng)造的新世界看似真實(shí)的模擬世界2020/11/1427第二十七頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)〔VirtualReality，VR〕：一種基于可計(jì)算信息的沉浸式交互環(huán)境。采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽(tīng)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)展交互、相互影響，從而產(chǎn)生等同親臨真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)2020/11/1428第二十八頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)_范疇虛擬現(xiàn)實(shí)是高度開(kāi)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程中的結(jié)晶和反映。圖形學(xué)圖像處理模式識(shí)別網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并行處理人工智能……數(shù)學(xué)物理通信氣象地理美學(xué)心理學(xué)社會(huì)學(xué)……2020/11/1429第二十九頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)_關(guān)鍵技術(shù)實(shí)物虛化：現(xiàn)實(shí)世界空間向多維信息化空間的一種映射，主要包括根本模型構(gòu)建、空間跟蹤、聲音定位、視覺(jué)跟蹤和視點(diǎn)感應(yīng)等。虛物實(shí)化：確保用戶從虛擬環(huán)境中獲取同真實(shí)環(huán)境中一樣或相似的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、力覺(jué)和觸覺(jué)等感官認(rèn)知。高性能計(jì)算處理技術(shù)：主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)；實(shí)時(shí)、逼真圖像生成與顯示技術(shù)；多種聲音的合成與聲音空間化技術(shù)等。2020/11/1430第三十頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)_特點(diǎn)沉浸感(Immersive):用戶將感覺(jué)不到身體所處的外部環(huán)境而“融合〞到虛擬世界中去;交互性(Interactive):用戶可通過(guò)三維交互設(shè)備直接控制虛擬世界中的對(duì)象并獲得反響;虛擬環(huán)境中人的參與與反響人機(jī)交互的有效性人機(jī)交互的實(shí)時(shí)性2020/11/1431第三十一頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)_特點(diǎn)多感知性(Multi-Sensory):VR系統(tǒng)具有感知視、聽(tīng)、觸、嗅、味等多種信息的能力;設(shè)想性〔Imagination〕：VR應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實(shí)存在的環(huán)境，也可以隨意設(shè)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。2020/11/1432第三十二頁(yè)，共80頁(yè)。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)〔ImmersiveVR〕增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)〔AugmentedVR〕桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)〔DesktopVR〕分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)〔DistributedVR〕虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)分類2020/11/1433第三十三頁(yè)，共80頁(yè)。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是一種高級(jí)的、較理想的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，它提供一個(gè)完全沉浸的體驗(yàn)，使用戶有一種仿佛置身于真實(shí)世界之中的感覺(jué)。沉浸式ＶＲ系統(tǒng)

〔ImmersiveVR〕2020/11/1434第三十四頁(yè)，共80頁(yè)。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)具有高度實(shí)時(shí)性能。具有高度的沉浸感。具有良好的系統(tǒng)集成度與整合性能。具有良好的開(kāi)放性。能同時(shí)支持多種輸入與輸出設(shè)備并行工作。

2020/11/1435第三十五頁(yè)，共80頁(yè)。桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)也稱窗口虛擬現(xiàn)實(shí)，是利用個(gè)人計(jì)算機(jī)或初級(jí)圖形工作站等設(shè)備，以計(jì)算機(jī)屏幕作為用戶觀察虛擬世界的一個(gè)窗口，采用立體圖形、自然交互等技術(shù)，產(chǎn)生三維立體空間的交互場(chǎng)景，通過(guò)包括鍵盤、鼠標(biāo)和力矩球等各種輸入設(shè)備操縱虛擬世界，實(shí)現(xiàn)與虛擬世界的交互。桌面式ＶＲ系統(tǒng)(DesktopVR)2020/11/1436第三十六頁(yè)，共80頁(yè)。桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)用戶處于不完全沉浸的環(huán)境，缺少完全沉浸、身臨其境的感覺(jué)，即使戴上立體眼鏡，仍然會(huì)受到周圍現(xiàn)實(shí)世界的干擾。對(duì)硬件設(shè)備要求低，有時(shí)甚至只需要計(jì)算機(jī)，或是增加數(shù)據(jù)手套、空間跟蹤設(shè)置等。由于其實(shí)現(xiàn)本錢相對(duì)較低，所以應(yīng)用相對(duì)普遍，而且它也具備了沉浸性虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的一些技術(shù)要求。2020/11/1437第三十七頁(yè)，共80頁(yè)。增強(qiáng)式VR系統(tǒng)(AugmentedVR)增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)既可以允許用戶看到真實(shí)世界，同時(shí)也可以看到疊加在真實(shí)世界上的虛擬對(duì)象，它是把真實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境組合在一起的一種系統(tǒng)。終極目標(biāo)：用戶感覺(jué)不到現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)物體與用于增強(qiáng)視覺(jué)信息的虛擬物體之間的差異2020/11/1438第三十八頁(yè)，共80頁(yè)。平視顯示器即抬頭顯示器〔HeadUpDisplay〕，戰(zhàn)機(jī)飛行員的平視顯示器，它可以將儀表讀數(shù)和武器瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)投射到安裝在飛行員面前的穿透式屏幕上，可以使飛行員不必低頭讀座艙中儀表的數(shù)據(jù)，從而可集中精力盯著敵人的飛機(jī)或?qū)Ш狡睢?020/11/1439第三十九頁(yè)，共80頁(yè)。增強(qiáng)式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)真實(shí)世界和虛擬世界融為一體。具有實(shí)時(shí)人機(jī)交互功能。真實(shí)世界和虛擬世界是在三維空間中整合的。2020/11/1440第四十頁(yè)，共80頁(yè)。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

〔DistributedVR〕 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)運(yùn)行在分布式系統(tǒng)下有兩方面的原因：充分利用分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的強(qiáng)大計(jì)算能力；有些應(yīng)用本身具有分布特性，如多人通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展游戲和虛擬戰(zhàn)爭(zhēng)模擬等。

2020/11/1441第四十一頁(yè)，共80頁(yè)。各用戶具有共享的虛擬工作空間。偽實(shí)體的行為真實(shí)感。支持實(shí)時(shí)交互，共享時(shí)鐘。多個(gè)用戶可以各自不同的方式相互通信。資源信息共享以及允許用戶自然操縱虛擬世界中的對(duì)象。分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)2020/11/1442第四十二頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬人_數(shù)字人美國(guó)主導(dǎo)和醞釀的幾個(gè)具有國(guó)際影響的研究方案：人類基因組方案(HumanGenomeProject,HGP)可視人方案(VisibleHumanProject,VHP)虛擬人方案(VirtualHumanProject,VHP)人類腦方案(HumanBrainProject,HBP)等雖然有各自的研究目標(biāo)，但在人體模型、人體信息的數(shù)字化研究上有著一定的內(nèi)在聯(lián)系。為此，美國(guó)科學(xué)家聯(lián)盟(FAS)于2001年又將上述方案概括為數(shù)字人方案(DigitalHumanProject,DHP)。醫(yī)學(xué)應(yīng)用2020/11/1443第四十三頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬人_數(shù)字人數(shù)字人方案目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)人體從基因到分子、細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)和整體的準(zhǔn)確模擬。經(jīng)歷4個(gè)開(kāi)展階段“虛擬可視人〞“虛擬物理人〞“虛擬生理人〞“虛擬智能人〞2020/11/1444第四十四頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬人外國(guó)虛擬人研究1989年美國(guó)國(guó)立醫(yī)學(xué)圖書館開(kāi)場(chǎng)醞釀為“可視化人體方案〞?？屏_拉多大學(xué)安康科學(xué)中心承擔(dān)數(shù)據(jù)獲取工作，第一套男性(斷面距離為1.0mm)、女性(斷面距離為0.33mm)VHP數(shù)據(jù)集分別于1994年、1995年完成并向世界公布。2020/11/1445第四十五頁(yè)，共80頁(yè)。美國(guó)虛擬人1號(hào)2020/11/1446第四十六頁(yè)，共80頁(yè)。中國(guó)虛擬人研究2001年北京174次香山科學(xué)會(huì)議“中國(guó)數(shù)字化虛擬人體科技問(wèn)題〞啟動(dòng)中國(guó)數(shù)字化虛擬人體的研究。第一軍醫(yī)大(南方醫(yī)科大學(xué))中國(guó)虛擬人I號(hào)(男)，0.2mm；中國(guó)虛擬人II號(hào)(女)，0.1mm。2020/11/1447第四十七頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在

中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)絡(luò)可視化顯示的研究虛擬針灸遠(yuǎn)程脈診系統(tǒng)中醫(yī)四診教學(xué)系統(tǒng)2020/11/1448第四十八頁(yè)，共80頁(yè)。經(jīng)絡(luò)可視化顯示的研究例2020/11/1449第四十九頁(yè)，共80頁(yè)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的中醫(yī)針灸虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在

中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用例2020/11/1450第五十頁(yè)，共80頁(yè)。2020/11/1451第五十一頁(yè)，共80頁(yè)。2020/11/1452第五十二頁(yè)，共80頁(yè)。2020/11/1453第五十三頁(yè)，共80頁(yè)。遠(yuǎn)程脈診系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在

中醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用例2020/11/1454第五十四頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用藥物分子設(shè)計(jì)數(shù)字化虛擬人體試驗(yàn)。解決以往必須先通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、小樣本臨床驗(yàn)證才能用于臨床實(shí)驗(yàn)的時(shí)間跨度。新藥研制苯乙烯分子球棍模型2020/11/1455第五十五頁(yè)，共80頁(yè)。醫(yī)學(xué)教育虛擬人體骨骼通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立起人體構(gòu)造模型，可以使學(xué)生通過(guò)人機(jī)交互對(duì)人體模型進(jìn)展瀏覽，在模型內(nèi)部“漫游〞，能讓學(xué)生非常直觀、輕松學(xué)習(xí)解剖構(gòu)造，發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用2020/11/1456第五十六頁(yè)，共80頁(yè)。醫(yī)學(xué)解剖2020/11/1457第五十七頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬解剖2020/11/1458第五十八頁(yè)，共80頁(yè)。標(biāo)本的數(shù)字資料完整，提供完整的資源直觀的為學(xué)生創(chuàng)立人體器官的空間構(gòu)造可重復(fù)對(duì)標(biāo)本進(jìn)展解剖操作，節(jié)省大量的資源教學(xué)時(shí)間和場(chǎng)所可靈活設(shè)置，實(shí)現(xiàn)自主開(kāi)放性教學(xué)整合了大體、斷層、局部、系統(tǒng)解剖學(xué)課程，將獨(dú)立的課程有機(jī)的集合起來(lái)虛擬人體解剖的優(yōu)勢(shì)2020/11/1459第五十九頁(yè)，共80頁(yè)。培訓(xùn)外科大夫以往培訓(xùn)一位合格的外科醫(yī)生，要在上級(jí)醫(yī)生帶著下，長(zhǎng)期在病人身上積累手術(shù)經(jīng)歷。這種“練手藝〞的過(guò)程，代價(jià)高、風(fēng)險(xiǎn)在、不具備重復(fù)性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用2020/11/1460第六十頁(yè)，共80頁(yè)。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使醫(yī)務(wù)工作者沉浸于虛擬的場(chǎng)景內(nèi)，體驗(yàn)并學(xué)習(xí)如何應(yīng)付各種臨床手術(shù)的實(shí)際情況，通過(guò)視、聽(tīng)、觸覺(jué)感知等多種感官了解和學(xué)習(xí)各種手術(shù)實(shí)際操作，對(duì)于年輕醫(yī)生可以經(jīng)過(guò)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)展屢次的手術(shù)仿真訓(xùn)練，再上真正的手術(shù)臺(tái)，可極大的節(jié)約培訓(xùn)醫(yī)務(wù)人員的費(fèi)用和時(shí)間，依據(jù)專家的經(jīng)歷創(chuàng)立出的手術(shù)專家系統(tǒng)還可以在訓(xùn)練中進(jìn)展必要的提示和指導(dǎo)。虛擬手術(shù)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)具有低代價(jià)、零風(fēng)險(xiǎn)、多重復(fù)性、自動(dòng)指導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。虛擬患者可隨時(shí)“原地滿血〞復(fù)活。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用2020/11/1461第六十一頁(yè)，共80頁(yè)。在虛擬手術(shù)中，醫(yī)生戴著數(shù)據(jù)手套，拿著虛擬手術(shù)刀，數(shù)據(jù)手套上配備位置跟蹤定位裝置，這樣虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)便可以準(zhǔn)確的跟蹤醫(yī)生的運(yùn)動(dòng)和位置，模擬產(chǎn)生醫(yī)生和虛擬病人之間的手術(shù)操作交互。一些類似手術(shù)儀器、而且可以提供力反響的設(shè)備正在研制當(dāng)中，他們可以提供手術(shù)刀或其他器械通過(guò)虛擬肌肉時(shí)的真實(shí)阻力。虛擬手術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用例2020/11/1462第六十二頁(yè)，共80頁(yè)。德國(guó)卡爾斯魯厄大學(xué)的虛擬腹腔鏡手術(shù)2020/11/1463第六十三頁(yè)，共80頁(yè)。腰椎穿刺虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)2020/11/1464第六十四頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬醫(yī)學(xué)手術(shù)仿真訓(xùn)練是一種技術(shù)難度較大的應(yīng)用。與其它虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用相比，它的特點(diǎn)是：1、虛擬場(chǎng)景復(fù)雜，需要產(chǎn)生多層次、多種形態(tài)、相聯(lián)關(guān)系復(fù)雜的三維虛擬人體組織；2、人機(jī)交互性強(qiáng)，要求定位和反響準(zhǔn)確度高。虛擬手術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用2020/11/1465第六十五頁(yè)，共80頁(yè)。技術(shù)難點(diǎn)：1、仿真的逼真性較低，主要原因是不同虛擬人體組織〔尤其是軟組織〕的準(zhǔn)確解剖構(gòu)造和幾何模型細(xì)節(jié)層次的建立以及三維實(shí)時(shí)顯示算法仍有待進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化；2、虛擬組織的各種行為模型〔即真實(shí)動(dòng)態(tài)物理模型，如在受到外力時(shí)的組織實(shí)時(shí)形變等〕的建立還不夠完善和真實(shí)；虛擬手術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用2020/11/1466第六十六頁(yè)，共80頁(yè)。3、多通道感覺(jué)的缺乏，目前研究大多集中于視覺(jué)效果的虛擬，對(duì)其他感覺(jué)通道如聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等力反響的表現(xiàn)較為缺乏，而在醫(yī)學(xué)手術(shù)中力的反響是非常重要的；4、多種不同來(lái)源的三維醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的融合和復(fù)雜模型的LOD模型優(yōu)化等技術(shù)尚有待開(kāi)展；由于人體數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度高、量大，采用現(xiàn)有數(shù)據(jù)組合生成最終虛擬手術(shù)使用的人體模型數(shù)據(jù)集的建模方法還有待研究；5、由于西方人種與黃色人種在生理構(gòu)造上有一定的差異，國(guó)外人體模型和研究產(chǎn)品并不能完全適應(yīng)我國(guó)的需要。虛擬手術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用2020/11/1467第六十七頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬醫(yī)學(xué)手術(shù)仿真訓(xùn)練的技術(shù)實(shí)現(xiàn)主要分為以下三個(gè)局部：1、醫(yī)學(xué)圖像的三維重建2、虛擬人體組織器官的物理建模3、虛擬手術(shù)器械與虛擬人體的碰撞檢測(cè)和力反響虛擬手術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用2020/11/1468第六十八頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬手術(shù)：逐步形成之中相關(guān)研究方向主要有：醫(yī)學(xué)可視化〔MedicalVisualization〕醫(yī)學(xué)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)〔MedicalaugmentedReality〕醫(yī)用機(jī)器人，手術(shù)模擬〔SurgerySimulation〕圖象引導(dǎo)手術(shù)〔ImageGuidedSurgery〕計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)〔ComputerAidedSurgery，ComputerAssistedSurgery〕等2020/11/1469第六十九頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬手術(shù)優(yōu)點(diǎn)：手術(shù)方案能夠利用圖像數(shù)據(jù)，幫助醫(yī)生合理、定量地制定手術(shù)方案，對(duì)于選擇最正確手術(shù)路徑、減小手術(shù)損傷、減少對(duì)臨近組織損害、提高腫瘤定位精度、執(zhí)行復(fù)雜外科手術(shù)和提高手術(shù)成功率等具有十分重要的意義。手術(shù)教學(xué)訓(xùn)練80%的手術(shù)失誤是人為因素引起的，所以手術(shù)訓(xùn)練極其重要。2020/11/1470第七十頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬手術(shù)其他優(yōu)勢(shì)：保護(hù)醫(yī)生降低手術(shù)費(fèi)用改善病人的預(yù)后建造定制的修復(fù)擬合模型遠(yuǎn)程干預(yù)2020/11/1471第七十一頁(yè)，共80頁(yè)。遠(yuǎn)程外科手術(shù)是技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的一個(gè)重要應(yīng)用,其最初目的是能夠讓醫(yī)師在一個(gè)地球基站中對(duì)太空中的某個(gè)宇航員進(jìn)展手術(shù)。斯坦福國(guó)際研究院已研制了一套遠(yuǎn)程手術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。內(nèi)布拉斯加州大學(xué)研究人員研制出的一種機(jī)器人機(jī)器人裝著輪子，高為7.5厘米。手術(shù)師通過(guò)電腦控制它們就可以在異地實(shí)施手術(shù)。機(jī)器人裝有攝像頭和照明燈可以將手術(shù)的畫面?zhèn)魉徒o手術(shù)師。還裝有能夠進(jìn)展遠(yuǎn)程控制的手術(shù)器械。遠(yuǎn)程外科手術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在

西醫(yī)領(lǐng)域的應(yīng)用2020/11/1472第七十二頁(yè)，共80頁(yè)。虛擬內(nèi)窺鏡虛