VR關鍵技術的突飛猛進，其所產生的“VR＋”帶動力，必將推動包括航空航天、裝備制造、醫療健康、教育培訓、文化娛樂在內的多個領域實現行業升級換代式的發展。“VR＋醫療”，正是通往“智慧健康”醫療模式的必由之路。

隨著VR關鍵技術的突飛猛進，其所產生的“VR＋”帶動力，必將推動包括航空航天、裝備制造、醫療健康、教育培訓、文化娛樂在內的多個領域實現行業升級換代式的發展。

“VR＋醫療”，正是通往“智慧健康”醫療模式的必由之路。

虛擬手術利于改善醫患關系

虛擬手術作為一個虛擬現實領域的重要研究方向，正成為科學家們的關注焦點。它是集現代醫學、計算機圖形學、計算機視覺、生物力學、材料學、機器人等諸多學科為一體的新型交叉研究領域。

醫生可以通過虛擬現實技術來模擬、指導醫學手術所涉及的各種過程，包括手術計劃制定、手術排練演習、手術教學、手術技能訓練、術中引導手術、術后康復等。

以目前流行的腹腔鏡微創外科手術為例，這種手術通過在病人的腹部開孔，將手術器械和攝像頭深入到腹腔內，醫生從電腦屏幕上觀察腹腔狀況并操作手術器械，能夠極大程度地減小創口，減輕病人的痛苦，縮短病人康復時間。這種手術方法給病人帶來了福音，卻對醫生提出了更高的要求，醫生必須經過充分的訓練才能掌握其眼手協調能力，勝任相應手術。

醫生借助VR手術模擬器進行手術訓練及規劃，可降低手術訓練以及治療的成本和風險，減少醫生在訓練教學中對動物和尸體的依賴，提高臨床醫學診斷、治療的技能和精度，使得高難度手術得以更快地普及，減輕患者的治療痛苦，縮短滯院時間，降低醫療支出。這些對于我國發展高性能醫療器械、改善醫學水平發展不平衡的現狀、降低醫患矛盾都具有重要意義。

虛擬手術系統革新臨床領域

作為承載“VR+醫療”的重要技術載體，虛擬手術系統(VirtualSurgerySystem)將通過在醫學教育培訓、術前規劃、術中導航和新式醫療技術的轉化等多層次的應用實踐，有力助推人類臨床領域產生新的變革。

從醫學圖像數據出發，應用計算機圖形學重構出虛擬人體軟組織模型，模擬出虛擬的醫學環境，并利用以觸覺交互設備(力反饋器)進行交互的模擬仿真系統，為醫生提供了一個虛擬的3D環境以及可交互的操作平臺，可以逼真地模擬臨床手術的全過程。

首先，手術培訓。利用虛擬手術系統，將通過成像設備獲取的病人圖像及模型導入仿真系統，外科醫生可以在對病人實施復雜手術之前進行反復練習，提升手術熟練度和準確度。

其次，術前規劃及術中導航。利用虛擬手術系統，醫生對病變缺損部位進行較精確的前期測量和估算，從而預見手術的復雜性和風險點。運用增強現實技術可以使醫務工作者沉浸于虛擬的場景內，通過視、聽、觸覺感知，學習各種手術實際操作，體驗如何應付臨床手術中的各類突發情況。

最后，新式醫療技術的轉化。一種新的醫療技術的誕生往往需要在動物實驗上進行驗證，再進行多階段的臨床試驗，最終造福人類。而“VR+醫療”能讓醫生在虛擬的器官及人體上進行醫療技術的驗證和推廣，降低試驗成本和周期。

陳舊的教科書不是訓練外科醫生的合適方式，觀看視頻也受限于攝像頭的角度，“VR+醫療”打開了一片新天地。倫敦皇家醫院手術室通過VR技術對結腸癌手術全程進行直播，被稱作“立體式醫療”的里程碑；瑞典各大醫學培訓中心及醫院已經運用“模擬嬰兒”、模擬孕婦”等一系列的VR產品，讓醫生在更逼真的虛擬環境中進行學習，改良了傳統手術環節中對動物的傷害，體現醫療健康終極的人文關懷。

虛擬現實技術給醫生從無到有地制造了一個完全真實的體驗經歷，剛剛走出醫學院校門的新手，借助虛擬手術系統可以成為經驗豐富的外科手術高手。

目前，我國針對微創手術的醫學訓練通常是在尸體、動物或者人工合成物(如硅膠)上進行的。尸體能夠提供一個真實的解剖結果，但是來源稀少，并且尸體跟活體對手術器械表現出的響應并不相同。動物活體能夠表現出真實的響應，但費用昂貴；人工合成物價格便宜，但是不能很好地反映軟組織的特性。

相比之下，虛擬手術具有手術環境及器械響應可控、可重復演練等多項優點，將是未來外科培訓及個性化精準治療的發展趨勢。可以預測的是，虛擬手術系統的多層次應用及其表現出的優勢，必將助推我國臨床領域出現全新的變革。

亟待打通VR醫療產學研鏈條

國內外醫療環境差別較大，虛擬手術在國外已經非常普遍，特別是在歐美國家，虛擬手術訓練已經成為臨床培訓的主流方式。

憑借深厚的學術積累和扎實的技術積淀，北京航空航天大學虛擬現實技術與系統國家重點實驗室早已在虛擬醫療領域布局謀篇，承接了“可交互人體器官模型與虛擬手術”等多項包括國家自然科學基金重大項目在內的醫工課題，并取得階段性進展。通過模型和算法的不斷優化、軟硬件系統綜合調試，突破了非剛體物理建模及自由交互與實時逼真響應等關鍵難題，成功搭建出我國具有自主知識產權的、帶有力反饋裝置的虛擬腹腔鏡手術訓練系統Lap-Sim。

走進實驗室，Lap-Sim“看起來像個梳妝臺”，兩根細長的操縱桿插進機器里，醫生只要握住它們圓圓的腦袋前后左右移動，就能真實體驗腹腔鏡及手術器械在患者肚子里操作時的實際感受。外科醫生可以在手術前先在虛擬器官(胃、直腸)上來一刀，電腦會顯示組織斷面并模擬出人體器官在外界手術交互下的反應——例如軟組織會變形、血管會流血、電刀會冒煙等。

近年來，我國醫患關系緊張，其中的一個原因是初級外科醫生訓練時間少、技術不成熟。未來，尸體的獲得會越來越難，動物培訓的成本和法律風險會越來越高，緊張的醫患關系要求醫院采取新的有效手段訓練醫生的手術技能。因此，虛擬手術在我國將具有巨大的市場潛力。

目前，在國家政策的大力支持和扶持下，實驗室借助資本力量正在打通VR產學研鏈條，推動Lap-Sim和其他醫學模擬器盡快走入臨床手術培訓的大市場，得到臨床使用的反饋，推動技術進步。未來，依托互聯網的發展，“VR+”的帶動力將不斷增強，虛擬醫療將延展到醫療健康更多細分領域，為開啟“智慧健康”模式繪就美好藍圖。

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