虚拟现实技术在骨科领域的应用

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1、万方数据·】20·虚拟现实技术在骨科领域的应用叶哲伟扬述华虚拟现实(virtualreality，VR)技术作为一种高科技，随着计算机技术的飞速发展而正逐渐显示出其强大的生命力，有人预言它将成为2l世纪的十大热门技术之一。今天，它已经在一些生物医学领域得到成功应用、在医学教学、疾病诊断、手术模拟、康复医疗、远程医疗等方面逐渐显现冉其重要性。虚拟现实一词始于l989年，由I．anier首先提出。虚拟现实技术是～门涉及众多新兴学科的实用技术，它集先进的计算机技术、传感与测量技术、仿真技术、微电子技术于

2、一体。在计算机技术中，又特别依赖于计算机图形学、图像处理与识别技术、智能接口技术、人工智能技术、语音处理技术、网络技术、高度并行的实时处理技术，还包括人的行为学研究等多项关键技术。虚拟现实是多媒体技术发展的更高境界，是这些技术的更高层次的集成和渗透。虚拟现实系统可以使用户和计算机生成的三维环境进行实时漫游、交互，包括交互(interaelion)、三维图形(3Dgraphics)、沉浸(immersion)三个部分。在虚拟环境中，用户能够在计算机生成的虚拟世界移动并且交互，好像就在这个世界中一样。

3、这需要通过浸入式显示设备和交互设备把用户的所有感官浸入到虚拟环境中，这是虚拟现实区别于交互式图形学和多媒体的一个特点。构建虚拟现实系统需要以下硬件设备的支持：①跟踪系统：确定参与者的头、手和身躯的位置；②触觉系统：提供力与压力的反馈；③音频系统：提供立体声源和判定空间位置；①图像生成和显示系统：产生视觉图像和立体显示；⑤高性能计算处理系统：具有高处理速度、大存储容量、强联娴特性。虚拟现实系统在国防训练和军事模拟领域的应用发展得最早，也最成熟。目前最著名的系统是波音公司用来模拟整个777色机制造的虚

4、拟现实系统。1在医学及骨科领域的应用虚拟技术的发展必将导致医疗和教育领域的革命。虚拟现实技术应用于医学，称之为虚拟医学(virtual作者单位：430030武汉、华中科技大学同济医学院弭}屠协和氍院骨科作者简赍：叶哲伟(1970～)、男．医学培士，主治医师；研究方向：骨转移性肿痛璺盐堡芏：量型。芏筻塑!!堕堡．!旦星!!堂堕三塑·新技术新概念·medicine)或仿真医学，随着虚拟现实技术的进步和应用于临床的成像设备性能的提高，近年来该领域的研究进展引人瞩目。1989年，美国国立医学图书馆(NI。

5、M)发起了一个数字化人体工程计划(visJblchumanproject，VHP)，利用信息融合技术建立真实三维人体的CT、MRI和解剖切面的数字化图像库，1994年底完成了成年男性包括断层数字照片、CT、MRl在内的人体数掘．199a年底发布了成年女性的人体数据。其空间分辨率达到毫米级．叮以从任意角度、剖面观察。虚拟人体数据库已成为构造电子医学图像库和虚拟解剖环境的强想基础。VHP不仅为仿真影像学提供了仿真人体组织器官所需的基本数据，还促进r世界范尉内虚拟人体研究的交流和合作．从而推动了人体组织

6、仿真研究的迅速发展。除美国外，其他国家也正在积极开展符合本国人种特征的数字人体工程计划，中国的数字人体工程计划已获准立项。目前，虚拟现实技术在医学上主要应用于仿真组织、器官的解剖结构，而在不远的将来，不仅要构建出”虚拟的解剖“，还要构建出“虚拟的器官”，这将是一个包罗了器官所有结构及功能的完整模型。此时，它已经不是一个单纯由计算机构建的虚拟的影像，而是一个有生命的“虚拟器官”，它可以对各种刺激做出反应，具有生长功能．可模拟实际人体器官的生理、病理过程。实际上就是对人体的“数字化克隆”。这将是一个对

7、外科手术的发展起着巨大的推动作用的重要平台。侧如在外科手术中．可以帮助外科医生对手术过程进行精确规划+为不同的患者提供个性化的治疗；可以帮助预先判断不同治疗方法对组织器官功能的影响，以及治疗后的效果。又如在“数字脊柱”上，可以观察各种手术对于脊柱的影响，这有利于找出最高效、干扰最小的治疗措施。医学教育也是虚拟现实技术应用的一个主要领域，可以用作医学教学、新生培训、技能测试、技术学习、手术计划等诸多方面。例女¨YR5D医学模型可以显示人体解剖图谱，用来帮助新生或医生更好地学习和r解籼关的解剖结构。当

8、今新兴的医学技术层出不穷，要求医生不断地更新和提高自己的技能，虚拟现实技术能够交互式模万方数据里盐堕堂：量盟兰坌婴，!!唑堡!旦筮；!堂箜!塑拟手术场景，从而取代效率低下的常规培训过程，增强训练效果，极大地减少所需的培训时间。Riencr等近期通过对56名骨科医生的调查，认为虚拟现实技术的应用可能会改善骨科医学教育和训练的不足，大量减少有损健康、危险而昂贵的诊断性操作。虚拟手术(virtuMsurgery)利用计算机对临床外科手术进行模拟与仿真，是虚拟现实技术在医学上的成功应用。它