虚拟现实技术在心脏医学教学中的应用与实现

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摘要：虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统， 人们可在此进行操作或控制，实现特殊的目的。虚拟现实技术在医学领域的应用备受关注。该文主要探讨虚拟现实技术在心脏医学教学中的应用与实现。

关键词：虚拟现实；医学教学；交互性；心脏

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）32-7786-02

Abstract： Virtual reality is a computer systems which can create and experience the virtual world. People can operate， control and reach some special purposes in this system. The application of technology about virtual reality in medicial fields has been paid close attention to. This paper investigates the application and realization about technology of virtual reality used in heart medical education.

Key words： Virtual Reality； Medical Education； Interactivity； Heart

1 概述

虚拟现实是指用计算机生成的一种逼真的三维环境，在电脑模拟产生的一个虚拟世界中，用户可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物，它是计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术等许多相关学科领域交叉、集成的产物。虚拟现实系统具有三个基本特征：浸没感（Immersion）――用户在模拟环境中的真实性，交互性（Interactivity）――用户对模拟环境内物体的实时可操控性），构想性（Imagination）――虚拟现实技术具有广阔的可想像空间及环境。虚拟现实强调了在虚拟系统中的人的主导作用，实时交互性是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一，也是虚拟现实技术的精髓。

虚拟现实技术开始于军事领域的需求，现在已开始从高端领域全面走向专业应用领域，在娱乐、教育、艺术方面的应用占主流，发挥的作用也越来越大。

2 虚拟现实技术在医学教育中的应用

虚拟现实技术正在广泛地应用于各个领域，在医学领域的应用备受关注。

国外的起步较早，美国作为虚拟现实的发源地，早在上世纪80年代就进行了人体解剖图像数字化资料研究，90年代末，开展了虚拟解剖学、虚拟放射学、虚拟内窥学等学科的计算机辅助教学。目前，已研制出了人体虚拟解剖，一套完整的人体虚拟解剖系统，学生利用在虚拟的组织和器官问的模拟操作感受触觉反馈，使学生更快地掌握手术要领和技术。从而提高诊断和治疗水平。

我国与国际相比，虽有一定的差距，但目前已引起政府、科技界的高度重视，九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把虚拟现实列入了研究项目。目前，已成为当今最有影响力的高新产业技术之一。国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。从2004年首届虚拟现实峰会举办以来，中国虚拟现实峰会已成为业内具有重要影响力的业内活动。绿色医疗研究院也在2012年的峰会中正式宣告成立，伴随着我国医疗事业和IT技术的不断发展壮大，虚拟现实在医学课堂教学、实验教学、临床培训等领域得到了广泛应用 。采用虚拟现实系统来辅助医学教学，可以使教师与医学学生以三维的形式看到人体结构的形状、位置及器官间的相互空间关系等，从不同角度，真实模拟及分析，从而获得前所未有的直观感受，不仅降低了成本，而且是传统的文字、二维图像、生物标本所不能达到的学习效果。

3 虚拟现实技术在心脏医学教学中的应用与实现

心脏是人体重要器官之一，是一个结构复杂、快速活动的立体器官，一直都是临床医学研究的重点。心脏病很可怕，它限制人的活动、降低生活质量，甚至威胁人的生命。然而更可怕的是人民缺乏对心脏病的认知。虚拟现实技术的发展使得三维虚拟心脏的教学应用成为可能。不仅可以应用于医学学生的教学中，也可以应用在心脏的科普教育中。

虚拟现实在医学教育的应用与实现需要以下几个步骤：三维虚拟心脏的建模、三维心脏模型的表面纹理贴图处理、虚拟心脏动画及交互功能的仿真。

适当动画可以让画面更生动有趣，便于表述心脏的工作及病变情况。用FFD修改编辑器和动画的设计，可以充分体现心脏的跳动过程。完成了对心脏结构及血管系统的可视化处理后，最后将在3DMAX中完成的模型及刚体、柔体动画导入虚拟现实引擎平台，在后期引擎中调整贴图色彩、优化作品，编写交互脚本及交互界面设计，程序调试正常、作品。

用计算机系统可以帮助医学生试验不同的选择，分析病理问题，操作虚拟的心脏模型，不会危害到患者，对心脏的医学教学、病理分析、科普教育起到了一定的辅助作用。

4 小结

本次设计虽然仅仅涉及了心脏结构及心血管方面的虚拟现实应用，取得了较好的效果。下一步，我们将继续研究技术，并结合硬件，融合较完整的心脏病理知识，向临床实践靠拢。在医疗诊断、手术模拟方面进行实践与应用。随着我国医疗事业和IT事业的不断发展壮大，虚拟现实在医学中的应用将更广泛、深入。

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