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虚拟仿真技术在临床医学中的应用

2020-11-02

虚拟仿真技术就是采用以计算机技术为核心的现代高科技(包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术以及高度并行的实时计算机技术,同时它还包括人的行为学研究等多项关键技术)生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境,通过对视觉,听觉的模拟再现来使人产生处于实景当中的感觉。

计算机日益强大的处理能力使得在线医学教育、病人数据库、手术仿真、远程会诊、医疗专家系统等成为现实。随着虚拟仿真技术的快速发展,其在医学方面被越来越广泛地应用,如虚拟内窥镜、虚拟手术、虚拟静脉注射、虚拟康复训练以及各种用于医学实践教学的模拟虚仿真训练系统,利用这些计算机虚拟仿真技术进行医学临床教学、新生培训、技能测试、技术学习、手术计划等诸多方面的医学辅助教学,可以使学生全身心投入到虚拟环境中,与环境中各种对象相互融合,更加深入地学习所学课程。学生还可以通过使用具有交互性的模拟医疗设备实现虚拟仿真环境的操作,从而进行实践练习。

目前,应用虚拟仿真技术的医学教育领域有很多,下面这要从基础医学、临床医学和远程医学教育几个方面阐述。

虚拟仿真技术在医学领域的应用

1、虚拟仿真技术在基础医学教育中的应用

基础医学教育中的教学方式一般分为理论授课和实验操作两部分。其中理论教学的方式是课堂讲授加传统医学插图,学生大多感觉学习过程枯燥、不好理解、不好记忆。而利用虚拟仿真技术可以在虚拟的环境下,将人体各器官的解剖、生理学、病理学的数学模型存在数据库中,利用计算机显示屏上有意识地显示某些细节,学生可以将病人的各种病变部位分开或合在一起观察病变情况,同时可以利用此技术培养学生的人体解剖理论的.认知能力。

举例来说,目前解剖教学上应用的虚拟仿真人体解剖图的数字化的解剖图谱,利用这一图谱,学习者在虚拟的环境中可以自由地选择、观察、移动虚拟对象,并且虚拟的组织器官还能及时给予学习者感官上的反馈,这样就更容易理解和掌握解剖结构。比较典型的应用实例就是利用“虚拟人”数字化数据集进行三维重建,即“人体数字化解剖学”研究,创立虚拟仿真解剖学,同时提供CT、MRI及PET等方面的断层图像,进行一系列医学临床、教学及研究的虚拟模拟

具体步骤就是利用一台人体虚拟解剖电脑,教师可以讲授人体各部分结构的解剖知识,学生也可以在虚拟的组织和器官间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。学生在课堂上能以三维的形式看到人体数千个解剖结构的形状、位置及器官间的相互空间关系等,学习兴趣和效果显著提高。

虚拟仿真技术在临床医学中的应用

2、虚拟仿真技术在临床医学教育中的应用

在临床医学教育中,临床实践是重要的教学方式,临床实践是对医学学生动手能力培养的重要环节,加强实践技能训练已成为医学教育改革的重点。虚拟仿真技术引入医学临床实践教学是非常行之有效的教学方式。虚拟仿真技术在临床医学教育中最显著的应用是虚拟手术教学,即通过虚拟临床手术技术让学生在手术之前学习新的手术方法和流程,练习所制定的手术计划,在虚拟仿真手术之后,也能让学生温习或重复全部手术过程,并且能够对学生的临床技能进行一个客观的评定。

现今医学院校的学生和教师都不能只是局限于书本的知识,必须不断地学习和提高自己的临床技能,而在实践中常会遇到教育资源有限的问题,解决这一问题行之有效的手段就是利用虚拟仿真技术模拟复制手术场景,让学生不断在虚拟现实场景中进行实践训练。这种应用虚拟仿真技术的临床实践教育方式不仅可以让教师在教学中演示不同策略的手术流程,教授学生应对各种突发情况、避免手术失误、降低手术风险、减少病人损伤、提高手术成功率,而且同时还节约了教育资源,具有零风险、可反复操作等优势,学生可利用它完成手术的各个操作步骤,并对操作的过程和结果进行分析和总结,达到更多地积累临床实践技巧和经验的目的。

虚拟仿真技术应用于医学临床实践教学能使学生有更多接触临床的经验,可以提高学生临床技能操作的能力、临床综合诊断思维能力,还可以激发学生的学习热情和潜力,使他们能够运用课堂上所学的临床理论知识较快地掌握临床诊疗实践规律,还有利于学生职业道德和行为规范的养成。

虚拟仿真技术在临床医学中的应用

3、虚拟仿真技术在远程医学教育中的应用

在远程医学教学中,经常会由于教学设备、试验场地或教学经费等方面的原因,使得一些应该开设的教学内容无法进行。利用虚拟仿真技术可以弥补这些方面的不足,学生足不出户便可以学习各种各样的知识,获得与现场学习一样的效果,从而加深对教学内容的理解。以往对于一些医学实验,在远程医学教学过程中一般采用电视录像的方式来取代实验课程,学生无法直接参与实验,利用虚拟仿真技术进行虚拟远程医学实验,则可以增加学生动手学习的机会。

虚拟仿真技术应用于远程医学教育的基础是基于远程医疗的分支网真医学,即远程呈现医学,它把专家的知识通过通讯网络传输到需要的远程位置,在远程医疗应用领域发挥其独特的优势。网真医学是虚拟仿真技术的一个全新领域,它结合了高清视频、音频和交互式组件(计算机软件和硬件),在网络上创建独特的“面对面”体验的新型技术。使用者可以进入某个共享网络空间的图形环境,以远程控制操作或观察为目的的进行人机通信和交互,用这个方法帮助医生有效地进行手术和诊疗。网真医学应用与远程教育可以确保医学生以更有效的方式进行培训,例如记录操作过程、让学生探讨操作细节并拥有沉浸于运作房间的感觉。医学学生可以进入虚拟的手术是或实验室,在虚拟环境下激励一个完整的操作过程,教师也可以将操作中常见问题反馈给学生,从而提高每个人对某个问题的训练。利用虚拟仿真技术可以创建大量的三维人体组织结构,用于医学教学。

随着网络技术的飞速发展,把创建的三维医学教学资源应用与远程医学教育,可以使学习者随时随地的学习,是资源得到充分利用。虚拟仿真技术应用于远程医学教育可以将生动的动态三维场景展现给学习者,提高了教学的质量和效果。

虚拟仿真技术在临床医学中的应用

4、虚拟仿真技术在医学教育中应用的意义

医学教育注重的是直观、形象、生动,传统的医学教学往往不够生动,难以具体化,难以直接展示人体的结构,疾病发生及发展过程等教学内容,同时又存在着医学教学成本大,不可重复执行的问题,这些弊端对学生更好的掌握医学知识极为不利。

为了改善原有医学教学模式中存在的这些问题,使虚拟仿真技术应用于医学教学中的教学模式意义重大,该教学模式不仅调动了学生的学习兴趣,而且将抽象的内容具体化、形象化,给学生留下深刻的记忆,也给教师在教学中提供方便,从而达到提高教学水平和科研水平的目的。

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