據(jù)國內(nèi)相關(guān)醫(yī)療數(shù)據(jù)的不完全統(tǒng)計，我國每年大約有40萬人因醫(yī)療事故、誤服藥物造成非正常死亡。此外，每年因為人為的原因造成醫(yī)療事故的案例占有相當(dāng)一部分的比例，原因多種多樣，如醫(yī)務(wù)人員工作強(qiáng)度過大、疲勞以致操作失誤、對病情的誤判等。這些都是傳統(tǒng)醫(yī)療存在的失誤和不足，為了從根本上改變傳統(tǒng)醫(yī)療的失誤，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與醫(yī)學(xué)的融合為我們提供了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠在醫(yī)療中對疾病進(jìn)行輔助診斷、對康復(fù)以及醫(yī)學(xué)院學(xué)生的培訓(xùn)也發(fā)揮著舉足輕重的作用。未來，醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的存在價值需要得到人們更加深刻的認(rèn)識，也會在醫(yī)學(xué)實踐等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)
1.虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀
早在20世紀(jì)60年代，虛擬現(xiàn)實技術(shù)就已經(jīng)產(chǎn)生；直至20世紀(jì)90年代，虛擬現(xiàn)實的理論才初步形成確立；20世紀(jì)90年代后，虛擬現(xiàn)實的理論得到了更進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用；21世紀(jì)，是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的新時代，在各個國家都引起了很大的影響。
（1）北美
虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)源于美國，最初僅限于專用領(lǐng)域，如軍事、航天方面的模擬訓(xùn)練。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)為民用。美國國防部和美國宇航局組織了一系列對于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究，截至目前，已經(jīng)建立了多個應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)。例如，空間站、航空、衛(wèi)星維護(hù)等虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練系統(tǒng)；在真實的環(huán)境上疊加虛擬環(huán)境，簡化零部件加工流程。上述的虛擬現(xiàn)實主要基于傳感器技術(shù)和圖形圖像處理技術(shù)，目前虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要關(guān)注的是時間的實時性和空間的動態(tài)性。
（2）歐洲
英國作為歐洲的發(fā)達(dá)國家之一，硬件和軟件均處于領(lǐng)先的地位。主要有輔助設(shè)備的設(shè)計，應(yīng)用的分布并行處理。德國則將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于對傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的改造、產(chǎn)品演示及培訓(xùn)3個方面，可以降低成本，吸引客戶。瑞典有團(tuán)隊對基于Unix的分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)進(jìn)行研究，在不同節(jié)點上的多個進(jìn)程可以在環(huán)境中工作在異質(zhì)分布式系統(tǒng)。
（3）國內(nèi)
相比發(fā)達(dá)國家，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國的起步比國外發(fā)達(dá)國家相對較晚，同時也存在一定的差距。但是，近些年來虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國家層面上高度重視，不斷有相關(guān)部門和科學(xué)家提出制定開展虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究計劃。國內(nèi)的重點院校，也在這一領(lǐng)域積極投入展開研究工作。在國內(nèi)最早進(jìn)行虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究的院校有北京航空航天大學(xué)計算機(jī)系、浙江大學(xué)計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)國家重點實驗室。北京航空航天大學(xué)在研究中重點研究虛擬環(huán)境中實體的物理特性如何表示以及處理的解決方法；在虛擬環(huán)境與現(xiàn)實環(huán)境的接口中對視覺接口方面開發(fā)出了部分硬件，提出相應(yīng)算法及實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)平臺等，在航天器材部件的模擬裝卸、醫(yī)療領(lǐng)域模擬手術(shù)操作環(huán)境等方面都有很好的實踐。
2.虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
據(jù)艾媒咨詢發(fā)布的《2016上半年中國虛擬現(xiàn)實行業(yè)研究報告》顯示，2016年中國虛擬現(xiàn)實行業(yè)市場規(guī)模將達(dá)56.6億元人民幣，2020年市場規(guī)模預(yù)計將達(dá)556.3億元人民幣。融資方面，國內(nèi)虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域投資活躍度從2015年開始顯著提升，2015年第四季度和2016年第一季度的融資額均接近10億元。2015年，融資案例數(shù)量占比30%，融資額占比69%。
從報告中可以看出，中國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)的發(fā)展資本市場前景良好，融資創(chuàng)新積極性較高，目前硬件制作商是中國虛擬現(xiàn)實行業(yè)現(xiàn)階段融資發(fā)展的重點產(chǎn)業(yè)，虛擬現(xiàn)實硬件開發(fā)商的融資額占中國整個虛擬現(xiàn)實行業(yè)的51.9%。此外，內(nèi)容開發(fā)受市場認(rèn)可，線下體驗店增長迅速。由于硬件設(shè)備不統(tǒng)一，產(chǎn)業(yè)鏈和標(biāo)準(zhǔn)不完善，虛擬現(xiàn)實內(nèi)容和沉浸式體驗較為缺乏，造成國內(nèi)虛擬現(xiàn)實企業(yè)多為初創(chuàng)企業(yè)，巨頭企業(yè)保持觀望或初步試水的狀態(tài)。
3.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點
（1）人機(jī)之間的交互性
即實現(xiàn)用戶在虛擬環(huán)境中與物體之間的可操作性和充分交換信息，以及包括從環(huán)境得到反饋信息的表示。用戶通過自身的語言、身體運(yùn)動或動作等自然技能，對虛擬環(huán)境中的對象進(jìn)行觸摸或操作。為了實現(xiàn)交互性必須設(shè)計特殊輸入設(shè)備，而這些設(shè)備能夠?qū)⒂脩羲l(fā)出的指令進(jìn)行識別和輸入，同時對用戶發(fā)出的指令作出相應(yīng)的反饋，以實現(xiàn)現(xiàn)實環(huán)境中的仿真效果。
（2）存在感
即臨場感或沉浸感，指用戶在模擬的環(huán)境中以自己真實身份的物理存在，或者在這種意識狀態(tài)下，用戶會擁有一種看上去真實從而感覺真實的虛擬體驗?？梢允褂脩粼诶硐氲哪M環(huán)境中達(dá)到真假難辨的程度，有身臨其境的體驗。存在感可以在虛擬環(huán)境中營造出令用戶無法懷疑的現(xiàn)實感，用戶也相信虛擬環(huán)境的真實性。
（3）自主性
即在虛擬環(huán)境中的物體依據(jù)現(xiàn)實世界物理定律運(yùn)動的程度，也就是現(xiàn)實已知規(guī)律的指導(dǎo)虛擬世界的運(yùn)行和對未知世界的想象結(jié)合。
（4）多感知性
在虛擬環(huán)境中，用戶以逼真的身份存在，所以用戶在現(xiàn)實生活中的人體感覺在虛擬環(huán)境中也存在，包括視覺感知、聽覺感知、觸覺感知、味覺感知、嗅覺感知、運(yùn)動感知、重力感知等。最理想的虛擬現(xiàn)實是具有現(xiàn)實環(huán)境的所有感知功能，而虛擬現(xiàn)實的多感知目前處于初級階段，一些感知還有待新的技術(shù)的開發(fā)，如位置感知。
4.虛擬現(xiàn)實相關(guān)技術(shù)
（1）三維視覺顯示技術(shù)
人類對客觀事物的反應(yīng)是獲取視覺信息最主要的傳感通道，視覺通道成為虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)獲得視覺、觸覺、聽覺、嗅覺、味覺等多感知的最重要環(huán)節(jié)。在視覺顯示技術(shù)中，實現(xiàn)三維顯示技術(shù)是作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重要支撐技術(shù)。
（2）真實感實時繪制技術(shù)
利用在計算機(jī)中實現(xiàn)現(xiàn)實環(huán)境的場景畫面。模擬出現(xiàn)實物體的物理屬性，如物體的形狀、光學(xué)性質(zhì)、紋理和粗糙程度，以及物體間的相對位置、遮擋關(guān)系等。
（3）立體虛擬聲音的實現(xiàn)技術(shù)
在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)除了有視覺顯示之外，如果加入立體虛擬聲音，則可以更好地增強(qiáng)用戶在虛擬環(huán)境中的存在感和人機(jī)之間的交互性，也可以減弱大腦依賴于視覺，能夠使用戶在虛擬環(huán)境中獲取更多地視覺感受和聽覺感受，實現(xiàn)真實的環(huán)境。
（4）虛擬環(huán)境建模技術(shù)
在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，建立虛擬環(huán)境至關(guān)重要，先要進(jìn)行建模，其次在其基礎(chǔ)上實現(xiàn)實時繪制、三維顯示，營造一個虛擬的環(huán)境。
虛擬現(xiàn)實在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實技術(shù)與醫(yī)學(xué)和教育深入的融合可以在很大程度上改變我國醫(yī)學(xué)高校及醫(yī)療服務(wù)行業(yè)的現(xiàn)狀，為實習(xí)醫(yī)生創(chuàng)造出一種有強(qiáng)烈現(xiàn)實沉浸感的虛擬環(huán)境，為學(xué)生們更好地掌握醫(yī)學(xué)知識和熟練地提升試驗技能開拓了一片新天地。加強(qiáng)學(xué)生對知識和時間感受的同時，也增強(qiáng)了醫(yī)生與疾病、醫(yī)生與患者之間的相互感知。深入開展虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，為當(dāng)前醫(yī)院的疾病診斷和治療方案提供了技術(shù)基礎(chǔ)，為我國的醫(yī)療技術(shù)改革提供了強(qiáng)大的驅(qū)動力。
1.手術(shù)場景模擬
在外科手術(shù)中，可以利用各種影像數(shù)據(jù)，建立出模擬的環(huán)境，進(jìn)行手術(shù)計劃的制定，制定好計劃之后進(jìn)行重復(fù)的手術(shù)模擬演練，通過這種方式開展手術(shù)的教學(xué)。這樣非常有利于提高醫(yī)生們的手術(shù)水平，又可以對經(jīng)驗不足的年輕醫(yī)生們進(jìn)行培養(yǎng)，以面對真實手術(shù)環(huán)境時隨機(jī)應(yīng)變的能力，在很大程度上降低了手術(shù)過程中因為經(jīng)驗不足、預(yù)備不夠等原因造成的不必要的失誤發(fā)生率。同時，如果將整個模擬環(huán)境手術(shù)操作過程錄制為影像資料，也方便醫(yī)學(xué)生對該手術(shù)的學(xué)習(xí)，進(jìn)行教學(xué)實踐的模擬訓(xùn)練，增強(qiáng)自身的手術(shù)能力。
在手術(shù)教學(xué)模擬的實際操作中，可以使用3DMAX、AutoCAD等軟件進(jìn)行多邊形等方式的建模，構(gòu)建如肝臟、膽囊、心臟、骨骼等三維模型，模型需真實性高，并具有其相應(yīng)的生理特性。接受培訓(xùn)的醫(yī)生在操作虛擬手術(shù)前，可以觀察高分辨率三維人體圖像，感受模擬觸覺，如切割組織時產(chǎn)生的阻力等，使手術(shù)操作者有在真實人體手術(shù)的感覺。這樣既不會對病人的生命造成危險，又可以給培訓(xùn)的醫(yī)生提供反復(fù)練習(xí)的機(jī)會。在虛擬手術(shù)之后，系統(tǒng)還可以通過對切口壓力與角度、組織損害和其他指標(biāo)的準(zhǔn)確測定，監(jiān)測培訓(xùn)醫(yī)生手術(shù)操作技術(shù)是否有進(jìn)步。
2.臨床診斷
在臨床診斷方面，可以利用三維重構(gòu)技術(shù)，建立部分虛擬內(nèi)鏡的模型，使醫(yī)生的視角在病人體內(nèi)甚至毛細(xì)血管中自由轉(zhuǎn)換，這種動態(tài)的虛擬現(xiàn)實對臨床診斷具有珍貴的價值。還可以將人體軀干模型重建，其中的虛擬器官能夠模擬真實器官的彎曲、伸長以及切割時產(chǎn)生的邊緣收縮現(xiàn)象。為診斷提供了良好的實驗環(huán)境。同時，還可以建立虛擬耳窺鏡模塊，以虛擬現(xiàn)實的形式顯示耳的剖面結(jié)構(gòu)，通過CT和MRI圖像數(shù)據(jù)重建耳的內(nèi)表面，模擬傳統(tǒng)內(nèi)鏡對內(nèi)耳的檢查過程，并針對其功能進(jìn)一步的深入研究。
3遠(yuǎn)程干預(yù)
遠(yuǎn)程干預(yù)能夠使在手術(shù)室中的外科醫(yī)生與遠(yuǎn)程的專家實時的交互并對病人會診，使在某一領(lǐng)域具有豐富經(jīng)驗的專家不受空間距離的限制。目前，存在的主要難題是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸延遲，傳輸延遲會導(dǎo)致操作不能連貫進(jìn)行，解決這一問題比較好的方法是采用專用的網(wǎng)絡(luò)通道、高性能的GPU進(jìn)行控制。在虛擬現(xiàn)實手術(shù)會議系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對器官和腫瘤的模擬，通過頭部定位的現(xiàn)實裝置進(jìn)行查看，癌癥模型進(jìn)行手術(shù)的過程中，遠(yuǎn)程的專家能夠?qū)Σ∪似鞴俚恼鎸嵰曨l圖像進(jìn)行實時的交互。
未來推動醫(yī)療虛擬現(xiàn)實發(fā)展的建議
虛擬現(xiàn)實技術(shù)的前景一片光明，且正在改變?nèi)藗児逃械乃季S方式，人們原本的生活習(xí)慣，甚至?xí)淖內(nèi)藗儗ψ晕液褪澜绲恼J(rèn)知。與此同時，由于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的特殊性和重要性，它不僅要求醫(yī)學(xué)生能夠熟練地掌握專業(yè)知識，更要求醫(yī)學(xué)生能夠培養(yǎng)出過硬的實踐動手能力。目前，很多醫(yī)學(xué)類的高校教學(xué)由于教學(xué)醫(yī)院資源的不足，造成“紙上談兵”的現(xiàn)狀，即使學(xué)校能夠做到教給學(xué)生足夠豐富的理論知識，然而卻沒有與之相當(dāng)?shù)膶嵺`教學(xué)來加以輔助，這樣的教學(xué)會使醫(yī)學(xué)生未來與實際的工作脫節(jié)，如果放任下去，未來我國醫(yī)學(xué)的發(fā)展會受到嚴(yán)重的影響。
因此，將對以下幾點進(jìn)行建議：
（1）加強(qiáng)戰(zhàn)略規(guī)劃和頂層設(shè)計
以虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域帶來的廣闊前景為契機(jī)，設(shè)計虛擬現(xiàn)實與醫(yī)療領(lǐng)域融合發(fā)展的線路圖，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展明確思路并提供政策引導(dǎo)。
（2）推動關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化
出臺產(chǎn)業(yè)促進(jìn)政策，組織產(chǎn)、學(xué)、研、用各方面力量解決關(guān)鍵共性技術(shù)問題。鼓勵開發(fā)具有更好使用體驗的創(chuàng)新性產(chǎn)品，讓虛擬現(xiàn)實真正成為拉動醫(yī)療信息領(lǐng)域消費(fèi)的增長點。結(jié)合“中國智造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃的實施，選取醫(yī)療領(lǐng)域作為虛擬現(xiàn)實應(yīng)用推廣的突破口，逐步推廣醫(yī)療虛擬現(xiàn)實應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)立示范醫(yī)院。
（3）扶持創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)企業(yè)
在社會資本對虛擬現(xiàn)實熱度持續(xù)走高的背景下，結(jié)合大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，聚合更多技術(shù)團(tuán)隊和小微企業(yè)從事醫(yī)療虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)的設(shè)計、開發(fā)、制造等工作。提供政策與資金扶持，鼓勵技術(shù)創(chuàng)新投入，幫助醫(yī)療虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品建立更多更豐富的種類，聚攏研發(fā)型科技人才。
（4）推動建立標(biāo)準(zhǔn)化體系
鼓勵中國醫(yī)療虛擬現(xiàn)實企業(yè)積極參與國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作，將中國自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)融合到國際標(biāo)準(zhǔn)中，并適時轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)。鼓勵企業(yè)聯(lián)合各相關(guān)社會組織快速出臺團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，形成標(biāo)準(zhǔn)先行、保障應(yīng)用的良好態(tài)勢，為盡快出臺醫(yī)療虛擬現(xiàn)實相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造條件。推動建立醫(yī)療虛擬現(xiàn)實技術(shù)、 產(chǎn)品和系統(tǒng)評價指標(biāo)體系，開發(fā)相應(yīng)的評價工具，保障醫(yī)療虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品性能和質(zhì)量。
（5）推動形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈
支持建立醫(yī)療虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)合作平臺，推動產(chǎn)業(yè)界的技術(shù)和人才交流，為產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)作和配合提供服務(wù)，形成硬件、軟件和內(nèi)容協(xié)同發(fā)展的局面。促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合，形成一批具有國際先進(jìn)水平的人才團(tuán)隊，構(gòu)建從基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、內(nèi)容制作、質(zhì)量檢驗到售后服務(wù)一條龍的產(chǎn)業(yè)體系和生態(tài)圈。
結(jié)束語
隨著市場上用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的軟、硬件產(chǎn)品不斷增多，價格的普遍下調(diào)，虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品的成本也將大大降低，大眾化的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用方案必然會在醫(yī)療工作的各個領(lǐng)域推廣，我們需要立足自身實際，通過與高等院校、虛擬現(xiàn)實廠商對于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的討論，為醫(yī)務(wù)人員提供更為高質(zhì)量、廣闊而透明的研究和教學(xué)平臺。還需要充分利用國內(nèi)外的最新的科研成果和現(xiàn)有資源，將研究延伸到更深的層次，使虛擬現(xiàn)實技術(shù)帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，不斷提升醫(yī)療水平，造福人類社會。
作者王進(jìn)嘉：就職于中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)所移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)研究部，主要從事移動互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)研究，標(biāo)準(zhǔn)制定和項目測試。
