浅谈搭建虚拟现实医疗教育平台的技术思路与实施方案

费杰　郭楠楠　王一凡　郭启航

【摘 要】VR虚拟现实作为一项世界前沿的科学技术，将医疗、教育行业与之结合能够产生巨大的发展空间和社会效益。本文以虚拟现实医疗教育平台为论述载体，着重介绍了平台搭建的技术思路和实施方案，并得出以下结论：利用三维重建技术、眼控交互技术、以及逼真的仪器操作感，以VR眼镜为媒介在医学教育、中小学公益教育等方面的应用，将会产生重大积极影响，既能以一种全新的方式提高医学教育和培训的效率，同时在推广虚拟现实治疗、公益教育项目上具有很大的社会价值和研究意义。

【关键词】虚拟现实；医疗教育平台；技术思路；实施方案；效率

中图分类号： TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）20-0123-002

A Brief Discussion on the Technical Thinking and Implementation Plan of Virtual

Reality Medical Education Platform

FEI Jie GUO Nan-Nan WANG Yi-fan GUO Qi-hang

（School of medical imaging，Xuzhou Medical University，Xuzhou Jiangsu 221004，China）

【Abstract】VR virtual reality as a world frontier science and technology，the combination of medical treatment and education industry can produce great development space and social benefit.This paper with the virtual reality medical education platform for the carrier，emphatically introduces the platform to build technical train of thought and implementation plan，and draw the following conclusion：the use of 3 d reconstruction technology，eye accused of interactive technology，and realistic sense of instrument operation，VR glasses as medium in the medical application of aspects such as education，public welfare education of primary and secondary schools，will have a significant positive impact，both to a whole new way to enhance the efficiency of medical education and training，at the same time in the promotion of virtual reality therapy，public education project has great social value and research significance.

【Key words】Virtual reality；Medical education platform；Technical thinking；Implementation plan；Efficiency

0 前言

据部分相关信息统计，2016年第一季度，中国VR投资达18亿人民币，业内人士预计，今年是中国VR产业爆发元年，而未来四年，市场规模将增长36倍至550亿人民币；而教育方面，VR技术与医学的结合研究如今基本只停留在实验室阶段，并没有全面推广应用。在国外如美国加州健康科学西部大学（波莫纳）、圣泽维尔学校、美国顶尖设计科格威尔大学都开始采用VR教育这一新型教学方式，越来越多的人开始认可并且接受VR教学。而在国内VR教育还处于行业起步期，无论是设备技术的成熟程度，消费级产品的受市场认可程度还是注入内容的丰富程度，都与大规模的推广还有一定距离。因此，此时VR+教育的联动将会有更好的发展趋势。

1 技术思路

三维重建技术

综合了多层面重建（MPR）、最大密度投影（MIP）、表面阴影遮盖（SSD）、容积漫游技术（VRT）、曲面重建（CPR）、虚拟内镜技术（VE）等技术的优点，使得扫描身体任意部位的二维断层图像都能够精确得到全方位的三维立体图像。

IC-3D封装技术

3D封装技术与传统封装技术相较而言，尺寸和重量方面缩短达40-50倍；速度方面，3D元件每秒可以进行更快的速度运转而不增加能耗，而且在寄生性和方法以及硅片后处理等方面都有着显著的优势。将IC-3D封装技术应用于VR产品对本项目而言是一个很好的发展基础， VR产品在数据的采集、运算、分析、存储、傳输等方面占有明显优势，能够进一步丰富扩展VR的功能以及应用。

实时3D图像捕获技术

利用机载计算机视频、网络摄像头、头盔式摄像头或其它任何视频捕捉设备即时捕捉人物的脸部表情，即读取选定的视频中的信息，以任何帧速率运行，跟踪并分析出面部表情的数值，然后把该表情传送至VR头盔里，并且能通过手势对其进行捏造，类似3D游戏中的“捏脸”技术。

Unity 3D 与 VR技术

Unity3D是由Unity Technologies开发的多平台综合游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。其编辑器运行在Windows和Mac OS X下，可发布游戏至 Windows、Mac、Wii、iPhone、WebGL（需要HTML5）、Windows phone 8和Android平台。也可以利用Unity web player插件发布网页游戏，支持Mac和Windows的网页浏览。利用Unity3D开发虚拟现实所需要的环境，美工组进行模型制作与渲染，程序员进行逻辑开发与编辑，测试员进行性能测试，方可导出适合移动端、PC端运行的软件，并且后期软件的FPS都保持在一个正常位，避免因为延迟而产生晕眩的感觉。endprint

微信程序开发

利用微信提供的开发者工具，建立微信小程序，即用JS调用底层native组件，这是一种全新的连接用户与服务的方式，它可以在微信内被便捷地获取和传播，同时具有出色的使用体验，并且不占用手机内存。

眼控交互

将红外光源、光学传感器、图像处理器、试点计算核心内置于眼控仪，创建出对应的图像投射到人眼上，捕获用户头部、眼睛的图像信息，提取捕获图像的特征，就可以精确计算注视点的位置，使得瘫患者可以通过眼镜浏览网页打字，独特的追踪算法可以高效追踪画面中任何选定对象，即使在光线差、清晰度低的环境，用户体验效果也很好。

手势跟踪

采用数据手套，一般在手套上集成了惯性传感器来跟踪用户的手指乃至整个手臂的运动。它的优势在于没有视场限制，而且完全可以在设备上集成反馈机制（比如震动和触摸）。它本身需要穿脱设备的缺陷，可替换成穿脱手套，使得VR手术的模拟更有实感，操作更加逼真。

2 实施方案

2.1 VR医学教育

2.1.1 病理学

以VR-MEDICAL为开发平台，结合临床病理医学数据支持，将3D沉浸体验运用到痛苦系数偏高的患者，譬如儿童烧伤患者等的辅助治疗中，能够分散重症患者的注意力并减少止痛药的使用；基于数字化病理系统及数据库的支持，利用虚拟现实技术为用户开发制定病理组织切片数据虚拟现实可视化解决方案。

2.1.2 心理学

①VR恐惧接触疗法：让用户站在高台上去对抗恐高， 或是展示一段飞机上的体验来对抗晕机。

②VR同情聚焦疗法：利用沉浸式虚拟现实技术，被试可以从安抚者转化为自己安抚的对象，从而间接地对自己表达同情。这是传统心理治疗方法难以做到的事。

③辅助多种需要转换视角的心理治疗，如创伤后应激障碍（PTSD）的治疗。

④拓展传统的心理治疗，比如图式疗法（Schema Therapy）、格式塔空椅子疗法等等。

2.1.3 生理学

通过对人体器官进行建模，并且结合人卫版教材制作一套完整的医学教学资源，使教学更为方便、直观，不受教学场地时间限制，显著提高学生的学习效率；

2.1.4 外科

通过搜集真实病例，打造3D模型，使医学生能够不断在手机、平板、电脑上练习手术所必备的手眼协调能力，同时让患者能够熟悉整个流程，例如内窥镜、微创手术、光纤喉镜。并且在每一次手术过后予以此次手术评分，从而判断手术好坏程度。

2.2 VR-3D图像重组

医生可以通过VR眼镜扫描CT图像、核磁共振图像等断层扫描图像，然后经由3D设计替代单芯片封装内置集成芯片，进行二维图像―数据―三维图像的快速传输并且储存。并且医生也可通过手势命令，声音命令等指令完成对3D物体成像的平移、旋转、缩放等一系列操作，从而对病情做出更精准的诊断。通过存储的信息，医生可以及时的了解病患的病史以及分析病情的变化。

2.3 VR医学设备操作模拟

针对医疗机构和医学背景院校，打造专业的虚拟现实教学与科研的综合实训室。并结合不同医学领域知识特点，制作各类高精度三维模型及动画；同时根据用户需求及课程知识需要，开发用户定制版的虚拟现实互动教学平台；提供环幕、穹幕显示设备架构设计，立体投影设备及各类互动硬件，使用户通过传统的PC或者VR交互设备进行模拟操作；根据实地测距，为用户量身打造最佳的沉浸式体验效果。于临床检验、诊断、心理学、病理学、外科等实训费用高或实训资源紧张的专业领域，在有效减少实操教学成本与风险的同时，加强受训人员及学生的技能熟练程度，提高教学实训效率。

2.4 中小学虚拟现实公益教育

主要以课程为载体，通过对不同突发状况的场景建模，针对中小学生进行虚拟现实应急救护知识普及与技能培训，培养学生的解决突发情况、做到自我保护，集创新教育、体验教育、项目学习等思想为一体；契合学生富有好奇心和创造力的天性，推广中小学创客公益教育。

3 结束语

在互联网和电子技术飞速发展的新形势下，国家正积极推动发展“智慧医疗”、“智慧教育”，将新颖的虚拟现实技术与医疗教育等 相结合十分符合社会和科学的发展。本文结合现代技术，详细叙述了搭建虚拟现实医疗教育平台的技术思路与实施方案，使得虚拟现实医疗教育平台能够更加直观的呈现其作用和效力，体现出智能高效、技术领先、反馈及时、功能强大、实用性强等特点，为后续的发展提供了可靠的依据和指导。

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