一、建設(shè)必要性
借助VR手術(shù)模擬器進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練及規(guī)劃，可降低手術(shù)訓(xùn)練以及治療的成本和風(fēng)險(xiǎn)，減少醫(yī)生在訓(xùn)練教學(xué)中對(duì)動(dòng)物和尸體的依賴，提高臨床醫(yī)學(xué)診斷、治療的技能和精度，使得高難度手術(shù)得以更快地普及，減輕患者的治療痛苦，縮短滯院時(shí)間，降低醫(yī)療支出。
作為承載“VR＋醫(yī)療”的重要技術(shù)載體，VR醫(yī)療手術(shù)虛擬仿真系統(tǒng)可以在醫(yī)學(xué)教育培訓(xùn)、術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中導(dǎo)航和新式醫(yī)療技術(shù)的轉(zhuǎn)化等多層次中應(yīng)用實(shí)踐。通過Unity構(gòu)建3D環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室物品、人體 3D 建模，并將手術(shù)操作的流程融入其中，使用戶能夠更直觀、低成本的完成相關(guān)手術(shù)的學(xué)習(xí)及實(shí)操訓(xùn)練等。
二、系統(tǒng)概述
隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真教學(xué)在教育領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，其突出特點(diǎn)是能夠?qū)⒉灰字v清楚的原理、操作等，以直觀的方式展現(xiàn)出來，并可進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)、縮放、專用操作等虛擬互動(dòng)，提升教學(xué)效果。光無際的VR醫(yī)療手術(shù)虛擬仿真系統(tǒng)，主要運(yùn)用VR技術(shù)，對(duì)典型醫(yī)療手術(shù)以三維虛擬仿真形式進(jìn)行虛擬情景再現(xiàn)，對(duì)醫(yī)療手術(shù)的目標(biāo)結(jié)構(gòu)、醫(yī)療原理、手術(shù)操作等進(jìn)行交互式演示與訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)沉浸式、自主式學(xué)習(xí)，有效提升學(xué)習(xí)效果。
三、內(nèi)容介紹
光無際VR手術(shù)仿真系統(tǒng)是一款全面、高度定制的醫(yī)學(xué)培訓(xùn)工具，旨在提高醫(yī)生和醫(yī)學(xué)專業(yè)人員的手術(shù)技能和認(rèn)知水平。系統(tǒng)集成了漫游認(rèn)知、術(shù)前學(xué)習(xí)、手術(shù)實(shí)操、要點(diǎn)考核監(jiān)控和輔助功能等多個(gè)模塊，以全面模擬真實(shí)手術(shù)環(huán)境，為用戶提供高度沉浸式的培訓(xùn)體驗(yàn)。
漫游認(rèn)知模塊涵蓋了場景、儀器和工具的認(rèn)知，使用戶能夠在虛擬環(huán)境中熟悉手術(shù)場景、儀器設(shè)備及各類手術(shù)工具。術(shù)前學(xué)習(xí)模塊專注于手術(shù)前的準(zhǔn)備工作，包括手術(shù)區(qū)消毒、手術(shù)刷手法、鋪巾、穿無菌手術(shù)衣等步驟，確保用戶在實(shí)際手術(shù)操作前具備充分的準(zhǔn)備知識(shí)。
手術(shù)實(shí)操模塊提供多種手術(shù)場景，包括清創(chuàng)術(shù)、環(huán)甲膜穿刺術(shù)、氣管切開術(shù)、脾切除術(shù)和腸吻合的縫合，使用戶能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行真實(shí)的手術(shù)操作，提高其實(shí)際操作技能。要點(diǎn)考核監(jiān)控模塊通過理論考核、操作考核和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)用戶的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行全面評(píng)估。
輔助功能方面，系統(tǒng)提供了系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)幫助和語音提示等功能，以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)和提供更個(gè)性化的培訓(xùn)服務(wù)。
手術(shù)仿真系統(tǒng)為醫(yī)學(xué)專業(yè)人員提供了一種先進(jìn)、高效的培訓(xùn)方式，通過全面模擬手術(shù)環(huán)境，使用戶能夠在虛擬場景中不斷提升手術(shù)技能和認(rèn)知水平，為實(shí)際臨床工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
（一）漫游認(rèn)知模塊
場景認(rèn)知模塊：醫(yī)生可以在手術(shù)室中漫游，包括護(hù)士臺(tái)、緩沖間、更衣間、洗手間和手術(shù)室等區(qū)域。通過虛擬漫游，醫(yī)生能夠觀察手術(shù)室的細(xì)節(jié)，如照明、患者床位位置等，以提高在實(shí)際手術(shù)中的環(huán)境熟悉度。系統(tǒng)高亮顯示關(guān)鍵區(qū)域，加強(qiáng)對(duì)整個(gè)手術(shù)室的認(rèn)知。
儀器認(rèn)知模塊：涵蓋了手術(shù)室內(nèi)的各種醫(yī)療儀器，包括呼吸機(jī)、無影燈、手術(shù)床、微波治療儀、心電圖分析儀、輸液泵、麻醉機(jī)、多普勒超聲波診斷儀、C型臂等。醫(yī)生通過交互式操作深入了解每種儀器的結(jié)構(gòu)和操作方式，系統(tǒng)高亮顯示每個(gè)儀器，提供實(shí)際使用體驗(yàn)。
工具認(rèn)知模塊：包含手術(shù)中常用的各種工具，如氣管套管、手術(shù)刀、組織鉗、持針鉗、止血鉗、氣管擴(kuò)張鉗、帕巾鉗、組織剪、甲狀腺組織拉鉤、敷料鑷等。醫(yī)生通過虛擬交互操作模擬使用每個(gè)工具，系統(tǒng)提供詳細(xì)介紹和高亮顯示，增強(qiáng)對(duì)工具的實(shí)際認(rèn)知和操作技能。
（二）術(shù)前學(xué)習(xí)模塊
手術(shù)區(qū)消毒：醫(yī)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行手術(shù)區(qū)消毒，系統(tǒng)可能提供實(shí)時(shí)反饋，確保醫(yī)生掌握正確的消毒手法。模塊中的每個(gè)步驟和工具都被高亮顯示，醫(yī)生可以通過交互操作模擬執(zhí)行，系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)反饋和評(píng)估。
手術(shù)刷手法：醫(yī)生模擬正確的刷手過程，系統(tǒng)可能突出顯示每個(gè)步驟的關(guān)鍵點(diǎn)，并提供指導(dǎo)以確保無菌操作。每個(gè)步驟高亮顯示，醫(yī)生可以通過交互操作模擬執(zhí)行，系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)和評(píng)估。
鋪巾：醫(yī)生在虛擬手術(shù)臺(tái)上鋪設(shè)巾，系統(tǒng)模擬布料的擺放方式，確保醫(yī)生按照正確的步驟進(jìn)行操作。模塊中的每個(gè)步驟都被高亮顯示，醫(yī)生可以通過交互操作模擬執(zhí)行，系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)反饋和評(píng)估。
穿無菌手術(shù)衣：醫(yī)生學(xué)習(xí)如何穿戴無菌手術(shù)衣，系統(tǒng)可能提供實(shí)時(shí)模擬，確保醫(yī)生能夠正確而迅速地完成操作。每個(gè)步驟高亮顯示，醫(yī)生可以通過交互操作模擬執(zhí)行，系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)指導(dǎo)和評(píng)估。
（三）手術(shù)實(shí)操模塊
清創(chuàng)術(shù)：在手術(shù)實(shí)操模塊中，醫(yī)生模擬清創(chuàng)術(shù)，系統(tǒng)提供虛擬傷口、手術(shù)工具，以及實(shí)時(shí)反饋，幫助醫(yī)生練習(xí)清潔和準(zhǔn)備手術(shù)區(qū)域的技能。每個(gè)步驟和工具都被高亮顯示，醫(yī)生可以通過交互操作模擬手術(shù)，系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的指導(dǎo)和評(píng)估。
環(huán)甲膜穿刺術(shù)：手術(shù)實(shí)操模塊涵蓋了環(huán)甲膜穿刺術(shù)，醫(yī)生進(jìn)行虛擬的環(huán)甲膜穿刺手術(shù)，系統(tǒng)提供模擬的患者解剖圖像，幫助醫(yī)生掌握正確的穿刺技術(shù)。每個(gè)步驟和工具高亮顯示，醫(yī)生可以通過交互操作模擬手術(shù)，系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的指導(dǎo)和評(píng)估。
喉管切開術(shù)：手術(shù)實(shí)操模塊中包括氣管切開術(shù)，醫(yī)生模擬緊急情況下的喉管切開手術(shù)，系統(tǒng)提供虛擬患者的生理指標(biāo)，幫助醫(yī)生迅速而準(zhǔn)確地進(jìn)行喉管管理。每個(gè)步驟和工具高亮顯示，醫(yī)生可以通過交互操作模擬手術(shù)，系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的指導(dǎo)和評(píng)估。
脾切除術(shù)：手術(shù)實(shí)操模塊中包括脾切除術(shù)，醫(yī)生進(jìn)行虛擬的脾切除手術(shù)，系統(tǒng)模擬實(shí)際手術(shù)中的各個(gè)步驟，包括切除和止血技術(shù)。每個(gè)步驟和工具高亮顯示，醫(yī)生可以通過交互操作模擬手術(shù)，系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的指導(dǎo)和評(píng)估。
腸吻合的縫合：手術(shù)實(shí)操模塊中涵蓋腸吻合的縫合過程，醫(yī)生模擬腸道手術(shù)中的縫合過程，系統(tǒng)提供虛擬的腸道組織和多種縫合技術(shù)，以幫助醫(yī)生提高縫合技能。每個(gè)步驟和工具高亮顯示，醫(yī)生可以通過交互操作模擬手術(shù)，系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的指導(dǎo)和評(píng)估。
（四）理論考核模塊
理論考核：模塊通過簡單（10套選擇題）、中等（20套選擇題）、困難（50套選擇題）共三種難度進(jìn)行考核。系統(tǒng)會(huì)彈出理論考核題目，用戶需選擇對(duì)應(yīng)答案，系統(tǒng)會(huì)檢索預(yù)置的正確答案并與提交結(jié)果。
四、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
安全性： 手術(shù)仿真系統(tǒng)提供虛擬環(huán)境，讓醫(yī)生在沒有實(shí)際患者的情況下進(jìn)行訓(xùn)練，降低了實(shí)際手術(shù)中可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)，保障患者的安全。醫(yī)生能夠在虛擬場景中嘗試新技術(shù)、磨練操作技能，而無需擔(dān)心患者的生命安危。
全面模擬： 涵蓋了漫游認(rèn)知、術(shù)前學(xué)習(xí)、手術(shù)實(shí)操等多個(gè)模塊，全面模擬了手術(shù)前、手術(shù)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。漫游認(rèn)知模塊通過場景、儀器和工具認(rèn)知，使培訓(xùn)更貼近實(shí)際手術(shù)操作。手術(shù)實(shí)操模塊提供多樣化的手術(shù)場景，使醫(yī)生能夠全面提高在各種手術(shù)操作中的熟練度。
個(gè)性化學(xué)習(xí)： 通過要點(diǎn)考核監(jiān)控模塊，系統(tǒng)根據(jù)醫(yī)生的學(xué)習(xí)情況提供個(gè)性化的反饋和指導(dǎo)。這有助于醫(yī)生更有針對(duì)性地提高弱項(xiàng)，促使他們?cè)谂嘤?xùn)過程中獲得更為有效的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。
效率提升： 系統(tǒng)的輔助功能，如語音提示和系統(tǒng)設(shè)置，提高了培訓(xùn)的效率。醫(yī)生能夠更專注于手術(shù)技能的提升，而不被不必要的學(xué)習(xí)曲線阻礙。
實(shí)時(shí)反饋： 提供實(shí)時(shí)的反饋系統(tǒng)，讓醫(yī)生能夠及時(shí)了解自己的操作準(zhǔn)確性和效果。這種實(shí)時(shí)性的反饋有助于醫(yī)生在培訓(xùn)中不斷調(diào)整、改進(jìn)手術(shù)技能，提高操作的精準(zhǔn)性。
多樣化手術(shù)場景： 包括清創(chuàng)術(shù)、環(huán)甲膜穿刺術(shù)、氣管切開術(shù)等多種手術(shù)場景，使醫(yī)生能夠接觸不同類型的手術(shù)，提高其全面應(yīng)對(duì)各種情況的能力。這種多樣性有助于培養(yǎng)醫(yī)生的綜合應(yīng)變能力，使其更具備面對(duì)各種臨床挑戰(zhàn)的信心。
迭代更新： 具備系統(tǒng)升級(jí)和更新的能力，保持與最新醫(yī)學(xué)知識(shí)和技術(shù)的同步。系統(tǒng)不僅提供初始的培訓(xùn)體驗(yàn)，還隨時(shí)更新以反映醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，確保醫(yī)生能夠始終處于專業(yè)的前沿水平。
五、功能應(yīng)用
（一）提升戰(zhàn)地醫(yī)療人員的手術(shù)技能
模擬復(fù)雜手術(shù)場景：VR外科手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)可以模擬戰(zhàn)地環(huán)境中常見的創(chuàng)傷性手術(shù)，如槍傷、爆炸傷、燒傷等，幫助醫(yī)療人員在虛擬環(huán)境中反復(fù)練習(xí)手術(shù)操作，提高應(yīng)對(duì)復(fù)雜傷情的能力。
實(shí)時(shí)反饋與評(píng)估：系統(tǒng)能夠提供實(shí)時(shí)的操作反饋，幫助醫(yī)療人員糾正錯(cuò)誤，改進(jìn)技術(shù)。例如，系統(tǒng)可以評(píng)估縫合的精準(zhǔn)度、止血的效率等，確保醫(yī)療人員在真實(shí)手術(shù)中能夠更加熟練和高效。
（二）增強(qiáng)戰(zhàn)場急救能力
高壓環(huán)境訓(xùn)練：VR系統(tǒng)可以模擬戰(zhàn)場上的高壓環(huán)境，如槍聲、爆炸聲、時(shí)間壓力等，幫助醫(yī)療人員在心理和生理上適應(yīng)戰(zhàn)場條件，提升在極端環(huán)境下的急救能力。
團(tuán)隊(duì)協(xié)作訓(xùn)練：通過VR系統(tǒng)，醫(yī)療團(tuán)隊(duì)可以進(jìn)行協(xié)同訓(xùn)練，模擬戰(zhàn)地救援中的分工合作，提高團(tuán)隊(duì)的整體應(yīng)急反應(yīng)能力。
（三）優(yōu)化軍事醫(yī)療資源配置
降低訓(xùn)練成本：傳統(tǒng)的戰(zhàn)地醫(yī)療訓(xùn)練需要消耗大量的醫(yī)療資源（如尸體、動(dòng)物模型等），而VR系統(tǒng)可以大幅降低這些成本，同時(shí)減少對(duì)真實(shí)資源的依賴。
遠(yuǎn)程培訓(xùn)與支持：VR技術(shù)可以支持遠(yuǎn)程醫(yī)療培訓(xùn)，專家可以通過虛擬環(huán)境對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療人員進(jìn)行指導(dǎo)，提高整體醫(yī)療水平。
（四）支持軍事醫(yī)學(xué)研究
新手術(shù)技術(shù)驗(yàn)證：VR系統(tǒng)可以用于驗(yàn)證新的戰(zhàn)地手術(shù)技術(shù)和設(shè)備，幫助研究人員在虛擬環(huán)境中測(cè)試其可行性和有效性，減少對(duì)真實(shí)患者的風(fēng)險(xiǎn)。
數(shù)據(jù)收集與分析：系統(tǒng)可以記錄醫(yī)療人員的操作數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的分析和研究，幫助改進(jìn)訓(xùn)練方法和手術(shù)技術(shù)。
（五）心理適應(yīng)與創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）預(yù)防
心理脫敏訓(xùn)練：通過反復(fù)暴露于虛擬的戰(zhàn)場環(huán)境中，醫(yī)療人員可以逐漸適應(yīng)戰(zhàn)場的高壓和創(chuàng)傷場景，減少真實(shí)戰(zhàn)場中的心理沖擊，降低PTSD的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。
六、運(yùn)行環(huán)境
PICO4產(chǎn)品配置達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。全系搭載高通驍龍XR2處理器，體驗(yàn)流暢；Pancake折疊光路設(shè)計(jì)讓設(shè)備更輕，不含綁帶和電池的重量僅相當(dāng)于一罐可樂，前后平衡分布的設(shè)計(jì)也極大提升了佩戴舒適性；4K+超視感屏和105°超大視角的畫面表現(xiàn)極佳，HyperSense振感手柄有著逼真靈動(dòng)的振感反饋，6DoF空間頭手定位讓設(shè)備精準(zhǔn)識(shí)別，支持裸手交互，更具沉浸感。 瞳距調(diào)節(jié)升級(jí)為無級(jí)調(diào)節(jié)。
七、未來發(fā)展趨勢(shì)
未來手術(shù)仿真系統(tǒng)將更深度地整合虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，為醫(yī)生提供更逼真、沉浸的培訓(xùn)體驗(yàn)。這將包括更先進(jìn)的三維圖像、交互式元素和實(shí)時(shí)模擬，使醫(yī)學(xué)專業(yè)人員能夠更好地感知和處理復(fù)雜的醫(yī)療情境，其中結(jié)合其他先進(jìn)技術(shù)將具有以下拓展方向。
人工智能的應(yīng)用：隨著人工智能（AI）技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來的手術(shù)仿真系統(tǒng)將更加智能化。AI可以用于提供個(gè)性化的培訓(xùn)路徑、實(shí)時(shí)的智能輔助和基于數(shù)據(jù)的反饋，以幫助醫(yī)生更好地理解和改善其技能。
云端服務(wù)和協(xié)作：未來的系統(tǒng)將更加倚重云端服務(wù)，醫(yī)學(xué)專業(yè)人員可以通過云平臺(tái)實(shí)時(shí)分享、存儲(chǔ)和獲取模擬手術(shù)數(shù)據(jù)。同時(shí)，這也將促使全球范圍內(nèi)的醫(yī)學(xué)專業(yè)人員進(jìn)行協(xié)作，共同提升培訓(xùn)水平。
跨學(xué)科培訓(xùn)：未來的手術(shù)仿真系統(tǒng)將不僅僅局限于手術(shù)技能的培訓(xùn)，還將擴(kuò)展至跨學(xué)科培訓(xùn)，包括團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通技能等方面，以更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的醫(yī)療環(huán)境。
個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑：基于學(xué)員的學(xué)習(xí)風(fēng)格、水平和需求，未來的系統(tǒng)將提供更為個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑。這意味著醫(yī)學(xué)專業(yè)人員可以根據(jù)自身需求選擇特定的培訓(xùn)模塊，使培訓(xùn)更加靈活和有效。
虛擬手術(shù)團(tuán)隊(duì)：未來的發(fā)展可能涉及到虛擬手術(shù)團(tuán)隊(duì)的培訓(xùn)，醫(yī)學(xué)專業(yè)人員可以在虛擬環(huán)境中模擬與其他醫(yī)療團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)作，提高團(tuán)隊(duì)協(xié)同效能。
遠(yuǎn)程培訓(xùn)和協(xié)作：隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，未來的手術(shù)仿真系統(tǒng)將支持遠(yuǎn)程培訓(xùn)和協(xié)作，醫(yī)學(xué)專業(yè)人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)參與實(shí)時(shí)的虛擬手術(shù)培訓(xùn)，促進(jìn)全球醫(yī)學(xué)專業(yè)人員之間的知識(shí)分享和協(xié)同工作。
個(gè)體化反饋機(jī)制：針對(duì)個(gè)體差異，未來的系統(tǒng)將進(jìn)一步改進(jìn)反饋機(jī)制，基于生物反饋和學(xué)習(xí)分析，為每位醫(yī)學(xué)專業(yè)人員提供更加個(gè)體化、精準(zhǔn)的評(píng)估和反饋，以更有效地促進(jìn)其專業(yè)發(fā)展。
仿真手術(shù)工具的進(jìn)步：隨著材料科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展，未來仿真手術(shù)器械將更加逼真，包括具有真實(shí)手感和生理特征的仿真工具，使醫(yī)學(xué)專業(yè)人員能夠更貼近實(shí)際手術(shù)操作。
教育生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)：未來手術(shù)仿真技術(shù)可能成為更大教育生態(tài)系統(tǒng)的一部分，與醫(yī)學(xué)院校、醫(yī)療機(jī)構(gòu)和行業(yè)協(xié)會(huì)合作，共同建立更全面、可持續(xù)的醫(yī)學(xué)培訓(xùn)體系，為醫(yī)學(xué)專業(yè)人員提供更為豐富的學(xué)術(shù)資源和支持。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和挖掘：利用大數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析技術(shù)，未來的系統(tǒng)將能夠更深入地挖掘醫(yī)學(xué)專業(yè)人員的培訓(xùn)數(shù)據(jù)，為培訓(xùn)提供更精準(zhǔn)的調(diào)整和改進(jìn)方案，從而不斷優(yōu)化培訓(xùn)效果。
仿真技術(shù)的蓬勃發(fā)展正在各個(gè)領(lǐng)域掀起一場技術(shù)革命。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，手術(shù)仿真訓(xùn)練通過虛擬手術(shù)臺(tái)、患者模型和實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)，提供了醫(yī)生在虛擬環(huán)境中進(jìn)行大量實(shí)際手術(shù)操作的機(jī)會(huì)，極大地提高了醫(yī)生的技術(shù)水平和應(yīng)對(duì)復(fù)雜病例的能力，從而減少了患者的手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
墨子聯(lián)合作戰(zhàn)推演系統(tǒng)
