摘要
目的：分析虚拟现实技术在医学领域应用的广度及深度；从虚拟现实技术的发展历程入手，了解虚拟现实技术在国内外医学领域的研究现状及发展趋势，探究虚拟现实技术在医学应用中的成功案例及存在的不足之处，并提出建设性的建议及对策。
方法：文献研究法：一种可以根据特定目标或研究主题检查文献来获取信息的方法，以便理解并充分正确地掌握要研究的问题。文献研究广泛应用于各个领域。它的任务是：①了解相关主题的历史和当前状态并帮助确定研究主题。②可以给研究对象一个总体印象，对观察和访谈很有用。③可从实际数据中获得可比数据。④有助于理解整体。
比较法：是一种将各个事物进行对照，来确定各事物之间的相同点和不同点的逻辑方法。客观上有两种比较的角度，即，横向比较和纵向比较。横向比较可以是在空间的角度进行；例如取某一段时期，在不同国家，不同地区，不同部门其间一定是存在不同的，也会有优劣之分；纵向比较可以是在时间上的比较，例如取同一事物，其在不同时期的某些指标也是可以进行对比的，如价格，性能等。运用比较法可以以更动态的方式认识和把握事物的发展变化趋势。
SWOT分析法：这里仅借模型以使态势更明朗。顾名思义表示优势（Strengths）、劣势（Weaknesses）、机会（Opportunities）和威胁（Threats）。
关键词：虚拟现实技术；医学；应用；辅助治疗
引言
互联网行业以及科学技术的发展愈发迅速，这使得虚拟现实技术发展的步伐更加稳健而快速。目前，虚拟现实技术的发展已经度过低迷期正处于高速上升阶段，其在各行各业中都得到了广泛的应用，尤其是在医学领域的应用更是愈发深入。但是，虚拟现实技术本身以及其医学相关应用都或多或少存在需要完善的方面。现阶段，研究和摸索计算机的虚拟现实关键技术仍然重要。
第一章 前言
1.1 研究背景
VR技术一类的新兴前沿技术正在对医疗健康服务行业进行大面积“冲击”，随之，医疗资源供给喝应对持续增长的医疗健康服务需求的能力都得到了提高。有研究数据表示，到2022年，VR医疗市场规模预计将达到17亿美元；到2025年全球医疗VR市场营收预计会达到约51亿美元。而且直至目前，VR技术的医院比例大约为8%左右，在未来两年之内计划比例达到将近70%。
截止到2019年，VR技术的发展已经度过了低迷期，并呈上升趋势。2019年6月，5G开始进入商用时代，这对于很多新兴科学技术来说是个极好的消息，这中间当然包括VR技术，经过2016年的第一次爆发，5G商用时代的来临，将会是推动VR技术迅速发展的绝对助力。
随着计算机行业的迅速发展，5G商用时代的逐步推进，VR技术在各个行业都得到了广泛的应用，例如，卫星、航空、教育事业、游戏行业、房地产行业、园林工艺、医学领域等等，不胜枚举，而且效果反应都非常好。[23]再看在春节前后爆发的“2019-nCoV”（2019新型冠状病毒）[24]期间，交通方面禁止通行，企业暂停营业，“全国隔离”。疫情虽严重，但人们还要生活，患者还需要救治；待疫情形势稍缓，还要复工复产。生活还要继续，但疫情又刻不容缓。而VR技术在疫情期间可以说是“物尽其用”，功不可没。
但，尽管虚拟现实技术已经在很大程度上投入到医疗应用中，我国中小城市和乡村地区仍存在普遍缺乏医护人员、医疗培训技术和设备的问题，尤其是极度缺乏具有一定专业技能的医护人员，培训医护人才的需求长期存在。
VR技术的发展势头正猛，覆盖范围逐渐覆盖到各行各业的每一个角落，而且所得益处更是无法衡量，尤其是在医学领域中的应用，但也不能忽略VR成功应用案例中的不足之处。
第二章 内容与方法
2.1 研究内容
2.1.1 VR技术的发展历程
虚拟现实技术本身的发展大致经历了这样的一个进化过程，即四大阶段：[25]
第一阶段：思想萌芽期——1963年以前；这就不能不提到在最早科幻小说中提及的同时期有了相类似的发明。
第二阶段：技术初现期——1963年到1972年之间；例如，1968年，第一个计算机图形驱动的头盔显示器 HMD 及头部位置跟踪系统。
第三阶段：概念和理论形成期——1973年到1989年之间；例如，标志性的两件事情：能够产生一个虚拟图形环境的系统的设计研发和VIEW系统的完成。
第四阶段：理论的完善和应用期——1990年至今；是的，在这个阶段，VR技术通过各个领域的应用已经逐步走进了人们生活的方方面面。
说到这个阶段，就不能不提2016年的虚拟现实技术爆发元年，各大行业纷纷进军VR行业。不排除在这“大军”中的人才，精英所研发出VR技术相关的有益应用成果，也不回避，在这段“喧闹”时期过去后，很多VR企业销声匿迹，但从整体来看，无论是哪种效果，都以这段时期为“媒”，对VR技术的发展产生了不可磨灭的进步性影响。2016年的繁荣已经过去，“低迷期”也已经成为发展的台阶，现在的机遇正在脚下。2018年随着创新创业企业融资质量的不断提高，VR技术的关键性技术也在不断被攻克，[26]
有数据表示，预计到2025年，中国的虚拟现实产业的整体实力将凭借重要的专利和虚拟现实标准形成众多虚拟现实骨干企业，而跻身世界舞台前列。具有强大的国际竞争力。[27]
伴随着VR技术本身的日益完善，再加上迅猛发展的计算机技术，现如今，虚拟现实技术在生活各个领域的应用不胜枚举，其中，不乏其在医学上的应用，而且更为广泛。
2.1.2 VR技术的发展现状
如今，VR的发展已经走出低谷期，VR行业正在不断攀升。 随着VR云化技术的不断发展以及与5G技术的融合，VR技术行业的应用在未来将呈现上升趋势。 这将为下游内容产业的开放，市场空间的拓展开辟道路。[28]在医疗行业中，VR技术的发展将势不可挡。
2019年10月19日，《虚拟医学应用白皮书》在“ 2019世界VR产业大会”上发布。[29]这意味着VR技术正在被应用到该领域医工合作的新水平。 随着数字医学的不断发展，国内外医院正逐步将VR技术应用于训练和手术，越来越多的医生和患者正在接受VR技术的采用。
上海空岛信息科技有限公司，也是《虚拟医学应用白皮书》的技术撰写方，该公司的“慧眼”虚拟仿真实训系统[30-31]是针对医疗行业的行业痛点研发的，通过该系统能够进行远程直播，获得专家的直接指导，使临床病理学经验的转化更加有效；能够提供高质量的培训并满足自我学习的需求；长期使用还能够模拟培养医师，提高培训效率；既降低了成本，提高了经验和能力。不仅如此，该企业还基于该虚拟仿真培训系统开发了虚拟现实产品，其中医学领域相关的有：模拟医学教学实训平台（曾获 2019世界VR产业大会年度创新奖）、腹经子宫下段剖宫产术、超声模拟器仿真实训系统 以及胸膜腔穿刺模拟实训系统（手术流程教学模拟）等。这不仅展现了该企业的优良发展，更展现了国内VR技术的发展之迅速。
自5G时代来临以后，远程咨询和远程诊断与治疗已成为现实。在2020年的“新冠状病毒”流行期间，可以在不与患者接触的情况下进行咨询和治疗；无需长时间人工测量即可确定体温。5G可以摆脱不成熟的VR技术带来的眩晕感；也可以使VR终端更紧凑，更轻巧，缓解笨重的VR设备带来的不便。当然，成本也降低了；还可以实现VR设备的无线化，从而拓展VR设备的应用范围和空间。随着加深5G与VR的集成，有可能将VR设备云化。对于VR来说，这些升级无疑都意义深远。
以下是2020年的“疫情”，即“2019新冠状病毒”爆发期间的VR技术在医疗方面的应用示例。在疫情流行期间，需要对因病毒发热的个人和群体进行隔离和严格控制，因此，在浙江嘉兴海宁市人民医院门诊大厅，由浙江移动建设完成了，全省首个“5G 热力成像体温检测”系统。该系统不仅有助于发热肺炎患者的预筛查，而且降低了医护人员可以直接接触进行温度测量的风险。[32]
“5G+VR”凭借有限的专业医生/医疗资源，支持医务人员的远程观察和专业指导，有效降低了全国各地医院尤其是在流行病严重地区的现场诊断和治疗的压力，减少了交叉感染。[33]
5G远程CT会诊:例如，武汉的雷山医院和北京，上海和广州的许多医院共同进行远程会诊。这四个站点使用5G连接进行计算机断层扫描中的远程协作，并远程标记和讨论患者的CT图像。[34] 使用5G网络和超声波机器人进行远程超声波检查：例如，浙江省人民医院的专家通过5G连接到武汉方舱医院。医院的一端是一台移动式超声波机器，可以为用户执行超声波检查。[35]
“远程5G VR远程监控”：在浙大二院急诊中心感染区。[36]医务人员以此对监护室中的情况进行监控。专家可以使用该系统随时间提供准确的诊断和治疗。这样就不会因距离或时间而延误诊断和治疗。最后，患者的家人可以不用接触联系就可以拜访他们。它不仅可以减少传播的风险，而且还可以安抚患者及其家人。
“国家虚拟仿真实验教学项目共享平台”也相继启动了相关的学习专题，包括但不限于，为高校大学生提供在线模拟实验学习资源；并为大多数一线医生提供在线培训和实习渠道[37]。该服务反映了“疫情”期间“停课不停学”的理念，为各高校提供了开设相关医学实验专题的平台。它不仅为医学生提供了教育资源，而且还帮助大学生乃至公众了解相关的知识和政策，以达到提高科学预防和控制能力的目的。虚拟仿真实验教学通过应用虚拟现实等智能化技术手段，来对具有传统学习问题（例如安全性，空间和时间限制，资源不足）的现实对象和环境进行建模，为广大医学生提供了罕见的“真实战斗训练”。[38]
VR技术在“新冠状病毒”流行期间所发挥的作用不止于此，更不止于医疗领域。所谓“独木不成林”，只依赖于VR技术本身不会有太多意义，更需要的是与各个科学技术结合产生的“化学反应”，这也正是VR技术的发展前景所在。正如，5G让VR技术的“遗憾”得以完善。
2.1.3 VR技术在国内外医学领域的研究进展
一、“VR+基础医学”
基础医学（Basic Science of Medicine）是许多医学子学科的总称，这些学科基于现代科学理论并使用科学方法来解决医学问题。 它是现代医学的基础。[39]它主要专注于专科教学，科学研究和实验医学研究，结合了基金会和诊所。包括：人体解剖学，组织胚胎学，生理学等许多学科。[40]
（一）医学人体解剖教学
系统解剖学是医学中非常重要的基础学科。没有解剖学知识的支持，医学生就无法深入学习。但是，对于刚接触解剖学的学生来说，解剖学的专业性相对较强，专业名词晦涩难懂。学习起来比较困难。[41] VR技术的兴起可以被认为是非常重要的。
实际上，VR技术在人体解剖学中应用还是比较广泛的。它通常用于建立人体各个器官的模型，在组织和器官之间营造各种动态效果，以产生逼真的效果，促进学习者对器官组织生理构造的认识。
例如，鲁一桐等[42] 通过比较新旧方法来解释传统教学方法中的问题。在普通教育中，师生仅使用“一教一听”的方法，一来时间有限，学生很难听懂；二来用于教学的解剖模型不好用，真实的教学标本又数量稀缺。这些问题导致学生学习效果事倍功半。从而引出新教学工具对传统教学中存在的问题产生可喜的影响。侯炜[43]对VR技术在耳部解剖学习中的应用进行了探究。也得到了VR技术应用的优势——既提高了学习的兴趣，又提高了学习的质量，此外还避免了传统教学标本中带有的有害气体对人体造成的伤害；但也得出，VR技术是存在不足的。郝海峰[44]也指出虚拟现实技术起到辅助教学的作用，不能实质性的替代真实标本的操作。
人体解剖教学可以说是每个医学生都必经的过程，为以后的医学学科学习打基础的阶段，新型VR教学模式的应用正推动着医学教学事业的发展。当然，人体解剖学习不是医学生的专属，从事相关医学事业的科学家，医生们可以通过虚拟人体解剖进行相关研究，促进医学行业的发展。
（二）基础医学实验教学
目前，医学生在本科生阶段的基础实验教学仍然存在很多的问题，例如，做实验耗费时间长、成本又比较高，即使如此，学生操作经验还是不足，实验风险也不能完全避免。[45-46]李帆等[47]通过对西安交通大学2016级医学专业本科生进行问卷调查，用实际数据证明了VR技术在基础实验教学中应用的可行性及效用性。也证明VR实验教学对于学生们来说还是很新颖的，并且学生们也希望能够更多的在这种新型教学模式下进行学习，这不仅提升了学生们的学习兴趣，而且提高了学生们动手实操的经验，能力。应用VR技术的实验教学，相对来说不限制场地，时间，只要有相应的设备就能够进行，既节省了时间，又能够节约学校购买各种实验工具的成本。
现阶段，就基础医学专业来看，基础医学作为现代医学的知识基础，其主要是学习医学知识，进而进行科学研究居多，所以笔者从“教学”和“实验”着手对VR技术的应用进行探究，可以看到VR技术的应用解决了很多传统教学中存在的问题。
二、“VR+临床医学”
临床医学：临床医学主要侧重于医学中实践的部分。临床医学是直接与疾病和患者打交道并进行治疗的科学。可以说临床医学是在基础医学知识的基础上治疗患者的。基础医学和临床医学都具有识别人体各种生命活动并发现它们之间的规律的过程。只是在知识积累的基础之上，临床医学是作为发现疾病的唯一途径。
作为一门实用学科，临床医学有很多类别。 从临床医学的角度来看，它有18个从属学科。[48]让我们探索其中的一些。
（一）临床技能培训
VR技术早已成为现代医学辅助教学的一个重要发展方向之一，在临床医学领域，它的发展更是日新月异，主要的应用在于借助计算机来辅助外科手术等。
医生的教学培训领域，特别是外科手术培训课程大部分仍然停留在传统阶段。部分教学条件相对不够成熟的受训者仍在通过采用讲座和学术考试的形式。
对于外科手术培训，医生可以使用虚拟手术系统观察专业的外科手术程序，并可以进行反复性学习，这不仅节省了培训时间，还节省了培训所需的昂贵设备的投资；很重要的一点就是安全性问题能够得到保障，虚拟环境下，可以进行协作而不会造成太危险的事故，并且可以防止感染和放射性的物质伤害医务人员。[49]还可以通过VR技术构建虚拟场景，并将其应用于医学生的教学，使学生体验逼真的临场感以及各种互动，从而发展学生的自主学习兴趣以及实际操作的经验和效率。例如，河南幻境医护虚拟仿真实训平台，就是旨在通过虚拟场景完成教学，能够在生动有趣的实际操作中提高学生临床经验。[50]
（二）外科手术
现代外科手术正在迅速发展，并朝着微创和智能的方向不断改进。虚拟手术可以帮助医生更快，更准确地识别患者的病变部位，手术模拟能够为医生提供依据以制定出更加合理的手术计划。根据潘显纬[51]的研究，可以总结出力反馈技术可以增强应用虚拟现实技术构建虚拟环境时的“真实”触感，训练医生的操作技巧。同样，虚拟的脊柱外科手术系统也可以帮助培训年轻的脊椎医生的手术技能。
三、“VR+检验医学”
我国的检验医学水平与世界水平相当。我国的检验医学的发展也与世界同步。随着现代医疗水平持续提高、一流检验技术的使用和实验方法的改进，国内检验医学空前繁荣。[52] 而检验医学的实现主要依赖于实验室，要特别注意学生的实践技能和操作工具的能力。现如今，医学检验教育“五改四”，传统的医学教育方式和条件都不足以满足社会对于人才培养的需要，这不仅影响课程质量，而且耽误了学生的职业生涯。
虚拟仿真实验室依赖于web技术、VR技术。虚拟仿真实验室的应用，创新了实验室的教学模式，对检验医学中阻碍自身学科优势的不足加以改善。[53]例如，检验医学需要的设备要求比较高，成本价格昂贵，维护费用更是一笔巨大开支。而在虚拟仿真实验室中复杂的，新型仪器所要求的功能可得到完全的展现。[54]自然而然的也就避免了各种检验设备的大笔投资。而且，虚拟仿真实验室构建的实验场所逼真又生动，学生学习起来灵活性高，又能够重复使用，这大大促进了学生的的学习积极性，提高了学习效率。[55]再者，伴随者科技进步，检验技术，仪器都日渐不同，这对于检验技术类人才的要求也是越来越高。在虚拟仿真实验室中，能够模拟检验的正式工作环境，让学生们可以更早的体验工作环境，有助于培养学生的思维方式和操作能力，促进人才的培养。[56]
当然，虚拟仿真实验室也会存在一定的不足。例如，随着VR技术被引进实验室的覆盖面愈来愈广泛，却无法避免技术本身的局限——学生们通过鼠标、键盘“点、点、点”就能够完成实验操作，这会在一定程度上减少学生对实验操作细节的感受。而且计算机平台对实验数据的保真性反而使实验“不真实”，学生们只是做了一个成功的实验罢了，他们体会不到“错误中的成长”。
四、“VR+预防医学”
预防医学，在这特殊的一年，成为了让人更加不能忽略的研究领域。与过去相比，预防医学的研究内容愈发广泛，早就已经不止局限于各种传统的传染疾病。[57]
（一）在预防眼科疾病方面的应用
VR被广泛应用于医学领域，但在疾病预防方面的应用确是很少的，在科普和眼病预防上更是少得可怜。张英芳等[58]所研究的手机应用程序为VR技术在眼科疾病预防的应用增添了希望。辅以其他的科学技术，人们能够通过手机摄像头体会身患眼疾的人的生活，真正的感同身受过，才能更加理解，继而给予眼疾患者们更多的尊重；更重要的是，人们可以更加了解此类疾病的危害，并给予关注，早早的进行预防。
（二）在预防老年人跌倒方面的应用
结合如今的社会现状来看，老年人的跌倒问题已经是个很严重的问题。[59]在治未病[60]的理念下,预防要比跌倒后才采取措施有意义得多。根据陈美玲等[61]的研究，我们可以得到，VR技术在预防老人跌倒机制和康复治疗的很像。以日常生活中的障碍物为内容，构建虚拟场景，来训练日常行动力；虚拟现实暴露疗法(reality exposure therapy，VＲET)用于害怕跌倒的恐惧治疗[62]，但是其可行性和耐受性评估还不够充分。[63]在预防老年人跌倒方面VR技术应用的一大优点就是，使训练变得更加有趣而且安全方面也能够有更大程度的保证。但有一点，就是其适老化研究不足，操作复杂，不适用于老年人，这是现阶段避免不了的一项局限性。[64]
五、“VR+法医学”
法医学的研究领域在于：科学证据；活体诊察；医疗纠纷；病理解剖，等众多方面。
我国的法医学专业建立的时间比较短，虽然专业发展本身还存在比较多不够完善的地方，但是自从法医学得到重视以来，取得的成绩尤为显著。[65-66] 从国内外整体状况来看，VR技术在法医学中的成功应用也推动着法医学的发展。
（一）虚拟解剖技术
虚拟现实技术提供的可视化服务对于法医学来书说发挥着很重要的作用，虚拟解剖（virtopsy）紧随其后出现了。虚拟解剖主要就是应用VR技术，在不对尸体的完整性造成破坏的前提之下，完成部分尸检工作。[67]例如，心脏的虚拟技术应用：心脏作为外伤好发脏器之一，往往能反应凶手的加害意图。利用虚拟解剖技术能够做一些像气管栓塞一类的，使用传统手段无法进行的检查，其中的3D成像技术能够在不破坏气管完整性的情况下反复检查，这种检查方式为案件提供了客观而不失真的查案依据。[68]再例如，金馨等[69]通过对案例中的尸体进行全身CT检验以及实验对照，得出在医疗纠纷尸体检验中，虚拟解剖技术有着很高的应用价值，既能够在解剖前协助获得有用的信息，又能在无法解剖时，提供死亡原因分析的相关依据。
六、“VR+康复医学”
康复医学顾名思义，旨在对一些原有功能的恢复。VR在康复医学领域的应用还处在逐步推广的阶段，主要就是通过模拟不同的环境场所，对病患大脑中相关的感应区产生刺激，从而达到治疗的目的。就以一些应用实例来介绍VR技术在康复医学中的应用状况。
有相关研究表明VR技术结合严肃的电子游戏对日益普遍的老年性认知功能减退和神经退行性变的问题反映出积极的效果,不过，还缺乏可靠性的结论，有待进一步研究。[70]
目前，VR技术在神经康复医学中的应用涉及到：中风后肢体功能康复；帕金斯病功能康复等。通过张丽等[71]的探究，可以得到VR训练能够完成现实中难以完成，难以控制的训练，能够增加训练者的安全保障，对中风患者各部分平衡，行走功能的恢复的起到明显作用，甚至对心理状态的改善效果都很明显。通过VR训练为帕金森患者提供平板走障碍走路或登山等训练，患者的步态，认知功能的恢复效果显著。
2.2研究方法
2.2.1 文献研究法
依据所选课题——虚拟现实技术在医学中的应用研究，得出研究重点——“虚拟现实”、“医学”；从这两个方面入手，查找文献，深入了解虚拟现实的含义，原理，发展历程，各行业的应用状况；探究“医学”的真正意义，即医学包含下的各个具体的研究领域；接着通过查找文献，深入探究虚拟现实技术在医学的各个具体领域中的应用，顺势找到已成功应用案例的不足之处。尽量全面地，正确地掌握虚拟现实技术及其在医学中应用研究的情况。依据所得，查找相关文献进行证实，最后得出结论，并提出相关建议。
2.2.2 比较法
把查找资料所得的不同时期关于虚拟现实技术以及其应用发展状况进行对比，以得到虚拟现实技术的发展趋势、技术改进程度，以及在应用方面存在相关未解决问题采取措施的情况，还有就是可以对比各应用领域的应用情况，来探讨分析虚拟现实技术在医学领域的应用研究问题。
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