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针头扎入皮肤也能量化成数据?这套VR手术模拟系统将成为医生们的练手神器

在医疗领域VR技术又建功了,与触觉设备搭配使用的HoloLens成了菜鸟医生们的练手神器。

作者:大壮旅来源:雷锋网|2017-06-05 15:31

在普通人看来,VR 技术是创造幻想世界的一把好手,不过它的应用范围可没有这么窄,在教育领域,VR 也可以成为学习利器,特别是帮医学生练习那些平时很难接触到的手术。

举例来说,美国凯斯西储大学已经宣布,它们将砍掉传统的解剖实验室,医学生们围着死尸学习的日子未来将一去不复返,取而代之的将是微软的 HoloLens 混合现实系统。这样一来,初出茅庐的年轻医生们就能戴着 HoloLens 直接“看穿”人体的不同层次,皮肤、肌肉、血管等都能清晰的展现在眼前,而且还是 3D 的哦。

不过,对 VR 来说这只能算初级应用,一家英国公司正试图在 VR 环境下构筑手术室供学生练手。最令人赞叹的是,它们还借助触觉反馈功能让学生感受到手术中人体最真实的反应。

针头扎入皮肤也能量化成数据?这套VR手术模拟系统将成为医生们的练手神器

这家公司名为 Fundamental VR,借助它们的技术,年轻医师们就不用紧张的在真人身上展示他们尚未成熟的技艺了。

这套系统也以微软 HoloLens 为基础,不过与其搭配使用的还有 Fundamental VR 专门开发的软件和连接了触控笔的标准机械臂。

在 Hololens 视角下,这根触控笔会变成注射器,点一个按钮注射器就会排空,点另一个则会重新吸满注射液。操作员在现实世界移动触控笔时,虚拟注射器也会做出同步动作,当虚拟针头扎进虚拟人体后,不同的触感会通过触控笔反馈给操作员,让他们感受到真实人体的反应。

当然,可别觉得就是触控笔震动一下吓吓人而已,虚拟针头扎到脂肪和骨头时触感反馈可是完全不同。

Fundamental VR 的第一套系统是针对膝关节研发的,其客户是药品公司 Pacera,该公司利用这套系统培训临床医生如何使用它们名为 Exparel 的麻醉剂。

与传统的麻醉剂使用方法不同,Pacera 的新型麻醉剂需要对多个部位进行注射,麻醉剂大部分都会留在体内,而不像传统的单点注射,麻醉剂会从注射孔溢出。这样的改变有时会让医生摸不着头脑,因此 VR 教学系统就应运而生了。

为了构筑足够真实的场景,研发人员从各个角度对膝盖拍了照片并将其还原成 3D 图像。值得注意的是,这套系统用到的触觉硬件在市场上就能买到,同时在 VR 世界中那根触控笔还可以变成各种各样的医疗工具。

针头扎入皮肤也能量化成数据?这套VR手术模拟系统将成为医生们的练手神器
图片来自 Fundamental V

外科医生也参与了系统开发

想打造一套真实重现手术体验的系统,需要大量人类智慧与最新技术的结合。为了模拟膝盖更换手术的场景,Fundamental VR 就与整形外科医生深入讨论手术的每一个步骤和细节。

“手术不但是科学,还是艺术,而任何富含艺术性的工作,都会出现多种选项,想在其中找到最好的处理方式需要花费不少时间。一旦我们站到了成功的门口,就会面对大量细节上的挑战以及整个操作过程中的各种变化。”Fundamental VR 联合创始人 Richard Vincent 说道。

外科医生在系统研发过程中主要负责将手术中的真实体验转化为虚拟体验,雷锋网获知,这里他们用到了 Fundamental VR 的触觉开发引擎来弥合虚拟与现实间的鸿沟。

“我们专门打造了一款标定工具:它是软件的核心,有了它我们才能将医生们对手术真实感受的描述转化为精确的数字,毕竟‘针头刺进去就像刺进一个橘子’的描述可不好量化。”Vincent 说道。

整形外科医生 Stan Dysart 擅长做关节置换手术,他也是为这套系统出谋划策的外科专家之一,有了这些医生的协助,Fundamental VR 才能将这套膝部手术模拟系统做的如此真实。

“这里用到的触觉设备拥有计分系统,我主要帮他们确定针头扎入肌肉、脂肪、关节囊、骨头和软骨中到底是什么感觉。”Dysart 医生说道。

Dysart 医生表示:“关节囊会对针头产生一定的阻力,当你扎透它之后,阻力就没了。随后我们会对这样的触觉反馈进行评分,膝盖的每一部分我们都没放过。计算机可以理解这些分数,分数越高,模拟的助力就越大。”

完成从肌肉到骨骼各个层次的评分后,触觉系统就能将它反映到虚拟手术中去了。为了让整个体验足够顺滑,这套系统用到了一个强悍的 GPU。

据悉,这套系统已经开始在全美多家医疗中心服役。“外科医生们爱死它了,大家都喜欢它带来的体验,在这套系统上练习,医生们再也不用提心吊胆怕伤着病人了。最重要的是,在手术中我们需要考虑切的多深、从哪下刀、在哪注射等问题,毕竟膝盖之下可是神经和动脉的密集区。”Dysart 医生说道。“不过,在虚拟世界中,即使你的针扎的太深,也不会伤害到病人。同时,通过重复训练和触觉反馈医生还能吸取经验教训,直到掌握正确的技术。”

除了膝关节镜,Fundamental VR 还有 3 个正在开发的 VR 手术模拟系统,其中软组织和脊椎手术可能今年夏天就会正式面世。

教学神器

眼下,Fundamental VR 正在与教育机构协商,它们想让自家系统成为医疗教育市场的教学神器,不但菜鸟们可以靠它练手,老医生们也可以通过这套系统学习一些新技术。不过遗憾的是,虽然 Fundamental VR 已经积极联系了伦敦和其他国家的医疗教育机构,但现在它们依然将重心放在美国市场。

除了继续针对特定客户定制手术模拟系统,该公司未来还想打造一个手术程序的数据库。当然,这个数据库将采用付费使用的模式。同时,在搞定了标准的解剖教学后,Fundamental VR 还有意通过这套系统让学生见识更多的疑难杂症。

“有了这套系统,所谓的操作规程就可以退休了,这对大多数医学生都是利好。不过到了神经学的层面,也许这套系统的教学意义就没那么重大了,毕竟此类疾病一位医生一年也遇不到几个,需要的医生也相对较少。”Vincent 说道。

此外,触觉系统并非在所有手术中都能表现完美,对一些医学界的资深外科医生来说,这套系统还是太像电脑游戏了,刚入门的菜鸟玩玩还行,到了更高级别就聊胜于无了。

“医疗手术都是争分夺秒,当你面对血浆四溅的危急情况,就必须尽快解决。有了模拟器,医生就能多见识这种危急情况,到时他们就不容易手忙脚乱。”Vincent 解释道。

无需用病人练手了

随着 VR 技术的提高和设备价格的走低,雷锋网觉得未来手术前医生可以利用触觉系统和 VR 设备提前在虚拟病人身上练手,有了前期的“排练”,在真正手术时就不用手忙脚乱了。

未来的 VR 医疗不但要肩负起培养新手医生的任务,还要成为顶级医生的超级模拟器,这样疑难杂症才能无处遁形。

不过,无论是用到 VR 医疗的哪个属性,其教学和训练功能都能让刚入行的医生受益匪浅,同时医生技艺的提升也是对病人的负责。

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