虚拟骨科手术临床教学培训意义
现代科学技术的发展越来越体现多门学科的交叉和渗透。虚拟手术(VirtualSurgery-VS)作为正在发展起来的研究方向，是集医学、生物力学、机械学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机械力学、材料学、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域。其目的是：使用计算机技术(主要是计算机图形学与虚拟现实)来模拟、指导医学手术所涉及的各种过程，在时间段上包括了术前、术中、术后，在实现的目的上有手术计划制定，手术排练演习，手术教学，手术技能训练，术中引导手术、术后康复等。
虚拟手术这个研究方向目前正在逐步形成之中，与之相关的一些研究方向主要有：医学可视化(MedicalVisualization)，医学增强现实(MedicalaugmentedReality)，医用机器人，手术模拟(SurgerySimulation)，图象引导手术(ImageGuidedSurgery)，计算机辅助手术(ComputerAidedSurgery，ComputerAssistedSurgery)等。我们认为使用虚拟手术(VirtualSurgery)这个名词更加能够充分体现虚拟现实(VirtualReality)作为计算机图形学在医学治疗过程中的作用，充分体现了人机交互和真实感。国外也有称此方向为虚拟手术室(VirtualOperatingRoom)或医学虚拟现实(MedicalVirtualReality)。
虚拟骨科手术必须性传统医学教育模式要求住院医师在上级医师的指导下参与患者的诊断和治疗，在这个过程中住院医师不断积累和提高自身的知识储备和手术技能。对于上级医师而言，在确保手术顺利进行的同时难以兼顾对住院医师的带教，这就影响了临床教学质量，同时亦增加了患者的手术风险。另一方面，随着骨科手术技术的发展和各种类型的内固定器械不断出现，住院医师需要花费比以往更多的时间来学习和掌握这些新技术。由于骨科手术类型的多样化，解剖结构的复杂性，以及手术视野狭小等因素的影响，初学者不易在较短时间内掌握，学习曲线较长。?
为了降低患者的手术风险和增加青年医师的练习机会，既往骨科教学实践主要是通过在尸体标本上进行操作来完成手术训练的，然而目前可供骨科手术训练的尸体资源较为紧缺，而骨科青年医师队伍则在不断壮大，二者之间的矛盾日益突出。虚拟现实技术的出现有望从根本上解决传统医学教育模式存在的弊端。虚拟现实技术利用各种医学影像数据在计算机中建立起虚拟手术环境，使用者借助先进的计算机技术能够获得沉浸感（视觉、力和触觉等）、真实感和实时交互，并且可以改变虚拟对象的状态。医师通过虚拟现实技术平台可以进行手术计划的制定、手术训练、手术教学、医师手术技能评价和考核等工作。虚拟现实技术目前已经越来越多的应用于医学教育领域，在推动医学人才培养和技术进步方面发挥着重要作用。笔者综述虚拟现实技术在骨科领域临床应用的研究报道，评价其在骨科医师临床教学和手术培训方面的作用。
虚拟现实技术的优点虚拟现实技术平台可以为使用者提供与实际手术操作相类似的真实体验，克服了以往骨科教学中医学生动手机会少、只看不练的问题。同时可以避免使用动物或价格高昂的尸体标本做实验，因而完全不用担心伦理方面的问题。医师通过虚拟现实技术平台能够在较短时间内掌握手术操作技能，术前在虚拟手术环境中根据患者的病情有针对性地制定相关手术计划，完成虚拟手术并评价手术的效果，如果发现不足之处可以立即进行纠正，然后重新再来直至取得满意的手术效果，实现了在特定的虚拟患者身上反复多次进行手术操作，而这在现实中显然是不可能发生的。虚拟现实技术平台对于培训手术医师的操作技能，减少对患者的损伤，提高复杂手术的成功率具有十分重要的作用。
在临床实践中，虚拟现实技术平台还可以集成触觉反馈功能，使用者在骨组织钻孔、椎弓根钉置入、解剖部位显露等操作中可以获得与实际手术近似的触觉体验，通过与系统实时的交互判断操作是否正确。最后，医师在虚拟现实技术平台上进行训练完全不需要任何老师，根据系统友好的人机交互界面以及预设的训练程序便可以完成手术培训，同时系统还可以根据每一名受试者的表现科学严谨地评价其学习效果。
虚拟现实技术目前存在的问题虚拟现实技术目前在骨科领域中的应用尚存在以下几个方面的问题：
①人体的骨组织结构表面均覆盖有肌肉、韧带和血管组织，而很多虚拟现实技术平台在形态学建模方面仅仅能实现对单纯骨骼结构的三维重建。
②虚拟现实技术平台目前还不能实现对操作对象气味的模拟，而嗅觉作为人类的主要感觉可以影响术者的精神状态与手术操作，实现这一功能有助于增强虚拟环境的真实性。
③目前虚拟现实技术平台主要还是针对手术对象视觉图像的模拟，而骨科手术中需要使用各种各样的器械，同时骨组织与其毗邻的肌肉、软组织、韧带的生物力学特性均存在较大差异，而这正为骨科医师的术中操作提供了不同的触觉感受，同时也能够帮助术者判断每一步的操作是否安全有效，因此虚拟现实技术平台是否具备触觉反馈功能是评价其临床实用性的重要指标。
④虚拟现实技术平台的计算机处理速度直接影响着物理模型三维重建的逼真度与系统实时响应的速度，因此需要尽可能地提高虚拟现实技术平台的计算机处理速度以实现更加真实的虚拟手术仿真。
虚拟现实技术在骨科领域的发展前景未来理想的骨科虚拟现实技术平台应能够集成视觉、触觉、听觉、味觉反馈功能，以便创造出全方位、更加逼真的虚拟手术环境。随着技术的进步以及患者对医疗服务水平的要求越来越高，骨科手术微创化是未来的发展趋势，因此虚拟现实技术应瞄准骨科手术发展的前沿和热点，与手术技术的更新同步，更好地满足临床医师的需求。骨科手术通常需要采用各种类型的内固定器械以及内置物，初学者往往需要较长时间的熟悉和练习才能熟练应用，虚拟现实技术如何能够精确模拟这些器械的特性及操作以便使青年医师在较短的时间内掌握用法，这对于促进手术技术的推广与应用非常重要。
目前虚拟现实技术平台已经可以利用患者的影像学资料构建患者具有特异性的虚拟手术模型，并据此制定手术方案并进行手术预演。但尚不能实现对超声波图像的实时显示，而CT在患者图像实时显示方面无法与前者比拟，解决实时图像的拼合这一技术瓶颈则有望解决这一难题。另外，未来虚拟现实技术平台的发展可以通过精确设定虚拟手术的每个步骤，以便将骨科专家的手术技艺在虚拟环境中进行重现。操作者通过与系统的实时交互响应便可以及时调整自己不规范的操作，这样可以起到事半功倍的效果，而不必等到每次手术练习结束之后再进行总结调整。未来虚拟现实技术还可以和3D打印技术结合起来，术前骨科医师通过患者特异性的虚拟重建模型以确定适合患者的最佳内置物，之后利用3D打印技术进行制造，这样便可以实现精准骨科手术，极大地减少相关手术并发症。
总之，未来虚拟现实技术不断完善和发展完全能够满足骨科手术技术推广和传承的需要，避免了传统学徒式教学方法的弊端。虚拟现实技术平台在节省医疗成本和降低患者风险的同时，能够明显提高手术的成功率。虚拟现实技术广泛应用后亦有助于节省骨科医师的时间成本，使得临床医师将更多精力放到如何更好地改进既有的手术流程以改善患者预后，同时促进学科的技术创新与发展。虚拟现实技术凭可为临床医师提供更加真实的手术体验，更好推动骨科技术的进步，造福广大患者。
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