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| 本文作者： 趙青暉 | 2016-12-06 21:35 |
現代科學技術的發展越來越體現多門學科的交叉和滲透，拿最經典的醫學來講，目前整個醫學學科中就包含了大量的不同的學科元素：機器人、生物力學、計算機圖形學、計算機視覺、數學分析、機械力學、材料學等等，其中錯綜復雜的學科交匯形成了一個獨立的研究領域：虛擬手術（Virtual Surgery-VS）。當下關于虛擬手術系統的研究方向有很多，比如醫學可視化（Medical Visualization）、醫學增強現實（Medical augmented Reality）、醫用機器人、圖象引導手術（Image Guided Surgery）、計算機輔助手術（Computer Aided Surgery，Computer Assisted Surgery）以及手術模擬（Surgery Simulation）等。
根據以上的研究來說，手術模擬算是目前虛擬手術研究方向不太重視的一個領域，其大部分研究的主要作用除了研究手術方法等學術用途之外，就是建立一個模擬的系統讓醫學院正在學習的醫科生進行手術練習。在Siggraph Asia 2016會議的VR Showcase的展覽會場上，雷鋒網看到了一個用虛擬現實技術結合的手術模擬系統，這個系統能讓用戶練習如何做好一臺眼科手術。
該系統使用了HTC Vive作為核心，在周邊開發了一個手術硬件環境（增添了一個顯微鏡以及外接顯示器等等），該系統來自于臺灣大學的幾個研究生的研究課題，主要利用混合現實建立一個白內障手術訓練系統。
參與這個課題的學生告訴雷鋒網，他們研究課題的初衷就是看到了白內障病癥的嚴重性，目前白內障是人類致盲的主要疾病之一，每年有超過2000萬人次接受白內障手術，但是目前很多醫學院以及研究機構對初學的主刀學生的訓練卻有很多的弊端。
目前市面上有很多對醫科學生進行手術訓練的方式，比較出名的幾家就是EYESi、INRIA和HelpMeSee。他們對白內障手術的訓練方式都很成熟，但是都有一些不足的地方。比如EYESi的手術訓練系統是依靠眼睛模型下面的三顆攝像頭來監測手術刀的運行軌跡，此外，它需要大量的傳感器，包括在手術刀上也有一些識別系統，來記錄練習的數據等等，這樣就增加了訓練系統的制作難度以及成本。INRIA的訓練系統也是虛擬現實的手術訓練系統，里面會有很多工具和Mark點，這些工具看起來比較雜亂，容易對學生產生干擾。HelpMeSee他們的手術系統很成熟，并且過于成熟，在手術訓練時并沒有規定一個固定的訓練點（比如從哪下刀），隨機性很大，非常考驗學生在手術訓練中的應變能力，對需要大量訓練的醫科生很不友好。
更重要的一點是，目前市面上大部分的手術訓練系統都是采用了虛擬現實的方式，也就意味著所有的東西都是假的，這樣的訓練效果肯定不會特別的理想。
根據臺灣大學的這幾個學生介紹，他們的手術模擬系統更多采用了增強現實的方式，訓練效果更好。
雷鋒網對這個系統進行了親身體驗。整個機器的構造大概是這樣：HTC Vive連接一個顯微鏡，作為主要的觀察口，顯微鏡下方有一個半臉的人眼模型，沒有真正的眼珠，取而代之的是一個圓圈。這個圓圈跟眼珠一樣大，是用來模擬眼珠位置的，圓圈旁邊有一個凹槽，據介紹，這個凹槽是為了固定手術針，因為手術時需要盡量的減小傷口面積，所以找一個固定的點來進行訓練能讓訓練者的手更穩。像之前所說的HelpMeSee的訓練方式就沒有考慮到這一點。
在進行手術訓練時，眼睛貼近虛擬頭顯，在頭顯畫面里，那個半臉的人眼模型就變成了真實的眼珠，訓練者需要去完成相應的任務才算訓練結束。
任務分三個階段：
第一階段：移動目標點。在虛擬眼睛周圍會出現多個小白點，眼睛正中間是一個小紅點，訓練者需要操作手術針頭來移動四周的白點，使其與紅點重合，主要練習手術時針頭在眼球內自由移動的能力。
第二階段：畫圈。這個階段，頭顯的畫面會在虛擬眼球周圍顯示一個圓形軌跡，訓練者需要拿著針頭按照這個圓圈劃線，主要訓練割角膜的過程。這個看似簡單，但由于研究的區域非常小，所以對訓練者運動針頭時的穩定性有很高要求，不然就會變成下圖的樣子。
第三階段：轉動眼球。關于白內障的具體手術方法雷鋒網不甚詳解，但是據該項目的研究學生介紹，這個階段是需要操作者用針頭對眼球進行相應的轉動處理，這個動作也是最難的一個。
臺灣大學的幾個研究生告訴雷鋒網，目前該手術訓練系統的任務只有這三個階段，因為開發只是剛剛開始，手術需要很多的動作訓練，僅僅這三個是遠遠不夠的，以后他們會針對這個系統繼續改進和完善，增添更多的訓練動作。
目前該系統剛剛被研發出來，還沒有相關醫科學員采用，不過研發人員們表示，最近已經開始跟一些醫科學校進行接洽和討論，等時機成熟會提供給他們使用。
針對手術模擬系統，雷鋒網還專門詢問了目前正在哈醫大讀研的同學，該同學表示，這個系統確實有一定的必要性，但是在國內的醫院還很難見到。
不只是針對眼科，我覺得對所有的手術來說，這個系統都應該被廣泛應用，但是現在來看并不是很現實。因為現在像我們這種醫學研究生（他是外科）都已經直接上一線了，上級在手術時我們就在一邊觀摩，等看得差不多了，我們就會直接在臨床上給人手術，并沒有提前訓練這一環節（要說有的話，在本科時做過模型的手術操作，比如縫合等），一般都是不太嚴重的手術，并且有老師、學長等上級在旁邊指導，并不會出什么問題，練幾例就沒什么問題了。
而且手術這件事本身很復雜，比如你要做一個精細的手術，這個手術就會有很多步驟，新生練習都是從只做一個步驟開始，慢慢的學。照目前的學習狀況來看，并沒有引用虛擬手術系統的必要，因為一線有大量的實例可以操作。
不過，如果這種手術模擬系統能夠普及，也未嘗不是好事，因為像之前說的，一個真正醫生的成長就是一個步驟一個步驟的來，不停地看，不停地學習才行，在這個過程中只有培訓你的人覺得你靠譜了才會讓你上手術臺，因此在學習過程中有很長一段時間都沒有直接動手實操的機會。也就是為什么培養一個好的外科醫生需要十幾年甚至幾十年，這個模擬系統如果靠譜，就能大大的縮短這個時間，這對醫生隊伍人才的培養還是大有好處的。
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