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在VR中主刀一场白内障手术是一种什么样的体验|SIGGRAPH Asia 2016

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摘要:现代科学技术的发展越来越体现多门学科的交叉和渗透,拿最经典的医学来讲,目前整个医学学科中就包含了大量的不同的学科元素:机器人、生物力学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机械力学、材料学等等,其中错综复杂的学科交汇形成了一个独立的研究领域:虚拟手术(Virtual Surgery-VS)。当下关于虚拟手术系统的研究方向有很多,比如医学可视化(Medical Visualization)、医学增强现实(Medical augmented Reality)、

现代科学技术的发展越来越体现多门学科的交叉和渗透,拿最经典的医学来讲,目前整个医学学科中就包含了大量的不同的学科元素:机器人、生物力学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机械力学、材料学等等,其中错综复杂的学科交汇形成了一个独立的研究领域:虚拟手术(Virtual Surgery-VS)。当下关于虚拟手术系统的研究方向有很多,比如医学可视化(Medical Visualization)、医学增强现实(Medical augmented Reality)、医用机器人、图象引导手术(Image Guided Surgery)、计算机辅助手术(Computer Aided Surgery,Computer Assisted Surgery)以及手术模拟(Surgery Simulation)等。

在VR中主刀一场白内障手术是一种什么样的体验|SIGGRAPH Asia 2016

根据以上的研究来说,手术模拟算是目前虚拟手术研究方向不太重视的一个领域,其大部分研究的主要作用除了研究手术方法等学术用途之外,就是建立一个模拟的系统让医学院正在学习的医科生进行手术练习。在Siggraph Asia 2016会议的VR Showcase的展览会场上,雷锋网看到了一个用虚拟现实技术结合的手术模拟系统,这个系统能让用户练习如何做好一台眼科手术。

该系统使用了HTC Vive作为核心,在周边开发了一个手术硬件环境(增添了一个显微镜以及外接显示器等等),该系统来自于台湾大学的几个研究生的研究课题,主要利用混合现实建立一个白内障手术训练系统。

在VR中主刀一场白内障手术是一种什么样的体验|SIGGRAPH Asia 2016

参与这个课题的学生告诉雷锋网,他们研究课题的初衷就是看到了白内障病症的严重性,目前白内障是人类致盲的主要疾病之一,每年有超过2000万人次接受白内障手术,但是目前很多医学院以及研究机构对初学的主刀学生的训练却有很多的弊端。

目前市面上有很多对医科学生进行手术训练的方式,比较出名的几家就是EYESi、INRIA和HelpMeSee。他们对白内障手术的训练方式都很成熟,但是都有一些不足的地方。比如EYESi的手术训练系统是依靠眼睛模型下面的三颗摄像头来监测手术刀的运行轨迹,此外,它需要大量的传感器,包括在手术刀上也有一些识别系统,来记录练习的数据等等,这样就增加了训练系统的制作难度以及成本。INRIA的训练系统也是虚拟现实的手术训练系统,里面会有很多工具和Mark点,这些工具看起来比较杂乱,容易对学生产生干扰。HelpMeSee他们的手术系统很成熟,并且过于成熟,在手术训练时并没有规定一个固定的训练点(比如从哪下刀),随机性很大,非常考验学生在手术训练中的应变能力,对需要大量训练的医科生很不友好。

在VR中主刀一场白内障手术是一种什么样的体验|SIGGRAPH Asia 2016

更重要的一点是,目前市面上大部分的手术训练系统都是采用了虚拟现实的方式,也就意味着所有的东西都是假的,这样的训练效果肯定不会特别的理想。

根据台湾大学的这几个学生介绍,他们的手术模拟系统更多采用了增强现实的方式,训练效果更好。

雷锋网对这个系统进行了亲身体验。整个机器的构造大概是这样:HTC Vive连接一个显微镜,作为主要的观察口,显微镜下方有一个半脸的人眼模型,没有真正的眼珠,取而代之的是一个圆圈。这个圆圈跟眼珠一样大,是用来模拟眼珠位置的,圆圈旁边有一个凹槽,据介绍,这个凹槽是为了固定手术针,因为手术时需要尽量的减小伤口面积,所以找一个固定的点来进行训练能让训练者的手更稳。像之前所说的HelpMeSee的训练方式就没有考虑到这一点。

在VR中主刀一场白内障手术是一种什么样的体验|SIGGRAPH Asia 2016

在进行手术训练时,眼睛贴近虚拟头显,在头显画面里,那个半脸的人眼模型就变成了真实的眼珠,训练者需要去完成相应的任务才算训练结束。

任务分三个阶段:

第一阶段:移动目标点。在虚拟眼睛周围会出现多个小白点,眼睛正中间是一个小红点,训练者需要操作手术针头来移动四周的白点,使其与红点重合,主要练习手术时针头在眼球内自由移动的能力。

在VR中主刀一场白内障手术是一种什么样的体验|SIGGRAPH Asia 2016

第二阶段:画圈。这个阶段,头显的画面会在虚拟眼球周围显示一个圆形轨迹,训练者需要拿着针头按照这个圆圈划线,主要训练割角膜的过程。这个看似简单,但由于研究的区域非常小,所以对训练者运动针头时的稳定性有很高要求,不然就会变成下图的样子。

在VR中主刀一场白内障手术是一种什么样的体验|SIGGRAPH Asia 2016

第三阶段:转动眼球。关于白内障的具体手术方法雷锋网不甚详解,但是据该项目的研究学生介绍,这个阶段是需要操作者用针头对眼球进行相应的转动处理,这个动作也是最难的一个。

台湾大学的几个研究生告诉雷锋网(公众号:雷锋网),目前该手术训练系统的任务只有这三个阶段,因为开发只是刚刚开始,手术需要很多的动作训练,仅仅这三个是远远不够的,以后他们会针对这个系统继续改进和完善,增添更多的训练动作。

目前该系统刚刚被研发出来,还没有相关医科学员采用,不过研发人员们表示,最近已经开始跟一些医科学校进行接洽和讨论,等时机成熟会提供给他们使用。

针对手术模拟系统,雷锋网还专门询问了目前正在哈医大读研的同学,该同学表示,这个系统确实有一定的必要性,但是在国内的医院还很难见到。

不只是针对眼科,我觉得对所有的手术来说,这个系统都应该被广泛应用,但是现在来看并不是很现实。因为现在像我们这种医学研究生(他是外科)都已经直接上一线了,上级在手术时我们就在一边观摩,等看得差不多了,我们就会直接在临床上给人手术,并没有提前训练这一环节(要说有的话,在本科时做过模型的手术操作,比如缝合等),一般都是不太严重的手术,并且有老师、学长等上级在旁边指导,并不会出什么问题,练几例就没什么问题了。


而且手术这件事本身很复杂,比如你要做一个精细的手术,这个手术就会有很多步骤,新生练习都是从只做一个步骤开始,慢慢的学。照目前的学习状况来看,并没有引用虚拟手术系统的必要,因为一线有大量的实例可以操作。


不过,如果这种手术模拟系统能够普及,也未尝不是好事,因为像之前说的,一个真正医生的成长就是一个步骤一个步骤的来,不停地看,不停地学习才行,在这个过程中只有培训你的人觉得你靠谱了才会让你上手术台,因此在学习过程中有很长一段时间都没有直接动手实操的机会。也就是为什么培养一个好的外科医生需要十几年甚至几十年,这个模拟系统如果靠谱,就能大大的缩短这个时间,这对医生队伍人才的培养还是大有好处的。


信息来源:雷锋网


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