VR技術(shù)在耳部解剖學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

侯煒

VR技術(shù)是將計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、廣角立體顯示技術(shù)等多種技術(shù)融合在一起，在《虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)：形而上的終極再創(chuàng)造》中“以虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等人工智能技術(shù)作為媒介手段加以運(yùn)用的藝術(shù)形式”稱之為虛擬現(xiàn)實(shí)藝術(shù)，簡(jiǎn)稱VR藝術(shù)[1]。VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，可以建立虛擬人體模型，并借助跟蹤球、感覺手套、HMD充分了解內(nèi)部各個(gè)器官的結(jié)構(gòu)。相比較傳統(tǒng)的教科書式的學(xué)習(xí)更加有效，同時(shí)不受場(chǎng)地、標(biāo)本等的限制，應(yīng)用起來方便快捷。目前在國(guó)內(nèi)采用的標(biāo)本主要是塑膠或者是人體標(biāo)本。塑膠標(biāo)本容易損壞，仿真度差，達(dá)不到理想的效果；人體標(biāo)本來源有限，資源稀缺[2]。標(biāo)本的缺失已經(jīng)影響到了教學(xué)的質(zhì)量。VR技術(shù)的應(yīng)用剛好緩解了標(biāo)本缺失的現(xiàn)狀，進(jìn)一步提高了教學(xué)的質(zhì)量。

1 VR技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR技術(shù)）具有交互性，是利用人體的各項(xiàng)感官包括：聽覺、嗅覺、視覺等體驗(yàn)虛擬世界，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺，最大程度的保證了事物的還原性、真實(shí)性，達(dá)到高仿的地步，從而幫助人們獲取信息。VR技術(shù)是傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像技術(shù)等多種技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物?？偟膩碚f，虛擬技術(shù)是在多維度空間里對(duì)事物進(jìn)行建模，幫助人們獲取新的信息。VR技術(shù)主要具有以下4個(gè)特征：（1）交互性。人們可以通過虛擬世界與虛擬世界的東西進(jìn)行交互[3]；（2）構(gòu)想性。主要通過對(duì)虛擬事物的操作，提高對(duì)事物的認(rèn)知，從而促進(jìn)概念的形成以及認(rèn)識(shí)；（3）沉浸性。由于虛擬世界的高仿性，人們沉浸在這種環(huán)境里。VR技術(shù)充分發(fā)揮參與者的各項(xiàng)感官功能，全方位的啟發(fā)人們的思維；（4）多感知性。VR技術(shù)是三維立體的，并通過聲音、圖片、觸摸等方式進(jìn)行感知，充分調(diào)動(dòng)了視覺、聽覺、觸覺等進(jìn)行感知。

2 VR技術(shù)在耳部解剖實(shí)踐的條件

要想建立虛擬的耳部解剖模型，除了硬件與軟件之外，還需要對(duì)耳部的構(gòu)造有所了解。

2.1 硬件與軟件

硬件主要是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)備、人機(jī)交互設(shè)備、中央處理設(shè)備等。軟件主要包括虛擬現(xiàn)實(shí)顯示軟件、平臺(tái)開發(fā)軟件以及系統(tǒng)軟件等。目前的虛擬系統(tǒng)主要有共享型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，主要是用戶在同一個(gè)虛擬空間中進(jìn)行操作，達(dá)到相互合作，共同研究的目的[4]；其次是桌面虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，上手快，但容易受到周圍的環(huán)境的影響，再者是沉浸式虛擬系統(tǒng)，通過進(jìn)入到一個(gè)封閉的虛擬空間中，進(jìn)行操作，給人一種很逼真的感覺，但是操作難度較大，實(shí)用比較麻煩[5]。

2.2 耳部的構(gòu)造

耳主要包括外耳、中耳、內(nèi)耳。外耳由外耳道和耳廓組成。外耳道上的腺體以及耳毛能夠阻擋外界異物，外耳道是一條彎曲的管道，由軟骨部與骨部組成。外耳道與中耳以鼓膜為界限，外界的刺激使得鼓膜振動(dòng)。中耳由鼓室、咽鼓管等組成。內(nèi)耳由前庭、耳蝸、半規(guī)管3個(gè)部分組成，由一系列管腔組成，稱之為迷路。聽覺感受器就位于耳蝸。外界的刺激通過耳廓進(jìn)行搜集，經(jīng)過外耳道傳到鼓膜，使得鼓膜振動(dòng)，振動(dòng)繼續(xù)傳導(dǎo)，傳到聽小骨之后，通過聽骨鏈?zhǔn)沟谜駝?dòng)力量加強(qiáng)，接著引起耳蝸內(nèi)淋巴振動(dòng)，刺激位于內(nèi)耳的聽覺感受器，感受器產(chǎn)生的神經(jīng)沖動(dòng)通過耳蝸神經(jīng)傳導(dǎo)到的大腦的聽覺中樞，隨之產(chǎn)生聽覺。金艷、王海[6]認(rèn)為在進(jìn)行虛擬模型的建立的時(shí)候，可以創(chuàng)建整體三維模型，對(duì)可剖分實(shí)體，應(yīng)以剖切面為界分2個(gè)部分處理，對(duì)于裝配形體，復(fù)雜組合形體，應(yīng)分別創(chuàng)建組成部分。因此在進(jìn)行耳部解剖的虛擬模擬的建立的時(shí)候，首先要分清哪些為可剖分實(shí)體、應(yīng)以剖切面。

3 VR技術(shù)在耳部解剖學(xué)習(xí)中的應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

耳部的生理學(xué)形態(tài)、生理功能、解剖形態(tài)，以及外耳、中耳、內(nèi)耳各個(gè)組織之間的關(guān)系都是解剖學(xué)當(dāng)中的難點(diǎn)，通過耳部三維數(shù)字化的模型的建立，較少成本以及模型的耗費(fèi)，不僅能夠減少資源的浪費(fèi)，還能更進(jìn)一步的加強(qiáng)對(duì)耳部解剖形態(tài)的進(jìn)一步研究。

3.1 避免有害氣體的危害

各種人體標(biāo)本所用的尸體都是經(jīng)過福爾馬林等防腐劑的處理進(jìn)行保存，福爾馬林氣味刺鼻，而且富含致癌物質(zhì)。在耳部解剖學(xué)習(xí)中不僅對(duì)人的鼻腔造成損害，還會(huì)使得眼睛結(jié)膜產(chǎn)生不適應(yīng)。通過VR虛擬技術(shù)的應(yīng)用，避免了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)中這些標(biāo)本造成的傷害，減少了致癌物質(zhì)對(duì)人體的影響。

3.2 提升學(xué)習(xí)的興趣

靜態(tài)的事物往往不容易引起人們的興趣，可聽、可看、可動(dòng)的事物更容易引起人們的興趣。在傳統(tǒng)的耳部解剖學(xué)習(xí)中，呈現(xiàn)在面前的就是耳部的平面圖，當(dāng)鼓膜受到刺激的時(shí)候靜態(tài)并不能很好地表現(xiàn)出來，VR技術(shù)在耳部解剖的學(xué)習(xí)中充分利用動(dòng)畫、視頻功能達(dá)到聲形俱佳的狀態(tài)，能夠生動(dòng)形象的表示出鼓膜的震動(dòng)，聽覺的形成。增加了耳部學(xué)習(xí)的趣味性，加強(qiáng)對(duì)耳部生理結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)可以通過動(dòng)態(tài)的模擬聽覺的形成過程，進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)耳部的學(xué)習(xí)，把以往單純的文字、圖片轉(zhuǎn)換成立體動(dòng)態(tài)的，生動(dòng)形象的展示耳部的解剖圖，提升學(xué)習(xí)以及探索的興趣，從而發(fā)覺其中的知識(shí)點(diǎn)[7]。

3.3 提升耳部學(xué)習(xí)質(zhì)量

通過VR虛擬技術(shù)，解決標(biāo)本缺失的問題。同時(shí)可以多角度多層次的進(jìn)行觀察。耳部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如鼓膜與聽小骨、鼓室之間的位置，之間的聯(lián)系，聽覺神經(jīng)的分布以及傳導(dǎo)通路，在學(xué)習(xí)中通過VR虛擬技術(shù)進(jìn)行耳部立體模型的構(gòu)建，充分展示耳部的立體構(gòu)象，幫助學(xué)習(xí)，加深印象，從整體再到局部進(jìn)行充分的展示。鼓膜、聽小骨、前庭、耳蝸的位置關(guān)系，并從不同的角度進(jìn)行反映出來，將抽象的事物具體化，靜態(tài)的事物動(dòng)態(tài)化，復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化。孫兵等[3]認(rèn)為虛擬技術(shù)能夠?qū)⒊訏呙?、影像?shù)據(jù)以及三維重建技術(shù)等結(jié)合在一起，為人體解剖提供了依據(jù)，并通過虛擬仿真技術(shù)對(duì)靜脈進(jìn)行解剖，為手術(shù)選擇了合適的手術(shù)入路。高璐[8]認(rèn)為虛擬解剖更能直觀的看清各器官的病理生理性變化，并且不需要觸摸尸體， 不破壞器官組織結(jié)構(gòu)并能夠提供3D結(jié)構(gòu)，并對(duì)一些肉眼看不到的不能顯示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大。適合對(duì)像耳部這類復(fù)雜精細(xì)的器官進(jìn)行解剖檢驗(yàn)。

4 VR技術(shù)在耳部解剖學(xué)習(xí)中應(yīng)用的劣勢(shì)

4.1 VR技術(shù)模擬耳部不能完全達(dá)到真正立體

VR技術(shù)雖然是高仿的，但并不能全部代替真實(shí)標(biāo)本，和真實(shí)的耳部標(biāo)本有所區(qū)別，在學(xué)習(xí)的過程中不能夠進(jìn)一步真實(shí)的感受。虛擬技術(shù)雖然是三維立體的，但是也是通過圖片進(jìn)行建立，并不能達(dá)到真正意義上的立體。人體的器官雖然大同小異但是存在明顯的個(gè)體差異[9]。在進(jìn)行耳部解剖學(xué)習(xí)中，并不像VR技術(shù)中那樣干凈整潔，即使在理論上通過VR技術(shù)了解了耳部的生理構(gòu)造，但是在耳部解剖的實(shí)際操作中，可能出現(xiàn)不知所措的現(xiàn)象。郝海峰[10]認(rèn)為虛擬模擬不能全部代替親手解剖，和真實(shí)的人體構(gòu)造存在本質(zhì)上的區(qū)別，在實(shí)際的解剖過程中對(duì)實(shí)際部位的辨認(rèn)分析，往往達(dá)不到熟練的要求。

4.2 VR技術(shù)在進(jìn)行耳部模擬時(shí)技術(shù)要求高

VR技術(shù)含量較高，在進(jìn)行耳部圖像處理的時(shí)候，通常需要利用PPT、3DMAX進(jìn)行圖像的處理，如果不是專業(yè)的人士，在進(jìn)行虛擬模擬耳部構(gòu)造的時(shí)候可能出現(xiàn)偏差，圖像失真，或者做出來的圖像跟想象中耳部構(gòu)造不一。醫(yī)學(xué)專業(yè)人員對(duì)耳部的構(gòu)造很熟悉，在對(duì)耳部解剖也能熟練的掌握，但利用VR技術(shù)進(jìn)行虛擬模擬就可能出現(xiàn)一定的問題。這就要求不僅需要對(duì)VR技術(shù)進(jìn)行掌握，還需要更進(jìn)一步的對(duì)耳部或者人體的其他器官有所了解。

5 結(jié)論

在人體解剖的學(xué)習(xí)中用的較多的就是書本上實(shí)際的靜態(tài)圖，或者是根據(jù)多媒體進(jìn)行探討，又由于實(shí)際標(biāo)本的有限，且又受場(chǎng)地、時(shí)間、空間等的限制，再加上耳部的解剖結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在實(shí)際的操作中很難從單一的標(biāo)本二維圖像進(jìn)行分析探討，尤其對(duì)一些空間立體感較差的人，在學(xué)習(xí)的過程中，很難將抽象的事物進(jìn)行具體化，這就給耳部的研究帶來了極大的不便，因此在實(shí)際的操作中需要揚(yáng)長(zhǎng)避短充分發(fā)揮VR技術(shù)的長(zhǎng)處，合理科學(xué)的應(yīng)用，促進(jìn)耳部以及人體解剖的學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

[1]湯可，鮑圣德，周敬安，等. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)量化經(jīng)額入路顯露海綿竇區(qū)顯微解剖研究[J]. 中國(guó)現(xiàn)代神經(jīng)疾病雜志，2011，11（6）：590-594.

[2]鄢思倩，劉力. 虛擬解剖技術(shù)在溺死檢驗(yàn)中的研究進(jìn)展[J]. 刑事技術(shù)，2016，41（1）：13-15.

[3]孫兵，楊德林，顧士欣，等. 三維仿真技術(shù)虛擬labbé靜脈解剖在神經(jīng)外科手術(shù)中的應(yīng)用[J]. 臨床神經(jīng)外科雜志，2008，5（2）：61-63.

[4]李世清，王守森，高進(jìn)喜，等. 竇匯區(qū)影像解剖的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究[J]. 中國(guó)臨床解剖學(xué)雜志，2014，32（1）：26-30.

[5]焦培峰，張美超，李本富. 基于Virtools虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維解剖圖譜開發(fā)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014，36（8）：1555-1559.

[6]金艷，王海. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在解剖實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用與研究[J]. 中國(guó)社區(qū)醫(yī)師（醫(yī)學(xué)專業(yè)），2011，13（2）：239-240.

[7]范敏，戴培山. 人體解剖生理學(xué)課程引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教改探索[J]. 科教文匯（下旬刊），2014（10）：103-104，111.

[8]高璐，張曉紅，金海威，等. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在口腔頜面部解剖及三維數(shù)字模型構(gòu)建中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)組織工程研究，2015，19（46）：7492-7497.

[9]王濤，張步彩，程漢，等 高職動(dòng)物解剖虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)與數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)踐[J]. 黑龍江畜牧獸醫(yī)，2014（22）：117-119.

[10]郝海峰. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的利弊分析[J]. 基層醫(yī)學(xué)論壇，2009，13（2）：59-60.