一、建設必要性
借助VR手術模擬器進行手術訓練及規劃，可降低手術訓練以及治療的成本和風險，減少醫生在訓練教學中對動物和尸體的依賴，提高臨床醫學診斷、治療的技能和精度，使得高難度手術得以更快地普及，減輕患者的治療痛苦，縮短滯院時間，降低醫療支出。
作為承載“VR＋醫療”的重要技術載體，VR醫療手術虛擬仿真系統可以在醫學教育培訓、術前規劃、術中導航和新式醫療技術的轉化等多層次中應用實踐。通過Unity構建3D環境和實驗室物品、人體 3D 建模，并將手術操作的流程融入其中，使用戶能夠更直觀、低成本的完成相關手術的學習及實操訓練等。
二、系統概述
隨著虛擬仿真技術的發展，虛擬仿真教學在教育領域發揮著越來越重要的作用，其突出特點是能夠將不易講清楚的原理、操作等，以直觀的方式展現出來，并可進行三維旋轉、縮放、專用操作等虛擬互動，提升教學效果。光無際的VR醫療手術虛擬仿真系統，主要運用VR技術，對典型醫療手術以三維虛擬仿真形式進行虛擬情景再現，對醫療手術的目標結構、醫療原理、手術操作等進行交互式演示與訓練，實現沉浸式、自主式學習，有效提升學習效果。
三、內容介紹
光無際VR手術仿真系統是一款全面、高度定制的醫學培訓工具，旨在提高醫生和醫學專業人員的手術技能和認知水平。系統集成了漫游認知、術前學習、手術實操、要點考核監控和輔助功能等多個模塊，以全面模擬真實手術環境，為用戶提供高度沉浸式的培訓體驗。
漫游認知模塊涵蓋了場景、儀器和工具的認知，使用戶能夠在虛擬環境中熟悉手術場景、儀器設備及各類手術工具。術前學習模塊專注于手術前的準備工作，包括手術區消毒、手術刷手法、鋪巾、穿無菌手術衣等步驟，確保用戶在實際手術操作前具備充分的準備知識。
手術實操模塊提供多種手術場景，包括清創術、環甲膜穿刺術、氣管切開術、脾切除術和腸吻合的縫合，使用戶能夠在虛擬環境中進行真實的手術操作，提高其實際操作技能。要點考核監控模塊通過理論考核、操作考核和實驗報告，對用戶的學習成果進行全面評估。
輔助功能方面，系統提供了系統設置、系統幫助和語音提示等功能，以增強用戶體驗和提供更個性化的培訓服務。
手術仿真系統為醫學專業人員提供了一種先進、高效的培訓方式，通過全面模擬手術環境，使用戶能夠在虛擬場景中不斷提升手術技能和認知水平，為實際臨床工作打下堅實基礎。
（一）漫游認知模塊
場景認知模塊：醫生可以在手術室中漫游，包括護士臺、緩沖間、更衣間、洗手間和手術室等區域。通過虛擬漫游，醫生能夠觀察手術室的細節，如照明、患者床位位置等，以提高在實際手術中的環境熟悉度。系統高亮顯示關鍵區域，加強對整個手術室的認知。
儀器認知模塊：涵蓋了手術室內的各種醫療儀器，包括呼吸機、無影燈、手術床、微波治療儀、心電圖分析儀、輸液泵、麻醉機、多普勒超聲波診斷儀、C型臂等。醫生通過交互式操作深入了解每種儀器的結構和操作方式，系統高亮顯示每個儀器，提供實際使用體驗。
工具認知模塊：包含手術中常用的各種工具，如氣管套管、手術刀、組織鉗、持針鉗、止血鉗、氣管擴張鉗、帕巾鉗、組織剪、甲狀腺組織拉鉤、敷料鑷等。醫生通過虛擬交互操作模擬使用每個工具，系統提供詳細介紹和高亮顯示，增強對工具的實際認知和操作技能。
（二）術前學習模塊
手術區消毒：醫生在虛擬環境中進行手術區消毒，系統可能提供實時反饋，確保醫生掌握正確的消毒手法。模塊中的每個步驟和工具都被高亮顯示，醫生可以通過交互操作模擬執行，系統提供實時反饋和評估。
手術刷手法：醫生模擬正確的刷手過程，系統可能突出顯示每個步驟的關鍵點，并提供指導以確保無菌操作。每個步驟高亮顯示，醫生可以通過交互操作模擬執行，系統提供實時指導和評估。
鋪巾：醫生在虛擬手術臺上鋪設巾，系統模擬布料的擺放方式，確保醫生按照正確的步驟進行操作。模塊中的每個步驟都被高亮顯示，醫生可以通過交互操作模擬執行，系統提供實時反饋和評估。
穿無菌手術衣：醫生學習如何穿戴無菌手術衣，系統可能提供實時模擬，確保醫生能夠正確而迅速地完成操作。每個步驟高亮顯示，醫生可以通過交互操作模擬執行，系統提供實時指導和評估。
（三）手術實操模塊
清創術：在手術實操模塊中，醫生模擬清創術，系統提供虛擬傷口、手術工具，以及實時反饋，幫助醫生練習清潔和準備手術區域的技能。每個步驟和工具都被高亮顯示，醫生可以通過交互操作模擬手術，系統提供實時的指導和評估。
環甲膜穿刺術：手術實操模塊涵蓋了環甲膜穿刺術，醫生進行虛擬的環甲膜穿刺手術，系統提供模擬的患者解剖圖像，幫助醫生掌握正確的穿刺技術。每個步驟和工具高亮顯示，醫生可以通過交互操作模擬手術，系統提供實時的指導和評估。
喉管切開術：手術實操模塊中包括氣管切開術，醫生模擬緊急情況下的喉管切開手術，系統提供虛擬患者的生理指標，幫助醫生迅速而準確地進行喉管管理。每個步驟和工具高亮顯示，醫生可以通過交互操作模擬手術，系統提供實時的指導和評估。
脾切除術：手術實操模塊中包括脾切除術，醫生進行虛擬的脾切除手術，系統模擬實際手術中的各個步驟，包括切除和止血技術。每個步驟和工具高亮顯示，醫生可以通過交互操作模擬手術，系統提供實時的指導和評估。
腸吻合的縫合：手術實操模塊中涵蓋腸吻合的縫合過程，醫生模擬腸道手術中的縫合過程，系統提供虛擬的腸道組織和多種縫合技術，以幫助醫生提高縫合技能。每個步驟和工具高亮顯示，醫生可以通過交互操作模擬手術，系統提供實時的指導和評估。
（四）理論考核模塊
理論考核：模塊通過簡單（10套選擇題）、中等（20套選擇題）、困難（50套選擇題）共三種難度進行考核。系統會彈出理論考核題目，用戶需選擇對應答案，系統會檢索預置的正確答案并與提交結果。
四、系統優勢
安全性： 手術仿真系統提供虛擬環境，讓醫生在沒有實際患者的情況下進行訓練，降低了實際手術中可能帶來的風險，保障患者的安全。醫生能夠在虛擬場景中嘗試新技術、磨練操作技能，而無需擔心患者的生命安危。
全面模擬： 涵蓋了漫游認知、術前學習、手術實操等多個模塊，全面模擬了手術前、手術中的各個環節。漫游認知模塊通過場景、儀器和工具認知，使培訓更貼近實際手術操作。手術實操模塊提供多樣化的手術場景，使醫生能夠全面提高在各種手術操作中的熟練度。
個性化學習： 通過要點考核監控模塊，系統根據醫生的學習情況提供個性化的反饋和指導。這有助于醫生更有針對性地提高弱項，促使他們在培訓過程中獲得更為有效的學習經驗。
效率提升： 系統的輔助功能，如語音提示和系統設置，提高了培訓的效率。醫生能夠更專注于手術技能的提升，而不被不必要的學習曲線阻礙。
實時反饋： 提供實時的反饋系統，讓醫生能夠及時了解自己的操作準確性和效果。這種實時性的反饋有助于醫生在培訓中不斷調整、改進手術技能，提高操作的精準性。
多樣化手術場景： 包括清創術、環甲膜穿刺術、氣管切開術等多種手術場景，使醫生能夠接觸不同類型的手術，提高其全面應對各種情況的能力。這種多樣性有助于培養醫生的綜合應變能力，使其更具備面對各種臨床挑戰的信心。
迭代更新： 具備系統升級和更新的能力，保持與最新醫學知識和技術的同步。系統不僅提供初始的培訓體驗，還隨時更新以反映醫學領域的最新進展，確保醫生能夠始終處于專業的前沿水平。
五、功能應用
（一）提升戰地醫療人員的手術技能
模擬復雜手術場景：VR外科手術訓練系統可以模擬戰地環境中常見的創傷性手術，如槍傷、爆炸傷、燒傷等，幫助醫療人員在虛擬環境中反復練習手術操作，提高應對復雜傷情的能力。
實時反饋與評估：系統能夠提供實時的操作反饋，幫助醫療人員糾正錯誤，改進技術。例如，系統可以評估縫合的精準度、止血的效率等，確保醫療人員在真實手術中能夠更加熟練和高效。
（二）增強戰場急救能力
高壓環境訓練：VR系統可以模擬戰場上的高壓環境，如槍聲、爆炸聲、時間壓力等，幫助醫療人員在心理和生理上適應戰場條件，提升在極端環境下的急救能力。
團隊協作訓練：通過VR系統，醫療團隊可以進行協同訓練，模擬戰地救援中的分工合作，提高團隊的整體應急反應能力。
（三）優化軍事醫療資源配置
降低訓練成本：傳統的戰地醫療訓練需要消耗大量的醫療資源（如尸體、動物模型等），而VR系統可以大幅降低這些成本，同時減少對真實資源的依賴。
遠程培訓與支持：VR技術可以支持遠程醫療培訓，專家可以通過虛擬環境對偏遠地區的醫療人員進行指導，提高整體醫療水平。
（四）支持軍事醫學研究
新手術技術驗證：VR系統可以用于驗證新的戰地手術技術和設備，幫助研究人員在虛擬環境中測試其可行性和有效性，減少對真實患者的風險。
數據收集與分析：系統可以記錄醫療人員的操作數據，用于后續的分析和研究，幫助改進訓練方法和手術技術。
（五）心理適應與創傷后應激障礙（PTSD）預防
心理脫敏訓練：通過反復暴露于虛擬的戰場環境中，醫療人員可以逐漸適應戰場的高壓和創傷場景，減少真實戰場中的心理沖擊，降低PTSD的發生風險。
六、運行環境
PICO4產品配置達到行業領先水平。全系搭載高通驍龍XR2處理器，體驗流暢；Pancake折疊光路設計讓設備更輕，不含綁帶和電池的重量僅相當于一罐可樂，前后平衡分布的設計也極大提升了佩戴舒適性；4K+超視感屏和105°超大視角的畫面表現極佳，HyperSense振感手柄有著逼真靈動的振感反饋，6DoF空間頭手定位讓設備精準識別，支持裸手交互，更具沉浸感。 瞳距調節升級為無級調節。
七、未來發展趨勢
未來手術仿真系統將更深度地整合虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術，為醫生提供更逼真、沉浸的培訓體驗。這將包括更先進的三維圖像、交互式元素和實時模擬，使醫學專業人員能夠更好地感知和處理復雜的醫療情境，其中結合其他先進技術將具有以下拓展方向。
人工智能的應用：隨著人工智能（AI）技術的不斷進步，未來的手術仿真系統將更加智能化。AI可以用于提供個性化的培訓路徑、實時的智能輔助和基于數據的反饋，以幫助醫生更好地理解和改善其技能。
云端服務和協作：未來的系統將更加倚重云端服務，醫學專業人員可以通過云平臺實時分享、存儲和獲取模擬手術數據。同時，這也將促使全球范圍內的醫學專業人員進行協作，共同提升培訓水平。
跨學科培訓：未來的手術仿真系統將不僅僅局限于手術技能的培訓，還將擴展至跨學科培訓，包括團隊協作、溝通技能等方面，以更好地應對復雜的醫療環境。
個性化學習路徑：基于學員的學習風格、水平和需求，未來的系統將提供更為個性化的學習路徑。這意味著醫學專業人員可以根據自身需求選擇特定的培訓模塊，使培訓更加靈活和有效。
虛擬手術團隊：未來的發展可能涉及到虛擬手術團隊的培訓，醫學專業人員可以在虛擬環境中模擬與其他醫療團隊成員的協作，提高團隊協同效能。
遠程培訓和協作：隨著通信技術的進步，未來的手術仿真系統將支持遠程培訓和協作，醫學專業人員可以通過互聯網參與實時的虛擬手術培訓，促進全球醫學專業人員之間的知識分享和協同工作。
個體化反饋機制：針對個體差異，未來的系統將進一步改進反饋機制，基于生物反饋和學習分析，為每位醫學專業人員提供更加個體化、精準的評估和反饋，以更有效地促進其專業發展。
仿真手術工具的進步：隨著材料科學和工程技術的發展，未來仿真手術器械將更加逼真，包括具有真實手感和生理特征的仿真工具，使醫學專業人員能夠更貼近實際手術操作。
教育生態系統的建設：未來手術仿真技術可能成為更大教育生態系統的一部分，與醫學院校、醫療機構和行業協會合作，共同建立更全面、可持續的醫學培訓體系，為醫學專業人員提供更為豐富的學術資源和支持。
實時數據分析和挖掘：利用大數據和實時數據分析技術，未來的系統將能夠更深入地挖掘醫學專業人員的培訓數據，為培訓提供更精準的調整和改進方案，從而不斷優化培訓效果。
仿真技術的蓬勃發展正在各個領域掀起一場技術革命。在醫學領域，手術仿真訓練通過虛擬手術臺、患者模型和實時反饋系統，提供了醫生在虛擬環境中進行大量實際手術操作的機會，極大地提高了醫生的技術水平和應對復雜病例的能力，從而減少了患者的手術風險。
