增強現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

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1、增強現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用馬麗娜李耘首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科要達(dá)到專業(yè)要求的高標(biāo)準(zhǔn)就需要在專門的培訓(xùn)環(huán)境中對受訓(xùn)者進(jìn)行訓(xùn)練。此外這種培訓(xùn)環(huán)境還應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)遷移:將在醫(yī)學(xué)培訓(xùn)中獲得的能力應(yīng)用于專業(yè)工作場所。增強現(xiàn)實（aug-mentedreality,AR）教育技術(shù)可以提供一個安全、合適和低成本的培訓(xùn)環(huán)境，可以在其中實施完全符合真實任務(wù)的培訓(xùn)U1。在這樣的可控環(huán)境中，學(xué)習(xí)者可以允許出現(xiàn)錯誤而不會產(chǎn)生任何不良后果，教師也可以專注于學(xué)習(xí)者而不是患者。這種學(xué)習(xí)環(huán)境還為學(xué)習(xí)者提供了即時學(xué)習(xí)和就地學(xué)習(xí)的機會。本文旨

2、在描述AR技術(shù)在典型的醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)中的應(yīng)用，以及其在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域屮廣泛應(yīng)用的潛力，報告如下。一、增強現(xiàn)實的概念A(yù)R被認(rèn)為是一種將計算機生成的對象和（或）虛擬內(nèi)容集成到現(xiàn)實世界中的技術(shù)，從而增強對現(xiàn)實的感知m。Azuma等位1提供了3個公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，表示八R系統(tǒng)作為系統(tǒng)要做到:真實和虛擬的結(jié)合、實時交互和三維注冊。AR被稱為有前途的教育技術(shù)U1，有助于促進(jìn)有意義的學(xué)習(xí)和遷移，且具有組織優(yōu)勢。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)為狂1:①增強（虛擬）部分可以將現(xiàn)實世界任務(wù)中不可見和模擬的和關(guān)3D信息、觸覺和其他方面可視化;②AR學(xué)習(xí)環(huán)境可以在

3、訓(xùn)練任務(wù)中提供必要的變化，包括支持學(xué)習(xí)真實的協(xié)作;③AR的實時交互性質(zhì)即時提供學(xué)習(xí)者反饋，可以隨時控制學(xué)習(xí)過程;④AR學(xué)習(xí)環(huán)境可以提供即時學(xué)習(xí)和就地學(xué)習(xí)等。二、增強現(xiàn)實的技術(shù)背景AR是將真實環(huán)境的視閣與額外的虛擬內(nèi)容組合，這種虛擬內(nèi)容可以吸引不同的感官，如視覺，聽覺，觸摸和嗅覺。虛擬內(nèi)容與真實世界的連接需要計算機設(shè)備及軟件應(yīng)用程序，然后通過連接該設(shè)備的一個顯示設(shè)備看到物理世界。0前，有許多硬件設(shè)備可以用于AR，最常用的是智能手機或平板電腦等手持設(shè)備，除此之外還有頭戴式顯示器（11MD）。11MD是將顯示設(shè)備安裝在頭

4、盔或眼鏡中，用戶在使用時將其戴在尖上，其優(yōu)點是顯示器停留在眼睛的前而，屬于沉浸式體驗,支持情境意識。GoogleGlass是HMD設(shè)備的一種,Rad-boud大學(xué)醫(yī)學(xué)中心、奈梅亨和阿姆斯特丹的學(xué)術(shù)醫(yī)療中心用其探索醫(yī)療保健和醫(yī)學(xué)教育可能帶來的附加值。AR系統(tǒng)所使用的硬件設(shè)備共同點是都具有處理器、相機、GPS、傳感器和（或）羅盤。為了能夠看到結(jié)合到物理世界的虛擬物體，必須使用專門安裝在設(shè)備上的軟件應(yīng)用程序。目前有兩種主要的AR軟件實現(xiàn)類型:基于標(biāo)記的AR系統(tǒng)和無標(biāo)記的AR系統(tǒng)。當(dāng)AR軟件應(yīng)用識別到目標(biāo)標(biāo)記或?qū)ο髸r，其會

5、生成增強的虛擬內(nèi)容并將該信息投影到所識別的對象上，用戶感覺到添加的信息真實存在于周圍環(huán)境中姐。三、增強現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用舉例1.人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用解剖學(xué)是醫(yī)學(xué)生的基礎(chǔ)課程，傳統(tǒng)解剖學(xué)教育是對尸體的解剖，解剖課程實操的價值在于其提供丫對包括觸覺學(xué)習(xí)體驗在N的人體解剖學(xué)的3D視圖，可進(jìn)一步闡述課堂和研宄中學(xué)到的知識，并且可以提供解剖結(jié)構(gòu)及其在整個生物體中和互關(guān)系的總體視角。然而這種教學(xué)形式成本高昂。而且到目前為止，沒有客觀的實踐證據(jù)能夠證實解剖課程對于學(xué)習(xí)解剖的有效性￡21。AR技術(shù)的可視化功能用于解剖教學(xué)

6、中可以實時顯示解剖時的3D渲染圖像，也可以實現(xiàn)其他感官體驗,如觸覺反饋等。AR系統(tǒng)提供這些可視化的實時操作和對學(xué)生的直接反饋，符合傳統(tǒng)解剖課技能訓(xùn)練的要求m。目前，有兒種AR系統(tǒng)已經(jīng)專門用于解剖教育。德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Blum等研發(fā)了魔鏡（￡Mira-cle）系統(tǒng)，用于木科解剖教育的AR系統(tǒng)m。學(xué)員站在電視屏幕前面，受試者的攝像機圖像跟鏡子一樣被水平翻轉(zhuǎn)并顯示在電視屏幕上，學(xué)員CT數(shù)據(jù)的一部分被虛擬添加到用戶的身體并顯示在電視屏幕上，從而使學(xué)員產(chǎn)生了可以看到他的身體內(nèi)的錯覺。而該系統(tǒng)基于手勢操作的用戶界面允許學(xué)生

7、實時操縱可視化的CT數(shù)據(jù)，他們可通過使用不同的手勢在矢狀、橫向和冠狀切片模式中滾動數(shù)據(jù)。增強現(xiàn)實技術(shù)在人體解剖學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢:①與傳統(tǒng)解剖材料相比，AR技術(shù)使用的材料如相機、電視等相對便宜;②與教科書描述和解剖結(jié)構(gòu)的獨立圖形呈現(xiàn)相比，它提供了更有趣的環(huán)境（整個人體）0虹。2.腹腔鏡技能培訓(xùn)中的應(yīng)用腹腔鏡手術(shù)對外科咲生在專注、集中力和執(zhí)行復(fù)雜的心理運動技能方面的要求較為苛刻，不但需要腹腔鏡儀器的高度自動化處理，還需要掌握該技術(shù)及其儀器的特性。AR技術(shù)可以應(yīng)用在腹腔鏡培訓(xùn)中，其支持這種具有訓(xùn)練場景的部分任務(wù)實踐，其允許

8、訓(xùn)練將不同運動能力和解剖結(jié)構(gòu)組合起來的特定外科手術(shù)。研宂發(fā)現(xiàn)，腹腔鏡手術(shù)的4個AR應(yīng)用的特征，表明了AR技術(shù)對學(xué)習(xí)的支持和優(yōu)勢［11］。在這種培訓(xùn)環(huán)境中，受訓(xùn)者可以使用與OR中和同的儀器訓(xùn)練某些腹腔鏡手術(shù)，并且可以訓(xùn)練更高級的復(fù)雜技能，教師可以用學(xué)習(xí)任務(wù)與演示視頻結(jié)合來記錄學(xué)員的表現(xiàn)。例如ProMTS系統(tǒng)將人體模型與筆記本電腦結(jié)合在一起，在人體模型內(nèi)使用跟蹤