一、建设必要性
借助VR手术模拟器进行手术训练及规划，可降低手术训练以及治疗的成本和风险，减少医生在训练教学中对动物和尸体的依赖，提高临床医学诊断、治疗的技能和精度，使得高难度手术得以更快地普及，减轻患者的治疗痛苦，缩短滞院时间，降低医疗支出。
作为承载“VR＋医疗”的重要技术载体，VR医疗手术虚拟仿真系统可以在医学教育培训、术前规划、术中导航和新式医疗技术的转化等多层次中应用实践。通过Unity构建3D环境和实验室物品、人体 3D 建模，并将手术操作的流程融入其中，使用户能够更直观、低成本的完成相关手术的学习及实操训练等。
二、系统概述
随着虚拟仿真技术的发展，虚拟仿真教学在教育领域发挥着越来越重要的作用，其突出特点是能够将不易讲清楚的原理、操作等，以直观的方式展现出来，并可进行三维旋转、缩放、专用操作等虚拟互动，提升教学效果。光无际的VR医疗手术虚拟仿真系统，主要运用VR技术，对典型医疗手术以三维虚拟仿真形式进行虚拟情景再现，对医疗手术的目标结构、医疗原理、手术操作等进行交互式演示与训练，实现沉浸式、自主式学习，有效提升学习效果。
三、内容介绍
光无际VR手术仿真系统是一款全面、高度定制的医学培训工具，旨在提高医生和医学专业人员的手术技能和认知水平。系统集成了漫游认知、术前学习、手术实操、要点考核监控和辅助功能等多个模块，以全面模拟真实手术环境，为用户提供高度沉浸式的培训体验。
漫游认知模块涵盖了场景、仪器和工具的认知，使用户能够在虚拟环境中熟悉手术场景、仪器设备及各类手术工具。术前学习模块专注于手术前的准备工作，包括手术区消毒、手术刷手法、铺巾、穿无菌手术衣等步骤，确保用户在实际手术操作前具备充分的准备知识。
手术实操模块提供多种手术场景，包括清创术、环甲膜穿刺术、气管切开术、脾切除术和肠吻合的缝合，使用户能够在虚拟环境中进行真实的手术操作，提高其实际操作技能。要点考核监控模块通过理论考核、操作考核和实验报告，对用户的学习成果进行全面评估。
辅助功能方面，系统提供了系统设置、系统帮助和语音提示等功能，以增强用户体验和提供更个性化的培训服务。
手术仿真系统为医学专业人员提供了一种先进、高效的培训方式，通过全面模拟手术环境，使用户能够在虚拟场景中不断提升手术技能和认知水平，为实际临床工作打下坚实基础。
（一）漫游认知模块
场景认知模块：医生可以在手术室中漫游，包括护士台、缓冲间、更衣间、洗手间和手术室等区域。通过虚拟漫游，医生能够观察手术室的细节，如照明、患者床位位置等，以提高在实际手术中的环境熟悉度。系统高亮显示关键区域，加强对整个手术室的认知。
仪器认知模块：涵盖了手术室内的各种医疗仪器，包括呼吸机、无影灯、手术床、微波治疗仪、心电图分析仪、输液泵、麻醉机、多普勒超声波诊断仪、C型臂等。医生通过交互式操作深入了解每种仪器的结构和操作方式，系统高亮显示每个仪器，提供实际使用体验。
工具认知模块：包含手术中常用的各种工具，如气管套管、手术刀、组织钳、持针钳、止血钳、气管扩张钳、帕巾钳、组织剪、甲状腺组织拉钩、敷料镊等。医生通过虚拟交互操作模拟使用每个工具，系统提供详细介绍和高亮显示，增强对工具的实际认知和操作技能。
（二）术前学习模块
手术区消毒：医生在虚拟环境中进行手术区消毒，系统可能提供实时反馈，确保医生掌握正确的消毒手法。模块中的每个步骤和工具都被高亮显示，医生可以通过交互操作模拟执行，系统提供实时反馈和评估。
手术刷手法：医生模拟正确的刷手过程，系统可能突出显示每个步骤的关键点，并提供指导以确保无菌操作。每个步骤高亮显示，医生可以通过交互操作模拟执行，系统提供实时指导和评估。
铺巾：医生在虚拟手术台上铺设巾，系统模拟布料的摆放方式，确保医生按照正确的步骤进行操作。模块中的每个步骤都被高亮显示，医生可以通过交互操作模拟执行，系统提供实时反馈和评估。
穿无菌手术衣：医生学习如何穿戴无菌手术衣，系统可能提供实时模拟，确保医生能够正确而迅速地完成操作。每个步骤高亮显示，医生可以通过交互操作模拟执行，系统提供实时指导和评估。
（三）手术实操模块
清创术：在手术实操模块中，医生模拟清创术，系统提供虚拟伤口、手术工具，以及实时反馈，帮助医生练习清洁和准备手术区域的技能。每个步骤和工具都被高亮显示，医生可以通过交互操作模拟手术，系统提供实时的指导和评估。
环甲膜穿刺术：手术实操模块涵盖了环甲膜穿刺术，医生进行虚拟的环甲膜穿刺手术，系统提供模拟的患者解剖图像，帮助医生掌握正确的穿刺技术。每个步骤和工具高亮显示，医生可以通过交互操作模拟手术，系统提供实时的指导和评估。
喉管切开术：手术实操模块中包括气管切开术，医生模拟紧急情况下的喉管切开手术，系统提供虚拟患者的生理指标，帮助医生迅速而准确地进行喉管管理。每个步骤和工具高亮显示，医生可以通过交互操作模拟手术，系统提供实时的指导和评估。
脾切除术：手术实操模块中包括脾切除术，医生进行虚拟的脾切除手术，系统模拟实际手术中的各个步骤，包括切除和止血技术。每个步骤和工具高亮显示，医生可以通过交互操作模拟手术，系统提供实时的指导和评估。
肠吻合的缝合：手术实操模块中涵盖肠吻合的缝合过程，医生模拟肠道手术中的缝合过程，系统提供虚拟的肠道组织和多种缝合技术，以帮助医生提高缝合技能。每个步骤和工具高亮显示，医生可以通过交互操作模拟手术，系统提供实时的指导和评估。
（四）理论考核模块
理论考核：模块通过简单（10套选择题）、中等（20套选择题）、困难（50套选择题）共三种难度进行考核。系统会弹出理论考核题目，用户需选择对应答案，系统会检索预置的正确答案并与提交结果。
四、系统优势
安全性： 手术仿真系统提供虚拟环境，让医生在没有实际患者的情况下进行训练，降低了实际手术中可能带来的风险，保障患者的安全。医生能够在虚拟场景中尝试新技术、磨练操作技能，而无需担心患者的生命安危。
全面模拟： 涵盖了漫游认知、术前学习、手术实操等多个模块，全面模拟了手术前、手术中的各个环节。漫游认知模块通过场景、仪器和工具认知，使培训更贴近实际手术操作。手术实操模块提供多样化的手术场景，使医生能够全面提高在各种手术操作中的熟练度。
个性化学习： 通过要点考核监控模块，系统根据医生的学习情况提供个性化的反馈和指导。这有助于医生更有针对性地提高弱项，促使他们在培训过程中获得更为有效的学习经验。
效率提升： 系统的辅助功能，如语音提示和系统设置，提高了培训的效率。医生能够更专注于手术技能的提升，而不被不必要的学习曲线阻碍。
实时反馈： 提供实时的反馈系统，让医生能够及时了解自己的操作准确性和效果。这种实时性的反馈有助于医生在培训中不断调整、改进手术技能，提高操作的精准性。
多样化手术场景： 包括清创术、环甲膜穿刺术、气管切开术等多种手术场景，使医生能够接触不同类型的手术，提高其全面应对各种情况的能力。这种多样性有助于培养医生的综合应变能力，使其更具备面对各种临床挑战的信心。
迭代更新： 具备系统升级和更新的能力，保持与最新医学知识和技术的同步。系统不仅提供初始的培训体验，还随时更新以反映医学领域的最新进展，确保医生能够始终处于专业的前沿水平。
五、功能应用
（一）提升战地医疗人员的手术技能
模拟复杂手术场景：VR外科手术训练系统可以模拟战地环境中常见的创伤性手术，如枪伤、爆炸伤、烧伤等，帮助医疗人员在虚拟环境中反复练习手术操作，提高应对复杂伤情的能力。
实时反馈与评估：系统能够提供实时的操作反馈，帮助医疗人员纠正错误，改进技术。例如，系统可以评估缝合的精准度、止血的效率等，确保医疗人员在真实手术中能够更加熟练和高效。
（二）增强战场急救能力
高压环境训练：VR系统可以模拟战场上的高压环境，如枪声、爆炸声、时间压力等，帮助医疗人员在心理和生理上适应战场条件，提升在极端环境下的急救能力。
团队协作训练：通过VR系统，医疗团队可以进行协同训练，模拟战地救援中的分工合作，提高团队的整体应急反应能力。
（三）优化军事医疗资源配置
降低训练成本：传统的战地医疗训练需要消耗大量的医疗资源（如尸体、动物模型等），而VR系统可以大幅降低这些成本，同时减少对真实资源的依赖。
远程培训与支持：VR技术可以支持远程医疗培训，专家可以通过虚拟环境对偏远地区的医疗人员进行指导，提高整体医疗水平。
（四）支持军事医学研究
新手术技术验证：VR系统可以用于验证新的战地手术技术和设备，帮助研究人员在虚拟环境中测试其可行性和有效性，减少对真实患者的风险。
数据收集与分析：系统可以记录医疗人员的操作数据，用于后续的分析和研究，帮助改进训练方法和手术技术。
（五）心理适应与创伤后应激障碍（PTSD）预防
心理脱敏训练：通过反复暴露于虚拟的战场环境中，医疗人员可以逐渐适应战场的高压和创伤场景，减少真实战场中的心理冲击，降低PTSD的发生风险。
六、运行环境
PICO4产品配置达到行业领先水平。全系搭载高通骁龙XR2处理器，体验流畅；Pancake折叠光路设计让设备更轻，不含绑带和电池的重量仅相当于一罐可乐，前后平衡分布的设计也极大提升了佩戴舒适性；4K+超视感屏和105°超大视角的画面表现极佳，HyperSense振感手柄有着逼真灵动的振感反馈，6DoF空间头手定位让设备精准识别，支持裸手交互，更具沉浸感。 瞳距调节升级为无级调节。
七、未来发展趋势
未来手术仿真系统将更深度地整合虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，为医生提供更逼真、沉浸的培训体验。这将包括更先进的三维图像、交互式元素和实时模拟，使医学专业人员能够更好地感知和处理复杂的医疗情境，其中结合其他先进技术将具有以下拓展方向。
人工智能的应用：随着人工智能（AI）技术的不断进步，未来的手术仿真系统将更加智能化。AI可以用于提供个性化的培训路径、实时的智能辅助和基于数据的反馈，以帮助医生更好地理解和改善其技能。
云端服务和协作：未来的系统将更加倚重云端服务，医学专业人员可以通过云平台实时分享、存储和获取模拟手术数据。同时，这也将促使全球范围内的医学专业人员进行协作，共同提升培训水平。
跨学科培训：未来的手术仿真系统将不仅仅局限于手术技能的培训，还将扩展至跨学科培训，包括团队协作、沟通技能等方面，以更好地应对复杂的医疗环境。
个性化学习路径：基于学员的学习风格、水平和需求，未来的系统将提供更为个性化的学习路径。这意味着医学专业人员可以根据自身需求选择特定的培训模块，使培训更加灵活和有效。
虚拟手术团队：未来的发展可能涉及到虚拟手术团队的培训，医学专业人员可以在虚拟环境中模拟与其他医疗团队成员的协作，提高团队协同效能。
远程培训和协作：随着通信技术的进步，未来的手术仿真系统将支持远程培训和协作，医学专业人员可以通过互联网参与实时的虚拟手术培训，促进全球医学专业人员之间的知识分享和协同工作。
个体化反馈机制：针对个体差异，未来的系统将进一步改进反馈机制，基于生物反馈和学习分析，为每位医学专业人员提供更加个体化、精准的评估和反馈，以更有效地促进其专业发展。
仿真手术工具的进步：随着材料科学和工程技术的发展，未来仿真手术器械将更加逼真，包括具有真实手感和生理特征的仿真工具，使医学专业人员能够更贴近实际手术操作。
教育生态系统的建设：未来手术仿真技术可能成为更大教育生态系统的一部分，与医学院校、医疗机构和行业协会合作，共同建立更全面、可持续的医学培训体系，为医学专业人员提供更为丰富的学术资源和支持。
实时数据分析和挖掘：利用大数据和实时数据分析技术，未来的系统将能够更深入地挖掘医学专业人员的培训数据，为培训提供更精准的调整和改进方案，从而不断优化培训效果。
仿真技术的蓬勃发展正在各个领域掀起一场技术革命。在医学领域，手术仿真训练通过虚拟手术台、患者模型和实时反馈系统，提供了医生在虚拟环境中进行大量实际手术操作的机会，极大地提高了医生的技术水平和应对复杂病例的能力，从而减少了患者的手术风险。
