虚拟现实技术在生物医学领域的应用

陆想想1（SX1203225）

（1. 南京航空航天大学自动化院生物医学工程系，南京市，210016）

摘要：虚拟现实是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统，综合集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术。本文简要介绍虚拟人体、虚拟手术、虚拟实验室以及虚拟现实技术在神经心理学与核医学方面的应用。随着计算机技术的进一步发展，可以预期，在未来几年虚拟现实技术将会成为数字医学最主要的应用工具之一。

关键词：虚拟现实；生物医学；数字人；虚拟手术；

Application of Virtual Reality Technique in Biomedical Field

Lu Xiangxiang1

(1. Department of biomedical engineering，Nanjing University of Aeronautics ＆Astronautics，Nanjing，210016，China) Abstract：Virtual reality is a high-tech simulation system, comprehensive integration of computer graphics technology,computer simulation technology, artificial intelligence, sensor technology, display technology, and network parallel processingtechnologies. This paper is to briefly introduce simulated human body, operation, laboratory and virtual reality technology applied inneuropsychology and nuclear medicine.In the future, with the further development of computertechnology, virtual reality technology will become the most important application of digital medical tools.

Key words：Virtual Reality, biomedical , digital human, virtual surgery;

引言

虚拟现实也称灵境技术或人工环境，它是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统，综合集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术[1]。

虚拟现实旨在利用计算机生成关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟的人为虚拟的环境，让使用者有如身历其境一般，并能与之“交互”。它最早源于美国军方的作战模拟系统，20

世纪90年代初逐渐为各界所关注并在各领域得到进一步的发展[2]。

近年来，随着虚拟现实技术研究的发展与深入，其应用也在逐渐扩大，在城市规划、能源勘测、工业仿真、古迹复原、建筑虚拟、交通桥梁、港口物流、旅游仿真、虚拟课堂、园林应用、军事仿真等方面都有广泛的应用。在生物医学领域，虚拟人、虚拟手术等方面的研究也十分活跃[3-5]。

本文对虚拟现实技术在生物医学领域的应用做一概括性介绍。

一、虚拟现实简介

虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)是近年来出现的高新技术。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。

虚拟现实系统分为桌面级的虚拟现实系统、沉浸式的虚拟现实系统、增强现实性的虚拟

现实系统及分布式虚拟现实系统。根据目前虚拟现实系统的发展状况，虚拟现实系统主要由4部分组成[6]，见图1。

图1 虚拟现实系统的组成

二、虚拟现实技术在生物医学领域的应用

2.1 数字人

数字人是生命科学与信息科学的结合的一个新的研究领域，即通过信息技术、计算机技术，将人体结构数字化，经过三维重建和虚拟现实技术的处理，得到可以看的见的、能够调控的虚拟仿真人体模型。美国科学家联盟于2001年将人类基因组计划、可视人计划、虚拟人计划、人类脑计划概括综合为“数字人计划”，FAS发起的数字人体联盟提出在约10年内，以10亿美元以上的投入，实现人体从DNA、蛋白质、细胞、组织、器官、系统以及整体生命过程的精确模拟。中国也于2001-11在北京召开的第174次“香山科学会议”，以“中国数字化虚拟人体的科技问题”为主题，并提出中国数字化虚拟人体研究的规划和建议。会后,解放军第一军医大学(现南方医科大学)和第三军医大学，先后于2002-08、2003-02以冷冻铣削方法完成了中国首例男、女数字化可视人体数据集的采集[7]。

数字人研究可概括的划分为4个阶段：数字化可视人、数字化物理人、数字化生理人、数字化智能人。目前，国际上的研究已经从物理人阶段步入了生理人阶段，而中国主要处于可视人这一基础研究阶段。2006年上海交通大学生命质量与机械工程研究所申报的“中国力学虚拟人”项目，是国家自然科学基金批准立项的重点项目。该项目先后与欧洲力学虚拟人、韩国力学虚拟人合作，组建成立了国际力学虚拟人平台，并首先启动了由中国、英国、瑞典和瑞士四国生物力学家参加的力学虚拟人足合作计划，由欧洲提供技术，在中国建立足部生物力学仿真试验台。此项目为期4年，预计2010年即可初步建立一个可为全球用户提供服务的力学虚拟人系统[8]。

2.2 虚拟手术系统

虚拟手术的概念最早提出于1989年，即利用计算机技术来模拟、指导医学手术所涉及的各种过程，在时间段上包括了术前、术中、术后；在实现目的上有手术计划制定，手术排练演习，手术教学，手术技能训练，术中引导手术、远程手术、术后康复等[9-10]。

2.2.1 医学诊断

传统医学诊断主要靠医生的学识和经验，但医生也有“吃不准”的时候，这就会导致误诊。虚拟手术系统将人体信息收集储存在电脑里利用虚拟内窥镜、虚拟活检等检查诊断措施，降低了检查的危险性和医疗成本。诊断前，医生也可先将药物影响数据输入计算机，系统即可协助医生做出判断，使医院诊断达到直观化、可视化、精确化的效果。

2.2.2 手术过程

以显微手术为例，利用虚拟手术系统做显微外科手术时，可将手术部位放大，医生即可

按照放大后的常规手术动作幅度操作，与此同时，虚拟手术系统又把医生的这种常规幅度的手术动作缩小为显微手术机械手的细微动作，从而明显地降低了显微外科的难度。

2.2.3 远程手术

利用虚拟现实技术，通过远程控制操作设备与远距离医院建立起远程医疗系统，医生只需对虚拟患者进行手术，并通过因特网将其动作传递到远端的手术机器人，由机器人对患者进行手术。日本研制出的远程控制血管缝合机器人，实现了直径1mm血管的远程操作缝合

手术。2003年，解放军海军总医院神经外科中心与沈阳医学院附属中心医院联合完成了远程遥控机器人立体定向神经外科手术。

2.2.4 手术训练及教学

虚拟手术系统还可应用于手术训练及教学，临床上大多数的手术失误是人为因素引起的，所以手术训练极其重要。以往在患者身上积累开刀经验“练手艺”的过程，现在可通过虚拟手术系统观察学习专家手术过程，在数字人身上反复进行演练、学习，避免不必要的医疗事故与损伤。虚拟手术系统可为操作者提供一个极具真实感和沉浸感的训练环境，还能够给出一次手术练习的评价。

2.3康复系统

脑损伤的患者97%有精神或躯体方面的缺失，其中1/3有身体方面的残疾，2/3有认知

障碍。认知功能障碍是脑缺损后最常见、而又多被医师和患者所忽略的后遗症之一。美国利用虚拟现实技术研制出了针对不同认知功能障碍的多种专门化虚拟现实系统。“鹦鹉软件”

软件始创于1981年，至今已经发展出150多种训练项目，并被翻译成5种不同的语言，一些顶尖级的康复中心都在使用。该软件有70多个项目可通过互联网操作，并受到病理学家、治疗师和神经心理学家的监控，可为遭受中风与脑缺损之苦的人群解决其言语、认知、语言、注意力和记忆缺失等问题[11]。

脑损伤患者往往也有运动功能障碍后遗症。运动障碍主要指自主运动的能力发生障碍，动作不连贯、不能完成，或完全不能随意运动。康复机器人经常被应用于四肢，特别是下肢的康复训练中。在主动康复训练中，患者通过主动运动控制虚拟环境中的某个物体，由康复机器人采集运动的距离、角度、力度等参数，并实时反馈给患者，指导患者不断调整动作以达到康复训练的要[12]。

2.4虚拟实验室

许多医学教育中的实验、临床相关实验以及药学实验都可以在虚拟实验室中进行。英国PA 咨询公司与美国菲西奥姆科学公司联合研制的虚拟人体系统，便是借助数字化人体，模拟药物在人体中代谢动力学的作用，一种药品从研制成功到投入应用，要经过大量实验室或临床试验，而利用虚拟药学实验不仅可以加快测试过程，降低成本，还可以避免药物可能对人体造成的损害。美国北卡罗来纳大学研制的应用技术进行复杂分子合成实验，研究人员在境界中控制药物分子模型，通过所模拟分子的分子力反馈测试出把该药物分子安放在其他分子的结合基上的最佳方向，即所谓的“分子人位”。

网络虚拟实验室即分布式虚拟现实技术的应用，它使得在网络协同研究环境中的科研工作者可以有效地利用地理上分布的各种科技资源，进行数据交换、软件共享、大型科研仪器设备的远程控制和远程学术交流[13]。目前，国际上具代表性的生物、医学虚拟实验室有：

霍华德休斯医学研究院开发的：转基因媒介实验室、细菌鉴定实验室、心脏病实验室、神经生理学实验室、免疫实验室[14]；诺贝尔基金会开发的虚拟生化实验室[15]。

2.5虚拟现实技术在核医学和辐射防护中的应用

在核医学与辐射防护领域，虚拟现实技术已经得到了广泛和深入的研究和应用，包括工

作人员培训、辐射场/剂量的分布计算与显示、AIARA设计分析等方面。如西班牙已经开发完成了CIPRES、ACEWO等虚拟现实系统用来进行核电站换料任务的完成过程中的剂量计算，以及培训在核电站工作的人员[16]。

在医学领域，放射性药物治疗过程中，病灶部位接受的辐射剂量要尽可能最大，而其他非病灶部位要限制在一个的范围内，尽可能低。但实施过程中，放射药物并不是在目标器官均匀分布，通过对整个器官的平均剂量计算会高估或者低估能量沉积，这就需要对辐射进行微观计量学评估。

另外，在军事医学上方面，可以用虚拟人来试验核武器的威力。现在的核爆炸试验都是利用动物进行，试验前在距离核爆中心的不同位置放置动物，核爆后再把动物收回进行检验。有了虚拟人体就可以直接在计算机上模拟核爆炸对人体的影响[17-18]。

2.6虚拟现实技术在神经心理学方面的应用

虚拟现实暴露疗法是行为疗法的转化形式，治疗过程中，在治疗师的监控下，患者按照指导逐步使自己沉浸于引起焦虑的虚拟环境中，在忧虑减少后，被鼓励采取继续引起更强的忧虑，以此，患者得到渐进和最佳的暴露疗法。

虚拟现实暴露在治疗创伤后应激障碍方面也取得了很好的成绩。911恐怖袭击的幸存者患急性创伤后应激障碍，采用传统的想像暴露治疗没有获得成功，于是采用虚拟现实暴露疗法对患者进行治疗，在6次1h的虚拟现实暴露治疗期，患者渐进暴露在虚拟的飞机飞向世界贸易中心，飞机撞向世界贸易中心伴随激烈的爆炸和声音效应，虚拟人从燃烧的建筑物上跳下死亡，以及双子塔倒塌，扬起尘云的场境。采用抑郁自评量表显示抑郁大幅度减少(83%)，采用临床医生使用的创伤后应激障碍量表显示创伤后应激障碍症状大幅度减少(90%)[19]。

三、总结与展望

虚拟现实技术的应用十分广泛，也都表现出了很好的效果，并且，虚拟现实技术在生物医学领域的应用也展现出了极好的前景，随着计算机技术的进一步发展，可以预期，在未来几年虚拟现实技术将会成为数字医学最主要的应用工具之一。美国是虚拟现实技术的研究重镇，它的研究成果也代表了国际在此方面的研究水平，就目前而言，美国虚拟现实技术有很广阔的深入研究空间，而中国在此方面的研究仍处于起步阶段，这不仅需要国家在此方面加大投入力度，也需要同行业者的加倍努力。

参考文献

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虚拟现实应用领域

虚拟现实技术应用领域一、虚拟现实在城市规划中的应用城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一，虚拟现实技术可以广泛的应用在城市规划的各个方面，并带来切实且可观的利益：展现规划方案虚拟现实系统的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理，有利于设计与管理人员对各种规划设计方案进行辅助设计与方案评审。规避设计风险虚拟现实所建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的“再现”。用户在三维场景中任意漫游，人机交互，这样很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，大大提高了项目的评估质量。加快设计速度运用虚拟现实系统，我们可以很轻松随意的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，只要修改系统中的参数即可。从而大大加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，也节省了大量的资金，提供合作平台。虚拟现实技术能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公

众可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图。有效的合作是保证城市规划最终成功的前提，虚拟现实技术为这种合作提供了理想的桥梁，这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的。加强宣传效果对于公众关心的大型规划项目，在项目方案设计过程中，虚拟现实系统可以将现有的方案导出为视频文件用来制作多媒体资料予以一定程度的公示，让公众真正的参与到项目中来。当项目方案最终确定后，也可以通过视频输出制作多媒体宣传片，进一步提高项目的宣传展示效果。二、虚拟现实在医学中应用 VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具（如手术刀、注射器、手术钳等），虚拟的人体模型与器官等。但该系统有待进一步改进，如需提高环境的真实感，增加网络功能，使其能同时培训多个使用者，或可在外地专家的指导下工作等。另外，在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生恬状况，乃至新型药物的研制等方面，VR技术都有十分重要的意义。

激光在医学中的应用

激光在医学中的应用摘要激光是利用受激发射放大原理产生的高相干性、高强度的单色光。产生激光束的光源称激光器，在医学领域里有广泛的用途。激光医学是一门新兴的边缘学科，其内容包括用激光新技术去研究、诊断、预防和治疗疾病。激光已应用于内、外、妇、儿、眼、耳鼻喉、口腔、皮肤、肿瘤、针灸、理疗等临床各科。它不仅为研究生命科学和研究疾病的发生发展开辟了新的研究途径，而且为临床诊治疾病提供了崭新的手段。激光在医学上的应用主要分三类：激光生命科学研究、激光诊断、激光治疗，其中激光治疗又分为：激光手术治疗、弱激光生物刺激作用的非手术治疗和激光的光动力治疗。关键词：激光手术激光理疗激光针灸激光诊断和检测激光的生物效应一般认为激光有五个方面的效应： ① 热作用。主要是在可见光和红外光范围的激光引起的。弱激光不会直接造成不可逆损伤，可促使血管扩张，血液流动加强，从而改善局部的营养状态，促进伤口和溃疡的愈合，还具有镇痛和缓解肌肉痉挛等作用。强激光直接造成生物组织的不可逆性损伤，故可用以清除各种赘生物，如疣、痣、癌等，或凝固出血点、封闭破孔等。 ② 压力作用激光照射到人体上形成一种压力(光压)。如果激光呈大功率脉冲状态,则产生的压力很强。若激光聚焦功率为10W／cm则其压力可达40g/cm。强激光照射到生物组织上时,使组织汽化,产生热膨胀，这时体积剧烈增加而产生巨大的压力，可以大至几百个大气压，破坏性较大。临床上可利用这种压力在眼睛上房角处打孔，以沟通房水，降低眼压，治疗青光眼，还可以利用这种冲击波的力量来治疗后发性白内障和玻璃体出血后形成的机化索条等。

③ 光化学作用。利用激光能量激活体内某些化学反应。其中包括光致分解（吸收光能而导致化学分解的过程）、光致氧化(光作用下，反应物失去电子的过程)、光致聚合(光作用下，小分子聚合成大分子的过程)、光致敏化（在光敏剂的参与下，用特定波长的光作用而产生的化学反应）等四种主要类型。光敏化治疗是以血卟啉衍生物为代表的光动力学疗法，用以破坏癌细胞，需要氧分子参加才能起反应。另一类光敏剂如补骨脂素不需氧分子参加。局部涂补骨酯酊后，再用紫外激光局部照射，可以治疗白癜风和银屑病等疾病。 ④电磁场作用。高功率激光所产生的强电磁场，可以使生物组织发生明显的变化。⑤ 刺激作用。主要指功率较低的He－Ne激光对机体的作用。可促进神经再生，毛发生长，降低的血细胞回升，使骨痂生长迅速而使骨折愈合，还可抑制细菌生长从而消炎止痛。以上五种效应中，压力效应和电磁场效应主要为大功率或中等功率激光所具有。而光化学反应和光刺激作用主要由小功率激光引起，热效应则大、中、小三种功率的激光均有。医用激光器的种类常用的医用激光器有以下几种：①氦氖激光器。输出波长为6328的红色激光。特点是结构简单，操作方便，价廉，寿命长，使用万小时以上。用于消炎、镇痛或作激光光针和理疗。②二氧化碳激光器。输出波长为10.6m 的远红外激光。特点是输出功率大，用作激光刀进行烧灼、切割和汽化。③氩离子激光器。输出波长为4880和5145的蓝绿色激光。特点是功率大，又在可见光范围。用于光凝固治疗，如眼底病和十二指肠、胃溃疡的光凝固治疗。④掺钕钇铝石榴石激光器。输出波长为1.060m的近红外激光。特点是输出功率大，对组织作用深而均匀，对红色组织有亲和力，又可用光导纤维传输。常与内窥镜结合进入腔内治疗肿瘤、息肉、出血等，是最常用的激光器之一。其他准分子激光器、铜蒸气激光器、红宝石固体激光器、半导体激光器等在临床上也经常使用。激光手术

激光在皮肤科的应用

激光在皮肤科的应用王金良近20年来，激光领域取得了突破性的进展，使原来一些没法治疗的皮肤病得到了有效的治疗，如太田痣、文身，多毛症，鲜红斑痣等。作为一个皮肤科医师，有必要了解皮肤激光的原理、应用。一、激光基础理论 1 激光的产生原理：在大部分情况下，原子核外的电子处于稳定的低能量状态—E1，吸收能量后，处于高能级E2，当一个外来光子所带的能量正好为某一对能级之差E2-E1,则这电子可以在此外来光子的诱发下从高能级E2向低能级E1跃迁。同时释放出2个具有相同波长、位相、相同方向的光子,如果处于高能级E2状态的电子足够多，这2个电子诱发4个具有相同波长、位相、相同方向的光子……，最后产生大量的一致性的光子流，这就是激光。 2 激光的特点：频率相同（单色性），发射方向、偏振方向以及光波的相位都完全一样（方向性、相干性）、能量高。 3 激光特点的临床意义：单色性：选择吸收的必要条件（但不是充分条件）方向性：平行光方便治疗；易于聚焦成很小的一点，有很高的能量密度，起到治疗作用；易于耦合通过光纤传导，方便治疗。 4 激光器的结构：一般包括三个部分：激光工作介质——决定了激光的波长，是激光分类的基础。激励源——提供能量。谐振腔——是光子反复反射，激发。 5 激光的分类按工作介质的不同来分类：固体激光器：Nd:YAG，气体激光器:CO2激光半导体激光器:Smoothbeam 液体激光器:染料激光。根据激光输出方式分类：连续激光(半连续激光)普通CO2激光，Nd:YAG，脉冲激光:脉冲染料激光。 6 美容激光与传统激光的区别美容激光基于选择性激光热分解理论，激光仅仅作用于要破坏的组织结构、细胞或色素颗粒，使之发生不可逆的损伤，而对其他组织细胞无破坏或破坏很小，这样就能在治疗疾病的同时，不会留下疤痕。而传统激光：一般为连续波激光，烧灼作用，类似酒精喷灯，无选择性。 7 选择性激光热分解理论：通过调整以下3个激光参数即可达到选择性激光分解的目的：激光的波长：要治疗的病变组织的性质，决定激光的波长，例如鲜红斑痣，需通过加热红细胞继而破坏内皮细胞，血红蛋白最易吸收的532、585nm的光，但是为了增加穿透性、减少表皮黑色素的吸收、现在多用595nm激光。激光的脉冲宽度：脉冲以几个纳秒到几十毫秒不等，这取决于要作用的靶颗粒的大小，目的是将激光的能量局限在要清除的组织内，即脉冲宽度不大于靶组织（颗粒）的热驰豫时间。合适的能量密度：只有合适的能量才能达到清楚相应靶细胞而不损伤正常组织的目的。目前，为了进一步加强激光的选择性，对以上传统的选择性激光分解理论进行了扩展。靶组织本身无色素，但其周围有色素的组织结构，需要延长脉宽，有意使热量扩散，以破

虚拟现实技术应用及其未来展望

虚拟现实技术应用及其未来展望虚拟现实是利用计算机、电子技术、图像技术、传感器技术、多媒体技术、人机接口技术及仿真技术等多种科学技术发展起来的计算机领域的最新技术, 是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。虚拟技术是一门富有挑战性的交叉技术、前沿科学和研究领域。目前虚拟技术已涉及到军事、教育、医学、心里学、商业、影视等领域,是21世纪的重要发展学科。一、虚拟技术的特征虚拟环境是利用计算机生成并控制的,因此人处在利用虚拟技术创建的拟环境之中和真实环境是没有差别的。虚拟现实具有3个最突出的特性:交互性、沉浸性和构想性。 1、交互性：人们可以通过使用专门的输入和输出设备(主要通过数据手套、头盔、数据衣等)以自然地方式(如自身的语言、动作等)和虚拟世界中的对象进行交互操作和交流。 2、沉浸感：沉浸感是指用户在纯自然的状态下借助交互设备和自身的感知觉系统对虚拟环境的投入程度。虚拟世界给人一种身临其境的感觉。 3、构想性：指借助虚拟技术可以使用户沉浸其中并获得新的知识,从而使用户深化概念和萌发新意。因此说虚拟现实可以启发人创造性思维,使抽象概念具体化。二、虚拟现实技术的应用领域虚拟现实技术应用非常广泛,它可以用于军事、教育训练、设计规划、产品建模、心理学治疗及艺术与娱乐等多方面。 1、军事领域虚拟现实技术已成为军事和航天领域的先锋技术虚拟技术最初是美国航空航天局与军事部门为了模拟训练而开发的。现在广泛用于各兵种部队的战术研究、演习、模拟训练和培训等,战斗实验室已成为数控战士的战场。 “司令部军事演习”也已成为一种军事演习的重要形式,这类演习可用于为未来战争组织装备、主导原则和综合训练等决策提供参考数据。美国航空航天局埃姆斯研究中心还建立了一座虚拟实验室,它所拥有的飞机模型器无论从规模上还是从逼真程度来看都处于世界之最,主要用于研究现在的或拟议中的飞机飞行控制、制导、座舱显示、自动化和操纵的品质,它能够获得有关飞机性能的实时数据和视图,并且航空研究人员和设计师坐在家里就可以“进入”该实验室进行操作,其灵敏度远远高于现在的任何其他此类研究手段。虚拟现实技术在军事领域中发挥着重要的作用,被广泛的应用于军事训练、武装装备的研究和生产以及军事教育等各个方面。目前的军事模拟训练

激光在医学中的应用

激光在医学中的应用骆旺达 (北京工业大学应用数理学院612班15061230) 摘要: 目的：了解激光的基本特性及激光仪器在医学中的作用。方法：通过分析激光4个基本特性，对其在医学中的应用进行分类总结。内容：进行传统医学与激光医学的对比，探讨激光在医学上的应用。结果：通过对比分析，了解激光为何能在医学中发展。结论：激光已被广泛应用于基础医学研究及医疗诊断、治疗。关键词：激光；激光医学仪器应用；激光特性；激光针灸引言激光（laser）是受激辐射光放大的简称。1964年经钱学森教授建议而得此名，它是20世纪最重大的科技成就之一。激光医学是激光技术与医学相结合的一们新兴的边缘学科。上世纪60年代，激光问世不久，就与医学结合起来。激光技术从临床诊断、治疗到基础医学研究被广泛应用。目前激光医学已基本上发展成为一门体系完整、相对独立的学科。在医学科学中起着越来越重要的作用. 激光有4个特性： 1）方向性好。普通光源表面所辐射出来的每列光，是向四面八方发散的；而激光束的发散角是很小的，与普通光束相比差10倍～10000倍，是理想的平行光束。利用激光方向性好的特点，经聚焦后可获得不同尺寸的光斑，分别用做普通手术刀和微手术刀；还可以进一步压缩光斑到1um，直接对DNA等生物大分子进行切割或对接。 2）高亮度，强度大。激光的方向性好，其能量可以在时间及空间上高度集中起来，使激光的亮度达到普通光的1×1012倍1×1019倍，强度可达1×1017W/cm2,在医学上用其独特的优点，可以对肿瘤及其他病变组织进行照射治疗，可使病变组织立即汽化而消失或做组织的切割及组织焊接。 3）单色性好。一般的激光器只发射单一波长的激光，是世界上最好的单色光源，给医学研究和临床诊断增加了新的手段。 4）相干性好。激光器发出的激光，具有相对固定的位相差，使得激光的相干性非常好。激光全息技术已广泛地应用在牙科、眼科和肿瘤科，来观察和分析细胞及其生物组织的形态。激光仪器在医学上的应用：

虚拟现实技术在医学中的应用

虚拟现实在医学中的应用摘要: 虚拟现实(virtual reality VR, ) 是近年来发展起来的一项新的技术,它已经被广泛地应用于许多领域, 特别是在医学领域。本文介绍了虚拟现实技术在疾病的诊断、康复以及医学教育与培训方面的应用, 并展望了虚拟现实技术在医学中的应用前景。关键词: 虚拟现实医学应用引言虚拟现实作为一门真正具有多媒体交互共享模式的新兴技术, 以其独特的优势, 在各个领域的应用越来越广。特别是LED和CRE显示器技术、高速图形技术、多媒体技术及示踪技术的发展, 虚拟现实技术在医学领域的应用不断扩大, 对传统的医学诊断、治疗和医学科研、教育产生了深远的影响。 1 技术特点虚拟现实系统是利用计算机以及专用硬件和软件去仿真各种现实境界, 通过计算机和信息技术构造虚拟自然环境, 将用户和计算机结合成一个整体。用户置身于模仿真实世界而创建的三维电子环境中, 通过各种技术模拟直接进入到虚拟环境去接受和影响环境中各种感觉剌激, 与虚拟环境的人及事物进行行为和思想的交流。用户可以利用人类本能的方式与计算机信息交流, 人的语言、眼神、手势都可以为计算机所识别, 而人则可以用听觉、视觉、触觉来感受计算机信息, 就如同人们在现实环境中人与人交流一样的感受和交互对话, 达到与计算机进行直观、自然的交互。虚拟现实系统是相当逼真的三维视听、触摸和感觉的虚拟空间环境, 虚拟三维可以随需要而变换, 交替更迭。用户不再是被动性地观看, 而是融合在其中,交互性地体验和感受虚拟现实世界中广泛的三维多媒体内容。可分为: 桌面型、投入型、增强现实型、临境型、逆向型和分布式虚拟现实系统等。桌面虚拟现实系统是利用个人计算机或工作站进行仿真。它以计算机屏幕作为观察虚拟境界的一个窗口, 成本较低, 但投入性差。投入系统是通过各种硬件和软件, 把周围的现实环境屏蔽掉, 完全被虚拟境界包围。虚拟现实技术具有多感知性、投入性、实时交互性和自主性等特征。多感知性是除了一般计算机技术所具有的视觉感知外, 还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知。随着传感器技术的发展, 还有味觉感知、嗅觉感知, 甚至具有人的一切感知功能。投入性(临场感) 是指用户感到作为主角在虚拟环境中的真实程度。实时交互性指用户与虚拟环境中的各种对象相互作用的能力, 对虚拟物体的可操作程度和得到反馈的自然程度, 用手去抓虚拟物体时, 有硬度、重量和拿动的感觉。自主性指虚拟物体依据物理定律按力的方向动作的程度。根据虚拟实现技术的特征, 可通过其存在感P、交互性I 和自主性A 来评价系统的性能, P、I 和A 的值越大, 系统的性能越好。 2 虚拟现实技术的应用虚拟现实技术具有极其重要的应用前景 ,其中医学领域作为虚拟现实技术最大吸引力的应用领域之一,目前已广泛地应用在虚拟人体、医学教育、虚拟外科手术、远程医疗等领域。 2.1 虚拟人体 1985 年,美国国立图书馆就开展了人体解剖图像的数字化研究,他们利用 CT 和 MR 扫描及三维图像重建技术,分别建立了一具可视化男人和一具可视化女人。德国汉堡大学则用 CT 和 MR 横截面影像或组织学切片建立起空间模型 ,

医疗领域人工智能的应用

医疗领域人工智能的应用周素珍，杨会宝，马式雷（山东中医药大学理工学院）摘要：人工智能是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个重要分支。尤其在医疗卫生领域,人工智能更具有广阔的应用前景和较高的实用价值。本文简述了人工智能的起源与发展，回顾近年来人工智能在医疗领域的应用，重点介绍了人工智能在神经网络中的应用，并进一步展望了人工智能在医疗领域的应用前景。关键词：人工智能；医疗；专家系统；神经网络；前景 1 引言人工智能（Artificial Intelligence AI）是当前科学技术发展中的一门前沿科学，它是由Mc－Carthy等在1956年发起的关于机器模拟智能的学术讨论会上提出的［1］。自此，人工智能广泛应用于医学领域，在临床医疗诊断、神经网络技术、中医学、专家系统以及医学影像诊断中均得到应用。随着科学技术的发展，人工智能技术在医疗诊断中的应用将越来越广泛，越来越重要。 2人工智能在医疗领域的应用回顾 2.1 人工智能发展简史[2] 上世纪三四十年代，Wiener、弗雷治、罗素的数理逻辑，和Church、图灵的数字功用以及计算机处理促使了1956年夏的AI学科诞生。 20世纪60年代以来，生物模仿用来建立功能强大的算法。这方面有进化计算，包括遗传算法、进化策略和进化规划（1962年）。 1992年Bezdek提出计算智能。他和Marks（1993年）指出计算智

能取决于制造者提供的数值数据，含有模式识别部分，不依赖于知识；计算智能是认知层次的低层。今天，计算智能涉及神经网络、模糊逻辑、进化计算和人工生命等领域，呈现多学科交叉与集成的趋势。人工生命以进化计算为基础，研究自组织、自复制、自修复以及形成这些特征的混沌动力学、进化和环境适应，具体包括生命现象的仿生系统、人工建模与仿真、进化动力学、人工生命的计算理论、进化与学习综合系统以及人工生命的应用等。20世纪60年代，罗森布拉特研究感知机，Stahl建立细胞活动模型，Lindenmayer提出了生长发育中的细胞交互作用数学模型。这些模型支持细胞间的通信和差异。70年代以来，Conrad等研究人工仿生系统中的自适应、进化和群体动力学，提出不断完善的“人工世界”模型。80年代，人工神经网络再度兴起促进人工生命的发展。其主要研究方法有信息模型法和工作原理法。其研究途径分为工程技术途径和生物科学途径。 2.2 医疗领域人工智能的兴起和医疗专家系统的创建专家系统在90年代兴起, 模拟人类专家解决领域问题,知识库的改进与归纳是其重点。医疗专家系统（Medical Expert System，MES）是人工智能技术应用在医疗诊断领域中的一个重要分支［3］。在功能上，它是一个在某个领域内具有专家水平解题能力的程序系统。医学诊断专家系统就是运用专家系统的设计原理与方法，模拟医学专家诊断疾病的思维过程，它可以帮助医生解决复杂的医学问题，可以作为医生诊断的辅助工具，可以继承和发扬医学专家的宝贵理论及丰富的临床经验。第一个人工智能的医疗专家系统早在50年代就出现了，当时为了模拟病人的病症和疾病之间的关系，主要是医学领域的知识被融合到专家系统中。

VR虚拟现实应用的几个领域

VR虚拟现实应用的几个领域 VR虚拟现实应用是利用计算机模拟产生的一个三维空间的虚拟世界，提供人们关于视觉、听觉等感官的模拟，让人们如同身临其境一般，没有限制地观察虚拟空间内的所有事物。虚拟现实是指用计算机设别所产生的一种特别的环境，人可以经过各种特别设备将自己所想的所用的“投射”到这个环境中，并操作、控制环境。虚拟现实关键技术 1?声音人能很好的判断声音的来源和方向，在水平的方向上，我们可以靠声音的相位差别及强度的差别来确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的，会有一种方向感。现实生活里，当头部转动时，听到的声音的方向就会改变。但目前在VR系统中，声音的方向与用户头部的运动无关。 2?显示人在看周围的画面时，由于两只眼睛的位置不同，所看到的结果也是不一样的，这些画面都综合起来才形成了整体的景象。在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用，用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。在人造环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而用户也是如此，用户看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的。 VR虚拟现实应用 VR 旅游时代的到来，不仅刷新了传统枯燥的宣传模式，提升了游客出行的冲动，而且赋予了旅1?旅游

行革命性的感官体验，加深了游客对目的地的预期认知。 JUSTBEHERE 拥有全球最大旅游目的地全景视频资料库，覆盖30 多个国家的700 多段全景视频（持续增加中），''到此一游'' 为消费者提供真实、生动的观看体验，同时也为旅游目的地和各地旅游局提供全新的展示推广平台。 2. 购物运用VR 技术，利用计算机图形系统和辅助传感器，生成可交互的三维购物环境。这将突破时间和空间的限制，真正实现虚拟购物的理念。让你身临其境的感受虚拟购物带来的便利与新鲜感。VR 购物能够大大增加线上商品的真实感，让用户可以360 °无死角的体验商品的特性，甚至通过虚拟技术能拥有实体店所没有的惊喜和体验，为用户提供VR 购物选择的多样性。3. 医学在虚拟的环境中，可以建立虚拟的人体和手术工具等设备。可以非常容易的了解人体的各个器官和结构，比现在所采用的教科书方便的多、有效的多。医生在做真正的手术之前，可以通过虚拟现实技术的帮助，可以再显示器上重复地去模拟手术，提高手术的熟练度。在远距离遥控外科手术，手术过程中的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生活状况，乃至新药研制等方面，虚拟现实技术都能发挥十分重要的作用。 VR 新技术越来越多地渗透到医疗中，欧美国家已经尝试过在VR 领域和医疗技术创新性结合，在国内拥有着全球领先的VR 技术团队的云舞科技也积极地布局相关领域发展。 VR 和医疗结合将产生奇特的化学反应，能够帮助改善人类生活的质量，我们可以从中获得很多有益的启示，从而使得我们的医疗过程更加便利，这无疑也是VR 给我们带来的全新价值。 4. 娱乐游戏

8.第八章激光在医学中的应用

第8章激光在医学中的应用激光医学是激光技术和医学相结合的一门新兴的边缘学科。1960年，Maiman 发明第一台红宝石激光器，1961年，Campbell 首先将红宝石激光用于眼科的治疗，从此开始了激光在医学临床的应用。1963年，Goldman 将其应用于皮肤科学。同时，值得关注的是二氧化碳激光器的作为光学手术刀的出现，逐渐在医学临床的各学科确立了自己的地位。1970年，Nath 发明了光导纤维，到1973年通过内镜技术成功地将激光导入动物的胃肠道，自此实现了无创导入技术的飞速发展。1976年，Hofstetter 首先将激光用于泌尿外科。随着血卟啉及其衍生物在1960年被发现，Diamond 在1972年首先将这种物质用于光动力学治疗。在医学领域中，激光的应用范围非常广泛，不仅在临床上激光作为一种技术手段，被各临床学科用于疾病的诊断和治疗，而且在基础医学中的细胞水平的操作和生物学领域中激光技术也占有重要地位。另外，还可以利用激光显微加工技术制造医用微型仪器。再者，利用全息的生物体信息的记录及医疗信息光通信等与信息工程有关的领域，从广义来讲，也属于激光在医学中的应用。本章主要对医学临床，重点是激光对诊断和治疗领域中的应用进行论述。由于诊断和治疗在本质上都是利用激光与生物体的相互作用，因此，有必要首先对这些基础进行介绍。在8.1节中归纳介绍了生物体的光学特性、激光对生物体的作用、激光在生物体中的应用特点等内容；然后在8.2节中通过典型的治疗应用实例，介绍了激光在外科、皮肤科、整形外科、眼科、泌尿外科、耳鼻喉科等领域中的治疗和光动力学治疗等；在8.3节中重点围绕诊断中的应用，介绍了生物体光谱测量、激光计算机断层摄影（光学CT ）、激光显微镜等。在8.4节中，对激光在医学中的应用的激光装置与激光转播路线的开发动向进行介绍。最后8.5节对激光医学的前景作了展望。 8.1 激光与生物体的相互作用 8.1.1 生物体的光学特性假设生物体中入射的单色平行光强度为0I ，若生物体是均匀的吸收物质，根据1.5节证明的(1-89)式,入射深度为x 处的光强度I 可用下述关系式表示 ()x a I I 00exp -= (8-1) 其中0a 为吸收系数（参见图8.1）。但是，由于生物体对光是很强的散射体，因此生物体内光的衰减不仅由于吸收，而且取决于散射的影响。在不能忽略散射的条件下，上式可用衰减

虚拟现实技术、仿真与医学的关系

虚拟现实技术在医学中的应用及进展关键词：虚拟现实技术医学随着计算机技术的飞速发展，正逐渐显示其强大的生命力。目前，它与多媒体、网络技术并成为三大前景最好的计算机技术，在越来越多的领域得到广泛的应用。一、简述虚拟现实技术 1.虚拟现实技术的科学含义虚拟现实（virtual reality,VR）技术是由计算机生成的一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它通过视、听、触觉等作用于使用者，使之产生身临其境的交互视景的仿真。它综合了计算机图形、图像处理与模式识别，智能技术、传感技术、语言处理与音响技术、网络技术等多门科学，是现代仿真技术的进一步发展和应用。使用者借助必要的设备自然地与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，产生身临其境的感觉和体验，使人机交互更加自然和谐。 2. 虚拟现实技术的特点多感知性（multi sensory）、沉浸感（immersion）、交互性（interactivity）、构想性（imagination）。这些特征使操作者能够进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。通过参与者与仿真环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，启发参与者的思维，全方位获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。 3.虚拟现实技术的构成一般的VR系统主要由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入设备和演示设备等组成，即人们可以通过视觉、听觉、触觉等信息通道感受到设计者思想的高级用户界面。硬件平台：由于虚拟世界本身的复杂性及计算实时性的要求，产生虚拟环境所需的计算量极为巨大，这对中心计算机的配置提出了极高的要求。目前，国外的VR系统一般配有SGI或SUN工作站［1］，大型的VR系统，采用的是计算机并行处理系统。当前的研究趋于桌面虚拟现实系统，它价格较低、易于实现同时又能满足VR的部分特征要求，因而将会得到更为广泛的应用。软件系统：软件系统是实现VR技术应用的关键。VR技术在国外的应用比国内早，目前具有代表性的桌面VR技术有：Web3D中的X3D、VRML、Java 3D、Cult3D Viewpoint、Atmosphere，以及应用于服务器上的Superscape VRT、EAI Sense 8 World ToolKit、MPI Vega等，它们为VR技术在虚拟医学系统中应用提供了工具。二、虚拟现实技术在医学发展中研究状况 1、发展 1965年，Sutherland在篇名为<<终极的显示>>的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，从此，人们正式开始了对虚拟现实系统的研究探索历程。而生命活动又是全世界人命关注的重点，每一种新技术的发现基本上都会应用到医学，所以虚拟现实技术自然而然就应到医学的研究中。早在1985年，美国国立医学图书馆就开始人体解剖图像数字化的研究，并由美国科罗拉多州立医学院将一具男性尸体和女性尸体分别做了1mm和0.33mm间距的CT和MR扫描，所得图像数据经压缩后，建立了“可视人”并于1995年出版发型了CD盘片。学生可以在计算机屏幕上对“可视人”进行冠状面和矢状面而对解剖，并可把局部的图像进行

虚拟现实医疗应用白皮书

目录一、发展现状 (1) （一）国内发展状况 (2) （二）国外发展状况 (8) 二、主要发展方向 (14) （一）虚拟现实+医学教育培训 (14) （二）虚拟现实+个性化健身 (17) （三）虚拟现实+心理障碍治疗 (20) （四）虚拟现实+医学护理 (22) （五）虚拟现实+康复训练 (25) （六）虚拟现实+视力障碍治疗 (27) （七）虚拟现实+临床辅助 (30) 三、科研进展 (33) （一）国外高校科研进展 (33) （二）国内高校科研进展 (34) 四、发展展望 (35) （一）虚拟现实医疗的细分领域将不断拓展 (35) （二）虚拟现实医疗的产业生态将日益丰富 (36) （三）虚拟现实医疗对专业队伍的需求将更加迫切 (37)

五、相关建议 (38) （一）建立健全虚拟现实医疗产业沟通协调长效机制 (38) （二）促进医学界产业界共建虚拟现实医疗产业生态 (38) （三）部署实施虚拟现实医疗产业试点示范应用项目 (38) （四）创新加强虚拟现实医疗产业人才队伍培养建设 (39) （五）吸引社会资金大力投向虚拟现实医疗产业发展 (39) 附录：研究对象与范畴 (40)

以虚拟现实为代表的新兴前沿技术正广泛应用于医疗行业，助力提高医疗资源供给能力、降低各种医疗保健复杂性和危险性、应对医疗健康服务需求增长。与此同时，随着医疗健康领域的发展，将产生更多的诊疗方案，进一步推进虚拟现实技术在各个医疗健康领域的应用，拓展虚拟现实的应用场景，催生新的模式业态，带来潜力巨大的市场。一、发展现状全球范围内，虚拟现实等信息技术应用所驱动医疗健康服务的数字化转型正在展开。在数字化医疗趋势的推动下，国内外医院正在逐渐使用虚拟现实技术进行培训和手术，虚拟现实医疗正获得更多医生和患者的认可与肯定。据IDC 数据，虚拟现实医疗应用市场规模正逐年扩大，预计2022 年将达到17 亿美元，2018 到2022 年的市场复合增长率预计为105.6%。虚拟现实在医疗领域的应用涉及手术模拟、技能培训、手术辅助、心理治疗等多个领域。现有国内虚拟现实技术方案主要集中在医学教育领域，覆盖市场在60%以上。在临床方面，虚拟现实技术使用率较低，体验感还没有得到医生和医疗机构的普遍认可，属于科研拓展阶段，还未形成完善的商业闭环。

虚拟现实技术行业应用范围

虚拟现实技术行业应用范围 1.城市规划在城市规划中经常会用到虚拟现实技术，用虚拟现实技术不仅能十分直观的表现虚拟的城市环境，能运用三维GIS地理信息系统来表现直观的三维地形地貌，为城市建设提供可靠的参考数据。而且能很好的模拟各种天气情况下的城市，能了解排水系统，供电系统，道路交通，沟渠湖泊等等。而且能模拟自然灾害的突发情况。对于政府在城市规划的工作中起到了举足轻重的作用。 2.医学虚拟现实技术在医学领域上的应用主要体现在医学动画上。传统的医学动画仅仅只能在平面、三维的角度展示医学原理、人体结构等。而虚拟现实技术的应用突破了视角的限制，让人能进到“体内”，在人体内漫游，以任意角度观察人体结构。 3.文物保护虚拟现实技术在文物保护方面也是应用相当广泛的，埃及的金字塔就做过网上的体验中心，运用了全景虚拟技术和三维虚拟技术，而且IBM目前正在运用VR虚拟现实技术对北京故宫进行整个故宫的数字虚拟。届时大家也许可以在网上直接看到数字三维化的故宫。 4.交通无论是在空中、陆地还是海洋河流的交通规划模拟方面，VR虚拟现实技术都有其得天独厚的优势，不仅仅能用三维GIS技术将各种交通路线表现得十分到位，更能动态模拟各种自然灾害情况。 5.房地产近几年在房地产的表现和推广应用方面，VR虚拟现实技术被得到越来越多的应用，把虚拟现实和传统的建筑动画、地产动画结合起来，不仅十分完美的表现室内的环境和整个小区的环境，设施。还能表现不存在但即将建成的绿化带，https://www.360docs.net/doc/a016838965.html,喷泉，休息区，运动场等等。不仅如此，用户还能在三维的室内空间中自由行走、任意漫游、仔细欣赏小区的每一处风景。大大刺激了浏览者的感受。 6.游戏对于游戏的开发，目前虚拟现实技术比较适合开发：角色扮演类、动作类、冒险解迷类、竞速赛车类的游戏，其先进的图像引擎丝毫不亚于目前的主流游戏引擎的图像表现效果，而且整合配套的动力学和AI系统更给游戏的开发提供了便利。 7.军事虚拟现实技术就是诞生于军事应用，在军事应用方面很多，包括：模拟战场，模拟操作，模拟驾驶，模拟装配等等。都需要通过VR技术来实现。而且在相关军事工作汇报中也会有VR技术的支持。 8.家电家电产品的展示、展览、发布上。运用虚拟现实技术不仅可以完美表现产品的外观，更能将其功能表现的淋漓尽致。而且家电行业产品种类繁多、数量庞大。市场需求量十分大，无论是使用全景虚拟还是视频虚拟还是三维虚拟技术都能在家电行业大有作为。

激光技术在医学临床上的应用

激光技术在医学临床上的应用 ——物理技术在医学上的应用【摘要】：应用是高新技术发展的一个重要推动力．本文从激光的基本特性出发，以激光与人体相互作用产生的热效应为根据，综合论述了激光在医学临床上的两种主要应用方式：激光凝固疗法和激光汽化疗法．【关键词】：应用激光医学临床激光技术激光汽化激光凝固疗法【引言】：激光是物质受激辐射产生的一种相干光，具有单色性好，高亮度，辐射方向性强等特点。这些特点使激光非常适合于疾病的诊断、监测和高精度定位治疗。1963年Goldm an等人用激光有效地治疗了皮肤病，从而揭开了激光医疗技术革命的序幕。随着各种新型激光器的研制与开发，激光技术在医疗领域的应用越来越广，形成了别具特色的激光疗法。激光疗法具有非接触、无侵袭等传统方法无可比拟的优点。激光用来治疗疾病时，就是利用激光高能量密度辐射对人体组织所产生的生物效应，这些生物效应主要包括: 光热效应、光压效应、光化效应、生物刺激效应、强电磁场效应等。本文从激光的生物效应机理以及临床应用方面阐述激光技术在医学上的若干应用。

一、临床应用 1. 激光诱导荧光光谱诊断近年来，激光诱导荧光技术在诊断恶性肿瘤方面的应用价值，已引起国内外肿瘤专家的关注。这种方法有利于在肿瘤早期找出其存在的部位，实现肿瘤的早期诊断与治疗。目前，人们利用激光诱导荧光法诊断肿瘤组织主要有两种方法: a. 外加光敏物质诊断根据荧光物质与肿瘤组织有比较强的亲和力的原理，在病人静脉注射或口服光敏剂后一段时间(一般为48~72h)接受激光照射，根据记录下来的荧光光谱特性曲线，便可以确定肿瘤的部位。但这种方法常受到其他组织荧光和自体荧光的干扰，容易引起误诊，所以这种非自身的激光诱导荧光从医学的角度来看尚待改进，医学界正致力于寻求更为有效且无副作用的染色药物。 b. 自体荧光光谱诊断该方法不用外源性荧光物质，利用人体组织在激光激励下产生的荧光，进行光谱特征分析，可以将肿瘤组织与正常组织区分开来。以荧光强度比为参数诊断胃癌在实验和临床上已获得成功。该方法能够避免注射或口服光敏药物所带来的副作用，不会损伤病变组织的生物状态和正常细胞的生理功能，因而是一种无侵袭诊断技术。同时该方法快捷、无损伤，避免了活检需长时间等待病理分析结果的缺点，它将会成为早期肿瘤诊断的一种重要手段。

虚拟现实技术在城市设计中的应用

虚拟现实技术在城市设计中的应用计算机信息技术的发展在城市规划、建筑设计、空间环境设计领域带来了不断深入的技术革命。首先是CAD技术使绘图自动化得以普及，随后，三维效果图与动画在详细规划和建筑设计中得到推广应用。最近几年，地理信息系统（GIS）与虚拟现实（VR）技术在城市规划和城市设计中发展起来。 1、城市设计的主要内容及其对计算机图形图像技术的要求城市设计简要地说就是为人们设计聚居地的一种艺术，它是城市规划的重要组成部分。城市设计所关心的是建筑实体的视觉效果；人与场所的连接性；活动空间与舒适环境的创造；整个城市景观改善的进程。城市设计要为建筑物实体及其空间布局，为建筑形式构图及其与周围空间的三维关系，为获得美学与社会质量成就进行视景布置建立整体框架。 1.1城市设计内容的层次性。城市设计的基本内容分为宏观、中观、微观三个层次。宏观层次：城镇分布与城市形象。城市设计的宏观层次包括在一定区域内的城镇分布；城乡一体化规划与景观设计；城市的格局与形态、功能组团、环境保护、基础设施、分区特色与舒适的环境、城市出入口、土地利用与活动场所等。城市设计的宏观层次内容与城镇体系规划相辅相成，不过城市设计更注重于城市的关键性特征与自然景观的构成；注重城市开发建设对自然景观、文化或社会经济资源的物质的和视觉质量的直接和间接影响。在对宏观层次的城市设计进行评价时，创造高质量的城市环境和优美的城乡视野成为重要准则。包括对自然山水景观的组织与利用，视觉特征物的适宜性和可视性，整体高度轮廓和体量的协调性，与传统景观的协调性等等。为应用ArcGIS对炎陵县的自然地理、人口分布、交通条件等进行综合分析作出的城镇布局。为应用ArcGIS对炎陵县重点发展地区的用地空间发展所作的规划。规划在宏观上充分考虑了炎陵县作为人文与生态旅游县的自然环境特色。中观层次：建筑物与空间。中观层次城市设计内容包括用地布局、建筑设计、交叉口与广场、街道和路网格局、视线走廊、连接度与整体性、体量与高度、地标物、开敞空间和公园、人行道与步行系统的连接等等内容。中观层次城市设计内容与城市总体或分区规划相辅相成，不过城市设计主要关注开发建设对自然景观的物质和视觉质量的直接和间接影响；人工建造物的适宜性和视角的关系；对光和空气

虚拟现实技术应用在医学手术仿真

虚拟现实技术应用在医学手术仿真 1.前言目前，VR技术在医学领域中有着广泛的应用，如远程和本地手术、手术计划、医生教育和手术训练、恐惧症和其他心理疾病的治疗、病人康复和技能训练、减轻疼痛等等[1]。它也被用在大规模医学病历的可视化上，以及用在医疗设施的建筑规划上。某些应用在一些发达国家已取得了很大的进步，如在仿真内窥镜、模拟手术、医疗培训和智能决策系统研制等方面，无论是在理论研究还是实际应用方面都取得了相当的成果。在医学手术仿真人体解剖图谱，要求所显示的器官形状、位置、颜色、动态效果非常精确和逼真。这就对图形图像处理技术提出了更高的要求、要涉及到图像分割、图像配准、图像显示、图像形变等一系列技术。由于VR数据量很大，精度要求非常高，并且要动态显示，因此对计算机的速度和存储容量都有很高的要求。当今的计算机技术已经能够生产出功能强大的计算机，为虚拟现实的应用提供了硬件的条件。在VR系统中，为了修改虚拟环境的状态，需要使用各种激励器模拟产生人的各种感觉，再用传感器收集它们的反馈信息，这些信息反映了VR环境的变化。总之在医学仿真训练是虚拟现实技术应用的一个重要领域。 2.当前虚拟医学手术仿真训练的技术难点随着计算机技术、传感器技术的飞速发展，虚拟医学手术仿真训练的研究在模型实时显示、器官组织纹理的制作、碰撞检测与定位和触觉传感等方面已经取得了一定的进展，并已有个别的成型系统研制成功，但当前虚拟医学手术仿真训练的研究还需解决如下技术难点：1.仿真的逼真性较低，主要原因是虚拟人体组织的精确解剖结构和实时显示算法仍有待改进；2.虚拟组织的各种行为模型的建立还不够完善和真实；3.多通道感觉的缺乏，目前研究大多集中于视觉虚拟，对其他感觉通道如听觉、触觉等较为缺乏，而在医学手术中力的反馈是非常重要的据的融合和复杂模型的LOD 模型优化等技术尚有待发展；4.由于西方人种与黄色人种在生理结构上有一定的差异，国外人体模型并不能完全适应我国的需要。因此，目前还没有适合于我国虚拟手术用的人体模型。

虚拟现实技术的历史与发展

虚拟现实技术的历史与发展摘要：虚拟现实技术作为一种综合多种科学技术的计算机领域新技术,已经涉及众多研究和应用领域,被认为是21世纪重要的发展学科以及影响人们生活的重要技术之一。本文介绍了虚拟现实技术的概念、特性以及发展历史和发展趋势，并对虚拟现实技术的应用前景进行展望。关键词：虚拟现实技术发展历史发展趋势一、虚拟现实的概念和特性虚拟现实(Virtual Reality，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物[1]。虚拟现实技术作为一种新的技术，主要有三个特性，分别是沉浸性、交互性和构想性。 1.沉浸性，是指利用计算机产生的三维立体图像，让人置身于一种虚拟环境中，就像在真实的客观世界中一样，能给人一种身临其境的感觉。 2.交互性，在计算机生成的这种虚拟环境中，人们可以利用一些传感设备进行交互，感觉就像是在真实客观世界中一样，比如：当用户用手去抓取虚拟环境中的物体时，手就有握东西的感觉，而且可感觉到物体的重量。 3.构想性，虚拟环境可使用户沉浸其中并且获取新的知识，提高感性和理性认识，从而使用户深化概念和萌发新的联想，因而可以说,虚拟现实可以启发人的创造性思维。二、虚拟现实技术的发展历程虚拟现实技术演变发展史大体上可以分为四个阶段：1963 年以前，蕴涵虚拟现实技术思想的第一阶段；1963年~1972 年，虚拟现实技术的萌芽阶段；1973 年~1989 年，虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段；1990 年至今，虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。第一阶段：虚拟现实技术的前身。虚拟现实技术是对生物在自然环境中的感官和动作等行为的一种模拟交互技术，它与仿真技术的发展是息息相关的。中国古代战国时期的风筝，就是模拟飞行动物和人之间互动的大自然场景，风筝的拟声、拟真、互动的行为是仿真技术在中国的早期应用，它也是中国古代人试验飞行器模型的最早发明。西方人利用中国古代风筝原理发明了飞机，发明家Edwin A. Link 发明了飞行模拟器，让操作者能有乘坐真正飞机的感觉。1962 年，Morton Heilig的“全传感仿真器”的发明，就蕴涵了虚拟现实技术的思想理论。这三个较典型的发明，都蕴涵了虚拟现实技术的思想，是虚拟现实技术的前身。第二阶段：虚拟现实技术的萌芽阶段。1968 年美国计算机图形学之父Ivan Sutherlan 开发了第一个计算机图形驱动的头盔显示器HMD 及头部位置跟踪系统，是虚拟现实技术发展史上一个重要的里程碑。此阶段也是虚拟现实技术的探索阶段，为虚拟现实技术的基本思想产生和理论发展奠定了基础。第三阶段：虚拟现实技术概念和理论产生的初步阶段。这一时期出现了VIDEOPLACE 与VIEW两个比较典型的虚拟现实系统。由M.W.Krueger 设计的VIDEOPLACE系统，将产生一个虚拟图形环境，使参与者的图像投影能实时地响应参与者的活动。由M.MGreevy 领导完成的VIEW 系统，在装备了数据手套和头部跟踪器后，通过语言、手势等交互方式，形成虚拟现实系统。第四阶段：虚拟现实技术理论的完善和应用阶段。在这一阶段虚拟现实技术从研究型阶段转向为应用型阶段，广泛运用到了科研、航空、医学、军事等人类生活的各个领域中，如美军开发的空军任务支援系统和海军特种作战部队计划和演习系统，对虚拟的军事演习也能达到