31420 医学虚拟现实技术研究
医学论文
医学虚拟现实技术研究
Abstract：Medical Virtual Reality Technology （Medical Virtual RealityTechnology），as an emerging discipline is now being gradually developed.It isa new multi-disciplinary field of cross-over study with aspects in medicine，biomechanics，mechanics，materials science，computer graphics，computer vision，robotics，and mathematical analysis.The medical virtual reality technology isprogressively becoming an essential part the medical field.It is an importantfield that will lead to the discovery of new medical technology.
Keywords：data filtering；data conversion；VIVED；stereo image
1.虚拟视觉环境显示（Virtual Visual Environment Display-VIVED）
由美国宇航局约翰逊宇航中心（JSC）等部门，使用虚拟现实技术为人们提供了一个别出心裁的医学教育策略。它集成了所有囊括人类颅骨和心脏的虚拟现实技术，为人们提供了与其他多媒体（音频、视频等）的交互能力[1]。
2.虚拟手术（Virtual Surgery）
作为医学虚拟现实技术领域正在发展起来的一个研究方向，其目的是利用各种医学影像数据，采用虚拟现实技术，在计算机中建立一个摸拟环境，医生借助虚拟环境中信息进行手术计划制定，手术演练，手术教学，手术技能训练，术中引导手术，术后康复等工作，虚拟手术充分体现虚拟现实作为计算机图形学在医学治疗过程的作用。
图1 通过人体体验虚拟现实所需的步骤
3.硬件
一台由Silicon Graphics公司生产的Reality Engine 计算机，被用来打开计算轴向体层摄影术（CAT/CT）和磁共振成像切片，放入三维容积图像和可产生身体"飞行"观察效果的电影中。在具有16M内存的Macintosh IICX计算机上观看最终的3D图像。之所以先择Mac是因为它的性价比和音像都优于同类PC，另外它在北美各学校系统被广泛使用，可以说它是桌面多媒体的领跑者，并且有各种各样
的软件和硬件支持它。而VR电影可以存储在硬盘上，或转移到CD上，并通过红蓝眼镜观看。它也可以使用虚拟现实头戴式显示器（HMD）或双目全方位显示器（臂架系统）查看。最终图像可以存储在CD-ROM或激光视盘上。
4.软件
4.1 文件转换和数据准备
加尔维斯顿提供的厚度为1.5mm的人类头骨CAT/CT切片和心脏的MRI的切片被用于创建3D图像。在对头骨的CT 扫描过程中要经过一个泡沫带，因此会有一些无用数据被生成。颅骨扫描的结果是生成一个数据集，其中有超过120片通过颅骨，60片通过下颌骨（下巴），而心脏的MRI扫描可导出200片的数据集。将医学分会创建的数据文件，送至IGOAL公司（集成显卡，操作和分析实验室）。在那里进行扫描和筛选，去除无关数据，且尽可能不丢失任何重要信息。IGOAL公司开发出一种名为“Ctimager”的工具，用于阈值计算，从而把切片中不需要的噪声和无关数据去掉。
4.2 数据过滤和体数据转换为多边形数据
使用被IGOAL称为“dispfly”的开发工具，在稍后可将转换大量的数据直接由计算机显示出来。此工具用于多
个过滤算法准备CT和磁共振成像数据转换为多边形的窗体。解剖模型是基于移动的多维数据集算法生成的。滤波处理通常包括阈值化的数据，以消除大部分噪声的。一个低通滤波器被用于最小化，将产生一个不规则的表面凹凸不平，当输入到算法中的高频噪声。这个过程产生相对平滑的表面，其近似扫描样品，并减少产生的噪声的多边形数量。一个独特的过滤器对心脏数据仅平滑扫描之间的数据创建，是不需要其他的过滤[2]。由于心脏和颅骨有大量的数据集切片，几种模式被建立，其中每一个代表一个少量切片。一个网格算法，“meshit”，后来发展到提高显示性能。这种算法转换成高效条状的三角形的原始集合。平均超过100三角形组成每个三角形条带。。
4.3 产生立体图像
建成模型后，立体声序列被渲染。IGOAL公司开发了一种名为OOM（面向对象操纵器）工具，用来把经过渲染的每一帧存储到磁盘上，这些图像用红色和蓝色的色彩分离为代表的立体图像。一旦这些序列被记录到磁盘上，数据的格式就被转换成Macintosh.pict格式，全彩色图像序列的按非立体观看转移到Mac上。
4.4 立体影像及多媒体
对Mac图像进行编辑，以产生所希望的效果，如数字化的尸体覆盖或插入文本描述什么正在被观看。使用Apple 的QuickTime扩展，图像被转换为QuickTime电影动画在Mac上。 5.结论
CT扫描头骨的医疗图像，由Macintosh计算机通过处理头盔显示器或臂式系统的信息，最终生成高质量VR图像。目前科学家正试图用磁共振的成像数据生成了一个心脏VR模型。
初步结果显示，可以使用这种类型的成像数据开发出高分辨率模型。而为了保持高质量VR成像目标，大量的数据是用帧序列来描述的，由此会产生一些问题。为了缓解这个问题，科学家们正在探讨替代的硬件和软件解决方案。
另一个问题是该技术针对HMD的显示系统。为保持一个高品质的虚拟现实体验，液晶显示器对分辨率没有要求。在CRT显示器在多种教育平台上都可以满足分辨率的要求，但是成本过高。外科手术模拟可能成为例程，尤其是在制定综复杂和罕见的手术方案时。
6.在VIVED的应用和研究现状
当前的研究，强调创建一个高分辨率的人体虚拟现实模拟器用于教育目的的重要性。而应用这项技术必须充分理解其复杂的三维关系，如在下面的领域：解剖学教育，各类机械设备，生化，病理学研究，外科医生，模拟整形外科和利用内窥镜培训外科医生等。
7.其他应用程序
随着医学虚拟现实技术的发展，新的教育解决方案和策略如雨后春笋般不断出台。如北卡罗莱纳大学教堂山分校利用超声波，MRI和X射线创建的动态影像放射治疗的“预测”模型。达特茅斯医学院创造出人脸和下肢的数学模型，用于研究外科手术的效果评估。绿叶医疗系统在帕洛阿尔托开发出“EVAL”和“手套健谈”系统，作为实现“评估和演示”系统。使用传感器做衬里的数据手套和数据西装获取更大的使用范围，对运动损伤和残疾病人进行行之有效的损伤程度度量。“手套健谈”是帮助病人康复的数据手套的手语装置，让人无需发声（中风或脑性麻痹患者），仅使用计算机能够理解的手势。而使用头盔显示器使得需要康复的病人可以重新学习，如开关门，行走，点或转身的行为[3]。
8.结语
将CT扫描的头骨医学图像在Macintosh电脑上使用一个头盔显示器或臂架系统便可生成高质量的VR图像。目前科学家们正在开发根据磁共振成像数据生成心脏的VR模型。初步的研究结果表明，高分辨率模型可以使用这种方法的成像数据技术来实现。要想维持高质量虚拟现实的目标成像，必须适当调整“飞穿”的帧序列的数据量。而其它文明拟定的硬件和软件解决方案也正是为了探索缓解这一问题。再有就是该技术是针对HMD的显示系统技术。因为在各种医学教育平台中，LCD显示屏不涉及维持高质量的虚拟现实问题，而要实现高分辨率CRT显示器的成本又太高。
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 ,
虚拟现实技术、仿真与医学的关系
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。
虚拟现实技术在医学中的应用
【综合】虚拟现实技术在医学中的应用 姜红，王利，张兆臣 （泰山医学院，山东泰安２７１０１６）Ｅ皿盈口互四卫匝丑匠曝中国医疗设备 ［摘要】虚拟现实技术是多学科交叉融合的结晶，目前已经在许多领域得到了广泛应用与快速发展。本文介绍了虚拟现实技术在虚拟手术、远程医疗、康复训练、医学教育与培训等几个方面的应用，并对虚拟现实技术在医学中的应用前景进行了展望。 【关键词】虚拟现实；虚拟手术；远程医疗；康复训练；医学教育 【中图分类号】Ｒ３１９［文献标志码】Ｂ【文章编号］１６７４—１６３３（２００８）０８－－００４９－０４ ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ ＪＩＡＮＧＨｏｎｇ，ＷＡＮＧＬｉ，ＺＨＡＮＧＺｈａｏ－ｃｈｅｎ （ＴａｉｓｈａｎＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉ’鲫Ｓｈａｎｄｏｎｇ２７１０１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｈｎｋａｎｄａｎｍｌｇａｍａｔｉｏｎｏｆｍａｎｙｓｕｂｊｅｃｔｓ，ｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｕｐｔｉⅡｎｏｗａｎｄｄｏｕｂｌｅ－ｑｕｉｃｋｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｄｏｍａｉｎｓ．Ｉｎｔｈｅｍ，ｔｈｅａｐｐｈｃａｆｉｏｎａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃａｌｄｏｍａｉｎｈａｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｃｏｍｅｔｏｆｒｏｎｔ．ｎｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｌｏｔｓｏｆｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈ弱ｖｉｒｔｕａｌｓｕｒｇｅｒｙ，ｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅｍｅｄｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎａｎｄｅｘｅｒｃｉｔａｔｉｏｎ，ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｉｎｉｎｇ，ｅｒｅ，ａｎｄｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｔｈｅａｐｐｈｅａｆｉｏｎｏｆＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃａｌｄｏｍａｉｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｒｔｕａｌｒｅａｌｉｔｙ；ｖｉｒｔｕａｌｓｕｒｇｅｒｙ；ｔｅｌｅ－ｍｅｄｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｒｅｈａｂｆｉｉｔａｆｉｏｎ；ｍｅｄｉｃａｌｅｄｕｃａｔｉｏｎ ０前言 虚拟现实（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙ，ＶＲ）是由计算机产生一个集视、听、嗅、触ｆ１１、力、运动觉等感觉于一体的沉浸交互式虚拟环境，操作者借助必要的交互、传感与跟踪、显示设备以人类自然的方式从任何角度与虚拟三维环境中的物体进行交互，产生身临该虚拟环境的感受与体验。该虚拟环境可以是对某一现实领域的模拟，也可以是对某一构想世界的仿真ｆ２Ⅱ，１１４１。可以说，虚拟现实技术是计算机图形学、医学图像处理、可视化技术、软件工程、人机接口技术、传感与测量技术、仿真技术、模式识别、人工智能、分布实时处理技术、网络技术等多学科交叉融合的结晶。虚拟现实技术为人们探索宏观世界、微观世界以及出于种种原因不便于直接观察事物的运动变化规律，提供了极大的便利。迄今为止，已经在航天、军事、通信、医疗、教育、娱乐、建筑、制造业与商业等各个领域得到了广泛应用及快速发展。 １虚拟现实技术在医学中的应用 １．１虚拟手术 收稿日期：２００７—１２－１１ 虚拟手术（ＶｉｒｔｕａｌＳｕｒｇｅｒｙ）系统是专门用来对手术全过程进行仿真的虚拟现实应用系统１５Ｉ，主要包括虚拟建模、医学数据的可视化、人体组织器官的应力形变仿真、传感与反馈、高速图形显示与图像处理等几部分。其中，虚拟建模包 含虚拟环境（场景）的建模及虚拟人体组织、器官甚至血供 等的建模。医学数据的可视化是将ＣＴ、ＭＲＩ及ＰＥＴ等得到 的二维断层数字影像经过图像处理转变为三维立体模型， 并可进行多视角显示，辅助医生对病灶及周围组织器官血 供等情况进行分析【５１。输入设备在使用自由度和空间活动 范围上都应该尽量模拟真实的手术器械，能够实时捕捉操作者的动作并通过传感设备向计算机系统报告，计算机便 会检测虚拟手术器械与研究对象模型间的碰撞，并在符合 切割的条件下进行模型分裂，计算其形变，通过反馈装置将 组织器官血供等形变的反作用力实时力反馈给操作者以便 其实时掌握操作进度及进行下一步操作，与此同时，实时获 得组织器官血供等几何形状及物体性能的改变，进行真实 感的图形绘制并高速显示出来，为操作者提高视觉反馈Ｉｓｌ。这样，虚拟手术系统就在视觉、触觉、力觉等感官上为操作 者提供了手术场景的真实再现。 １．１．１机器人辅助手术系统机器人辅助手术（ＲｏｂｏｔＡｓｓｉｓ—ｔａｎｔＳｕｒｇｅｒｙ，ＲＡＳ）系统，通常被用于微创手术精确定位，同 ４９掰恐岩８期 万方数据
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
虚拟现实技术在医学领域地应用概述
研究生课程考试成绩单 （试卷封面） 院系学习科学中心专业学习科学学生姓名田水学号143369 课程名称虚拟现实技术课程编号S301108 授课时间2014~2015学年第1~18周周学时 2 学分 2 考核论题虚拟现实技术在医学领域的应用概述 简 要 评 语 总评成绩 （含平时成绩） 备注 任课教师签名： 日期： 注：1. 以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。“简要评语缺填无效。 2. 任课教师填写后与试卷一起送院系研究生教务员处。 3. 学位课总评成绩以百分制计分。
虚拟现实技术在医学领域应用概述 1.虚拟现实概念 从本质上说虚拟现实技术就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视、听、触等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的操作，从而减轻用户的负担、提高整个系统的工作效率。根据VR所应用的对象的不同，VR的作用可以表现为不同的形式，例如将某种概念设计或构思可视化和可操作化；实现逼真的遥现场效果；达到任意复杂环境下的廉价模拟训练目的等。 虚拟现实的定义可以归纳如下:虚拟现实是利用计算机生成一种模拟环境(如飞机驾驶舱、操作现场等)，通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。这里所谓模拟环境就是用计算机生成的具有表面色彩的立体图形，它可以是某一特定现实世界的真实体现，也可以是纯粹构想的世界。传感设备包括立体头盔（Head Mounted Display）、数据手套（Data Glove）、数据衣（Data Sult）等穿戴于用户身上的装置和设置于现实环境中的传感装置（不直接戴在身上)。自然交互是指日常使用的方式对环境内的物体进行操作（如用手拿东西、行走等）并得到实时立体反馈。 虚拟现实技术具有以下四个重要特征： (1)多感知性（Multi-Sensory） 所谓多感知就是说除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知、甚至应该包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实技术应该具有一切人所具有的感知功能。由于相关技术，特别是传感技术的限制，目前虚拟现实技术所具有的感知功能仅限于视觉、听觉、力觉、触觉、运动等几种，无论从感知范围还是从感知的精确程度都无法与人相比拟。 (2)存在感（Presnece） 又称为临场感（Immersion），它是指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度（例如可视场景应随着视点的变化而变化），甚至比真的还“真”，如实现比现实更逼真的照明和音响效果等。 (3)交互性（InIteraetion）
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使用及进展 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，它和多媒体、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使用。 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、图像处理和模式识别，智能技术、传感技术、语言处理和音响技术、网络技术等多门科学，是现代仿真技术的进一步发展和使用。使用者借助必要的设备自然地和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，和之产生互动，进行交流。通过参和者和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，启发参和者的思维，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、使用软件系统、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使用。 软件系统：软件系统是实现VR技术使用的关键。VR技术在国外的使用比国内早，目前具有代表性的桌面VR技术有：Web3D中的X3D、VRML、Java 3D、Cult3D Viewpoint、Atmosphere，以及使用于服务器上的Superscape VRT、EAI Sense 8 World ToolKit、MPI Vega等，它们为VR技术在虚拟医学系统中使用提供了工具。 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使用到医学，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缩放。这一举措对解剖学的教学来说有着非同一般的意义。德国汉堡大学医用数学和计算机研究
31420 医学虚拟现实技术研究
医学论文 医学虚拟现实技术研究 Abstract：Medical Virtual Reality Technology （Medical Virtual RealityTechnology），as an emerging discipline is now being gradually developed.It isa new multi-disciplinary field of cross-over study with aspects in medicine，biomechanics，mechanics，materials science，computer graphics，computer vision，robotics，and mathematical analysis.The medical virtual reality technology isprogressively becoming an essential part the medical field.It is an importantfield that will lead to the discovery of new medical technology. Keywords：data filtering；data conversion；VIVED；stereo image 1.虚拟视觉环境显示（Virtual Visual Environment Display-VIVED）
由美国宇航局约翰逊宇航中心（JSC）等部门，使用虚拟现实技术为人们提供了一个别出心裁的医学教育策略。它集成了所有囊括人类颅骨和心脏的虚拟现实技术，为人们提供了与其他多媒体（音频、视频等）的交互能力[1]。 2.虚拟手术（Virtual Surgery） 作为医学虚拟现实技术领域正在发展起来的一个研究方向，其目的是利用各种医学影像数据，采用虚拟现实技术，在计算机中建立一个摸拟环境，医生借助虚拟环境中信息进行手术计划制定，手术演练，手术教学，手术技能训练，术中引导手术，术后康复等工作，虚拟手术充分体现虚拟现实作为计算机图形学在医学治疗过程的作用。 图1 通过人体体验虚拟现实所需的步骤 3.硬件 一台由Silicon Graphics公司生产的Reality Engine 计算机，被用来打开计算轴向体层摄影术（CAT/CT）和磁共振成像切片，放入三维容积图像和可产生身体"飞行"观察效果的电影中。在具有16M内存的Macintosh IICX计算机上观看最终的3D图像。之所以先择Mac是因为它的性价比和音像都优于同类PC，另外它在北美各学校系统被广泛使用，可以说它是桌面多媒体的领跑者，并且有各种各样