作為公認(rèn)的尖端醫(yī)療技術(shù)，VirtaMed腹腔鏡使用Unity的實(shí)時(shí)3D數(shù)字孿生技術(shù)和集成觸覺(jué)反饋來(lái)提供超逼真的手術(shù)訓(xùn)練。

總部位于瑞士的醫(yī)學(xué)教育混合現(xiàn)實(shí)模擬器開(kāi)發(fā)商VirtaMed提出了一項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)模擬解決方案，該解決方案降低了傳統(tǒng)外科培訓(xùn)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。他們通過(guò)利用Unity的數(shù)字孿生技術(shù)來(lái)重現(xiàn)復(fù)雜的手術(shù)訓(xùn)練場(chǎng)景，VirtaMed的創(chuàng)新性虛擬現(xiàn)實(shí)腹腔手術(shù)培訓(xùn)方案正在徹底改變醫(yī)生學(xué)習(xí)手術(shù)的方式。

布勞沃德健康中心FACS項(xiàng)目主任醫(yī)學(xué)博士伊萬(wàn)·普恩特博士（Dr. Ivan Puente）說(shuō)到：“從走進(jìn)模擬器的那一刻起，你就可以像在手術(shù)室里一樣進(jìn)行訓(xùn)練。模擬器能夠精確地模擬真正的病人所反應(yīng)的癥狀。模擬器甚至可以模擬出一些極其復(fù)雜的并發(fā)癥，如，可以血管出血或膽汁滲漏等，這可以幫助住院醫(yī)生為實(shí)際手術(shù)做出更好、更完備的訓(xùn)練。手術(shù)前的模擬訓(xùn)練提升了醫(yī)生的技能，同時(shí)也提高了患者在接受手術(shù)中的安全性。”

在這篇文章中，我們將介紹VirtaMed基于實(shí)時(shí)3D數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建的模擬器訓(xùn)練程序，以及盤(pán)點(diǎn)一些模擬手術(shù)訓(xùn)練的好處。

建立更好的培訓(xùn)計(jì)劃

讓病人接受更專(zhuān)業(yè)更安全的手術(shù)治療

傳統(tǒng)的外科培訓(xùn)是基于“看一個(gè)、做一個(gè)、教一個(gè)”的模式。然而，這種模式在一個(gè)擁有先進(jìn)的醫(yī)療技術(shù)的世界中并不適用。VirtaMed認(rèn)為，外科醫(yī)生第一次進(jìn)行手術(shù)絕不應(yīng)該是在真實(shí)的病人身上。腹腔鏡混合現(xiàn)實(shí)模擬器允許外科醫(yī)生在超現(xiàn)實(shí)和無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中進(jìn)行腹腔鏡（通過(guò)腹壁切口插入小攝像頭）和婦科手術(shù)的“數(shù)字人”培訓(xùn)。

將超逼真的實(shí)時(shí)三維可視化與提供觸覺(jué)反饋的創(chuàng)新仿真平臺(tái)相結(jié)合，vir馴服了一個(gè)打破傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)訓(xùn)練模式的腹腔鏡訓(xùn)練模擬器。它將醫(yī)療培訓(xùn)學(xué)習(xí)曲線(xiàn)的負(fù)擔(dān)從患者身上卸下，并將其放在模擬器上。

提升培訓(xùn)效果

科學(xué)研究已經(jīng)證明，與傳統(tǒng)方法相比，模擬器的應(yīng)用極大地提高了培訓(xùn)效果。高質(zhì)量的模擬體驗(yàn)可以讓受訓(xùn)者減輕對(duì)自己的懷疑，沉浸在培訓(xùn)場(chǎng)景中。例如，如果一個(gè)虛擬病人在訓(xùn)練中突發(fā)流血癥狀，它的表現(xiàn)能夠讓醫(yī)生從視覺(jué)和感官上感受到足夠的真實(shí)，從而讓受訓(xùn)者真正投入到尋求快速解決方案的訓(xùn)練中。

腹腔鏡模擬器還可以以毫米精度記錄受訓(xùn)者的行為，它不僅能對(duì)受訓(xùn)者在手術(shù)過(guò)程中的表現(xiàn)提供有價(jià)值的反饋，還能對(duì)模擬患者的潛在行為結(jié)果提供反饋。

使用腹部和其他身體部位的數(shù)字孿生體進(jìn)行模擬訓(xùn)練，不僅加快了新手醫(yī)生對(duì)于手術(shù)學(xué)習(xí)進(jìn)度，讓新外科醫(yī)生能夠更快地進(jìn)入手術(shù)室，還通過(guò)支持實(shí)時(shí)多人團(tuán)隊(duì)進(jìn)入訓(xùn)練場(chǎng)景，降低了整體訓(xùn)練的成本。

普及外科手術(shù)技能

在傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)教學(xué)中，專(zhuān)業(yè)外科醫(yī)生通過(guò)帶學(xué)徒的方式分享他們的技能。這種訓(xùn)練方法依賴(lài)于老師的技能等級(jí)。VirtaMed的目標(biāo)是將一些全球公認(rèn)的外科手術(shù)專(zhuān)家的高超技術(shù)轉(zhuǎn)化為模擬器程序，從而讓任何使用模擬器的受訓(xùn)者都可以體驗(yàn)并學(xué)習(xí)這些技術(shù)。

通過(guò)使用機(jī)器學(xué)習(xí)，VirtaMed的模擬平臺(tái)使用專(zhuān)家外科醫(yī)生技術(shù)動(dòng)作數(shù)據(jù)來(lái)量化最佳外科手術(shù)技術(shù)。專(zhuān)家們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)被轉(zhuǎn)化為模擬數(shù)據(jù)，并作為衡量學(xué)員表現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)員還會(huì)收到基于這些專(zhuān)家衍生標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)反饋。通過(guò)基于數(shù)字孿生的模擬培訓(xùn)，眾多外科專(zhuān)業(yè)手術(shù)技能得到了普及。

“我們使用顛覆性技術(shù)來(lái)改進(jìn)為患者服務(wù)的外科手術(shù)培訓(xùn)方案。憑借Unity在其游戲領(lǐng)域的大量經(jīng)驗(yàn)與先進(jìn)性的創(chuàng)新，我們終將為未來(lái)的手術(shù)培訓(xùn)領(lǐng)域創(chuàng)造出更大的貢獻(xiàn)。”VirtaMed公司聯(lián)合首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人Stefan Tuchschmid說(shuō)道。

從理論到現(xiàn)實(shí)

腹腔鏡手術(shù)模擬器的創(chuàng)建過(guò)程

在創(chuàng)建該解決方案之前，VirtaMed首先確定了他們需要一個(gè)實(shí)時(shí)3D引擎，使其現(xiàn)有技術(shù)能夠擴(kuò)展，以支持能夠復(fù)制真實(shí)手術(shù)室程序的機(jī)制和具有復(fù)雜性的先進(jìn)的圖形。

VirtaMed的高級(jí)軟件工程師巴茲爾·菲爾茲（Basil Fierz）向我們解釋了公司最終選擇Unity作為其技術(shù)合作伙伴的原因：

Unity致力于創(chuàng)建投資和改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)，VirtaMed通過(guò)了解Unity高清渲染管道的潛在功能（HDRP）確定其可以用來(lái)表現(xiàn)和顯示復(fù)雜的圖形信息。

Unity引擎與生俱來(lái)的可擴(kuò)展性使VirtaMed能夠?qū)⑵洮F(xiàn)有的物理模擬工具擴(kuò)展到Unity中，從而消除了重啟另一個(gè)物理引擎的需要。

Unity’s Integrated Success保證了VirtaMed團(tuán)隊(duì)的整體結(jié)構(gòu)，使其能夠從容地推進(jìn)開(kāi)發(fā)邊界。

“Unity開(kāi)發(fā)者關(guān)系經(jīng)理是我們與Unity整個(gè)團(tuán)隊(duì)聯(lián)系的橋梁，他幫助我們高效地與從工程到營(yíng)銷(xiāo)的每個(gè)人建立聯(lián)系。我們的定期會(huì)議不僅限于日常主題，我們?cè)跁?huì)議中經(jīng)常會(huì)提到一些我們想要加以改進(jìn)的內(nèi)容和一些建議增加的新功能，這有效的改進(jìn)了我們的工作流程。”VirtaMed高級(jí)軟件工程師，巴茲爾·菲爾茲，博士說(shuō)到。

開(kāi)發(fā)超逼真的模擬體驗(yàn)

通過(guò)采用Unity，VirtaMed能夠?qū)⒈普娴囊曈X(jué)資產(chǎn)和觸覺(jué)反饋結(jié)合在一起，獲得高級(jí)的訓(xùn)練體驗(yàn)，這是腹腔鏡模擬器所獨(dú)有的。通過(guò)將其現(xiàn)有的物理引擎作為一個(gè)模塊直接集成到Unity中，VirtaMed能夠準(zhǔn)確地表示內(nèi)部器官的實(shí)際運(yùn)作行為以及手術(shù)工具與這些器官的互動(dòng)。

在最初的開(kāi)發(fā)階段VirtaMed側(cè)重于確保模擬器官的行為與真實(shí)器官一樣。VirtaMed通過(guò)整理信息來(lái)源來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這些信息源包括如醫(yī)療過(guò)程的實(shí)際視頻片段、對(duì)手術(shù)過(guò)程的理解、對(duì)手術(shù)的觀察以及醫(yī)生的操作行為等。物理模擬能夠?qū)εc手術(shù)工具的互動(dòng)作出反應(yīng)，工具計(jì)算反饋力并將這些力傳遞給模擬器套管針工具以提供觸覺(jué)反饋。

VirtaMed基于Unity創(chuàng)建的平臺(tái)還為當(dāng)?shù)嘏嘤?xùn)團(tuán)隊(duì)提供了靈活性，以幫助其適應(yīng)手術(shù)實(shí)踐中的地區(qū)差異，例如外科醫(yī)生將自己定位在患者的哪一邊。類(lèi)似這樣的功能可以根據(jù)教練的喜好輕松啟用或禁用。

在開(kāi)發(fā)階段，VirtaMed團(tuán)隊(duì)使用了Unity’s Furioos內(nèi)部測(cè)試的流式解決方案。Furioos基于云端的流技術(shù)使其在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)復(fù)雜的交互式3D應(yīng)用程序變得非常容易，這幫助其快速進(jìn)行協(xié)作設(shè)計(jì)審查。

同時(shí)，VirtaMed還基于Unity開(kāi)發(fā)了物理模擬機(jī)器。通過(guò)使用Unity的Furioos解決方案對(duì)模擬進(jìn)行設(shè)計(jì)審查，避免了模擬器硬件生產(chǎn)中不必要的設(shè)計(jì)失誤導(dǎo)致延遲。

規(guī)劃未來(lái)

基于腹腔鏡訓(xùn)練模擬器的成功，VirtaMed計(jì)劃在未來(lái)12個(gè)月內(nèi)將現(xiàn)有產(chǎn)品遷移到Unity，并將Unity投入到未來(lái)的產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)之中。

通過(guò)使用Unity Editor，VirtaMed可以更快地創(chuàng)建內(nèi)容，并將其優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到更廣泛的產(chǎn)品之中，包括為其他行業(yè)客戶(hù)構(gòu)建更小的定制性項(xiàng)目。未來(lái)VirtaMed計(jì)劃建立培訓(xùn)計(jì)劃技能庫(kù)，以涵蓋更罕見(jiàn)的案例場(chǎng)景。通過(guò)使用Unity的數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建仿真平臺(tái)，VirtaMed確保其在模擬訓(xùn)練行業(yè)中的領(lǐng)先位置。