北京协和医院：虚拟现实手术模拟器的创新之路
北京协和医院：虚拟现实手术模拟器的创新之路
近日，北京协和医院耳鼻喉科自主研发了一款针对鼻颅底区域的高仿真度、高性价比的“鼻窦-颅底虚拟现实内镜教学系统”，为医学生和医生提供更为直观、全面的解剖学习和手术训练体验，提供目前VR技术条件下的鼻内镜教学体验，并形成相关研究论文和知识产权。该项目得到了中央高水平医院临床科研专项的支持。
系统创新性
鼻窦-颅底区域是人体解剖最复杂的区域之一，学习困难大、曲线长。传统教学方法基于文字和二维图片，构建三维立体思维困难。近十年来，经鼻内镜颅底手术技术发展迅猛，亟需新的教学方法让学员更快掌握复杂的手术原理。
鼻窦-颅底虚拟现实内镜教学系统（以下简称“教学系统”）创新性地融合了“3D计算机仿真技术”和“半实物仿真技术”，兼具三维解剖结构教学、三维手术导航教学和内镜模拟探查教学的功能，并突出了鼻颅底虚拟教学功能，在国内外相关领域具有独特的功能和技术优势。
与国外的耳鼻喉教学训练产品相比，本项目“全国产化”从零开始，建立高分辨、高仿真头颅内镜基本模型，并首次针对翼腭窝、颞下窝等解剖复杂的鼻颅底区域，梳理解剖及手术要点，提供更加清晰、完备、深入的鼻窦-颅底解剖学习内容；通过将虚拟模型和3D打印的实物模型相配合，并在力反馈手柄上增加延长杆，可提供高逼真度的、手眼一致的内镜模拟探查交互体验。
作为医生精细的“第三只眼”，系统如同“超级侦探”一样，既可以进行基于人工建模的灵活交互式模拟探查，又可以进行基于高清影像数据的手术导航式模拟探查，在业界首次融合了三维解剖教学和VR仿真教学的核心功能，在教学上兼备二者的优势。
内镜教学场景如同一台微型摄像机，细微地捕捉鼻窦-颅底区域每一个镜头，创新性地分为全局内镜探查和局部内镜探查。前者侧重于内镜下的解剖结构的全局导航，后者侧重于对典型局部解剖结构的详细注解，并提供了精细内镜操作及多个内镜视角以加强学员的三维认知。
“操作更接近手术环境”，与传统的解剖学习模型和手术训练工具相比，该系统可让学员“沉浸式”体验真实鼻内镜操作环境。左手持内镜，内镜可根据情况随时切换为0°、30°、70°；右手持器械，可根据情况切换为探针、吸引器、剥离子等手术器械；还可帮助初级学员进行内镜操作、双手配合等训练，提高“内镜手感”。其中，操纵力反馈手柄模拟内镜、器械“触及”鼻腔结构时，如鼻中隔、鼻甲，或内镜与器械“打架”，双手可明显感到阻力，获得现场做手术时的逼真体验。
基于VR技术的鼻内镜教学系统为鼻颅底区域解剖学习和手术训练提供更为便捷和高效的解决方案，助力培养以“胜任力”为导向的医学生、耳鼻喉头颈外科住院医师及初级专科医师，为3+2+X的课程管理体系提供3D影像分析和手术模拟训练，有望成为住培基地过程化管理的智能终端。
临床应用价值
在实际教学应用中，该系统展现出显著优势：
提升学习效率：通过三维可视化和虚拟现实技术，学员能够更直观地理解复杂解剖结构，缩短学习曲线。
增强操作技能：力反馈功能让学员在模拟环境中获得真实手术触感，有效提升手术操作能力。
降低培训成本：相比传统实物模型，虚拟现实系统可重复使用，减少耗材成本。
个性化教学：系统可根据学员水平调整难度，实现因材施教。
未来发展前景
随着虚拟现实技术的不断进步，该教学系统有望在以下几个方面进一步发展：
智能化升级：结合人工智能，实现更精准的手术导航和实时反馈。
远程教学：通过网络平台，实现优质教学资源的远程共享。
跨学科应用：将虚拟现实技术推广至更多医学领域，如神经外科、心血管手术等。
临床辅助：从教学延伸至临床，辅助医生进行手术规划和预演。
北京协和医院自主研发的鼻窦-颅底虚拟现实内镜教学系统，不仅体现了我国在医疗科技创新领域的实力，更为医学教育和临床实践带来了新的可能性。这一创新成果有望推动我国乃至全球的医学教育迈向新的高度。