虚拟现实康复原理与应用设计 课件 【ch01】绪论

虚拟现实康复原理与应用设计教育部高等学校生物医学工程类专业教学指导委员会“十四五”规划教材康复科学与技术系列教材绪论第一章虚拟现实基本概念01虚拟现实(VirtualReality,VR)是一种以计算机及其图形化显示为基础构建起来的多感觉融合人机交互技术，其核心是由视觉、听觉、触觉等信息整合形成的沉浸式虚拟环境(VirtualEnvironment,VE),用户通过人机交互平台“置身于”虚拟环境并与其中的虚拟对象实现互动。相比传统的人机交互方式，如鼠标、键盘、触摸屏等,VR技术打破了传统的通过数据输入/输出设备进行简单联系的交互模式，使人与计算机之间能够以更加自然的方式(如手势、眼动、体动等)进行交互。增强现实增强现实是一种将真实世界与虚拟信息融合在一起的图像/图形技术。它与虚拟现实最大的不同在于，增强现实技术是把计算机产生的虚拟对象实时、准确地叠加到真实场景或对象上，而虚拟现实技术所呈现的是纯粹的虚拟场景及虚拟对象。增强现实用户感受到的更多的是一种添加了虚拟物体的真实世界，它不仅可以展示真实世界的信息，而且将虚拟的信息同时显示，两种信息相互补充、叠加。混合现实混合现实是物理世界与数字世界的混合，它是一种技术组合，既能在虚拟场景中融入现实对象，也能相现实对象转化成虚拟化身，可以认为混合现实是数字孳生的一种重要技术模式。混合现实可以实现虚拟与现实之间的自由切换。虚拟现实与医疗健康02医学知识学习将人体各器官的解剖结构和生理学、数学模型存储在一个数据库中，根据医学学习需要将其通过三维可视化技术进行展示，例如，需要特别显示某些细节，或者从不同视角进行观察。此外，还可以用于开展虚拟解剖知识学习和解剖手术练习。01医疗急救培训想要有效地完成医疗急救工作，医护人员需要有充分的“演练”，这可以在一个虚拟环境中完成，包括构造一个虚拟的急救室和急救设备配置，为虚拟病人设置任何部位及任何程度的伤害。在一个交互式的虚拟训练环境中，让接受训练的医护人员可能治愈这位“病人”，也可能造成更大的伤害以至发生医疗事故。另外，在操作中还可以靠时间约束来增加受训练者的心理紧张程度，或者加入一些随机性干扰因素以增加训练难度。02内窥镜手术训练通常情况下，要达到一个初级的内窥镜手术医生水平，一般要在有人指导的情况下完成近30个病例。传统的内窥镜手术训练可以在外科手术训练设备上实际操作，也可以使用动物模型，但都要花费更多时间和费用。目前已经开发出用于内窥镜手术训练的虚拟环境，它提供了各种虚拟手术器械和病人模型，医生可以使用最新的设备和技术对虚拟病人施行各种手术。03放疗计划为了提高放疗效率，减小对周围无关组织或器官的损伤，在治疗前，应把目标区域的轮廓细致地展示在医生眼前，并计算出不同部位最理想的照射剂量。这种放疗计划可以在虚拟环境中实现，也就是先在虚拟病人身上模拟，根据具体情况不断改进计划，优化调整剂量，模拟射线对生物组织的作用效果，直至做到既有效杀死癌细胞，又使周围组织或器官损伤最小。04外科手术模拟复杂的外科手术需要预先设计并评估手术效果，许多手术部位周围都有神经等重要组织，利用虚拟现实技术可以在术前通过在虚拟病人身上模拟手术过程来模拟完成手术操作，以优化手术路径。05虚拟现实在康复领域的成功应用主要因素（1）个性化的特定任务训练特定任务的实践是运动学习的基础，模拟真实世界的虚拟场景及其特定康复任务设计可实现有选择性的康复训练。虚拟场景既可以结合患者自身的功能障碍特点和康复需要设计特定的康复任务，还可以构造患者熟悉或喜爱的场景。（2）激励虚拟现实可以提供“几乎真实”的安全且有激励作用的康复训练任务，虚拟环境可以为患者提供更大的成就感（即使患者在真实世界无法实现）。同时，患者与虚拟场景的互动游戏能让康复过程更加有趣，而且这种康复训练激励可保持较长时间。（3）反馈反馈对激励患者参与康复训练非常重要。患者总是需要知晓任务是否成功完成，这可以通过多种类型的反馈信息传递给患者，既可以是简单的正确或错误，也可以是完成水平的等级量化。视觉和声音信息是主要的反馈形式，近年来，触觉信息也被引入虚拟现实系统。虚拟现实技术的

医疗康复应用进展031.平衡及协调训练虚拟现实技术将电子游戏引入平衡训练系统中，增加了训练的趣味性及有效性。临床研究证实，与传统平衡训练相比，阖拟现实训练系统可以促进稳定期脑卒中患者动态平衡功能的改善。2.行走及步态训练临床随机对照试验证实，将虚拟现实技术应用到传统行走及步态训练中，可以取得很好的训练效果。3.认知训练基于虚拟现实技术的认知训练主要应用于脑卒中及颅脑损伤患者。临床研究