增强现实技术在医学教学中的应用

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1、增强现实技术在医学教学中的应用马丽娜李耘首都医科大学宣武医院老年医学科要达到专业要求的高标准就需要在专门的培训环境中对受训者进行训练。此外这种培训环境还应该能够实现学迁移:将在医学培训中获得的能力应用于专业工作场所。增强现实（aug-mentedreality,AR）教育技术可以提供一个安全、合适和低成本的培训环境，可以在其中实施完全符合真实任务的培训U1。在这样的可控环境中，学习者可以允许出现错误而不会产生任何不良后果，教师也可以专注于学习者而不是患者。这种学习环境还为学习者提供了即时学习和就地学习的机会。本文旨

2、在描述AR技术在典型的医学学习任务中的应用，以及其在医学教学领域屮广泛应用的潜力，报告如下。一、增强现实的概念AR被认为是一种将计算机生成的对象和（或）虚拟内容集成到现实世界中的技术，从而增强对现实的感知m。Azuma等位1提供了3个公认的标准，表示八R系统作为系统要做到:真实和虚拟的结合、实时交互和三维注册。AR被称为有前途的教育技术U1，有助于促进有意义的学习和迁移，且具有组织优势。其优势主要体现为狂1:①增强（虚拟）部分可以将现实世界任务中不可见和模拟的和关3D信息、触觉和其他方面可视化;②AR学习环境可以在

3、训练任务中提供必要的变化，包括支持学习真实的协作;③AR的实时交互性质即时提供学习者反馈，可以随时控制学习过程;④AR学习环境可以提供即时学习和就地学习等。二、增强现实的技术背景AR是将真实环境的视阁与额外的虚拟内容组合，这种虚拟内容可以吸引不同的感官，如视觉，听觉，触摸和嗅觉。虚拟内容与真实世界的连接需要计算机设备及软件应用程序，然后通过连接该设备的一个显示设备看到物理世界。0前，有许多硬件设备可以用于AR，最常用的是智能手机或平板电脑等手持设备，除此之外还有头戴式显示器（11MD）。11MD是将显示设备安装在头

4、盔或眼镜中，用户在使用时将其戴在尖上，其优点是显示器停留在眼睛的前而，属于沉浸式体验,支持情境意识。GoogleGlass是HMD设备的一种,Rad-boud大学医学中心、奈梅亨和阿姆斯特丹的学术医疗中心用其探索医疗保健和医学教育可能带来的附加值。AR系统所使用的硬件设备共同点是都具有处理器、相机、GPS、传感器和（或）罗盘。为了能够看到结合到物理世界的虚拟物体，必须使用专门安装在设备上的软件应用程序。目前有两种主要的AR软件实现类型:基于标记的AR系统和无标记的AR系统。当AR软件应用识別到目标标记或对象时，其会

5、生成增强的虚拟内容并将该信息投影到所识别的对象上，用户感觉到添加的信息真实存在于周围环境中姐。三、增强现实技术在医学教学中的应用举例1.人体解剖学教学中的应用解剖学是医学生的基础课程，传统解剖学教育是对尸体的解剖，解剖课程实操的价值在于其提供丫对包括触觉学习体验在N的人体解剖学的3D视图，可进一步阐述课堂和研宄中学到的知识，并且可以提供解剖结构及其在整个生物体中和互关系的总体视角。然而这种教学形式成本高昂。而且到目前为止，没有客观的实践证据能够证实解剖课程对于学习解剖的有效性£21。AR技术的可视化功能用于解剖教学

6、中可以实时显示解剖时的3D渲染图像，也可以实现其他感官体验,如触觉反馈等。AR系统提供这些可视化的实时操作和对学生的直接反馈，符合传统解剖课技能训练的要求m。目前，有儿种AR系统已经专门用于解剖教育。德国慕尼黑工业大学的Blum等研发了魔镜（£Mira-cle）系统，用于木科解剖教育的AR系统m。学员站在电视屏幕前面，受试者的摄像机图像跟镜子一样被水平翻转并显示在电视屏幕上，学员CT数据的一部分被虚拟添加到用户的身体并显示在电视屏幕上，从而使学员产生了可以看到他的身体内的错觉。而该系统基于手势操作的用户界面允许学生

7、实时操纵可视化的CT数据，他们可通过使用不同的手势在矢状、横向和冠状切片模式中滚动数据。增强现实技术在人体解剖学教学中的优势:①与传统解剖材料相比，AR技术使用的材料如相机、电视等相对便宜;②与教科书描述和解剖结构的独立图形呈现相比，它提供了更有趣的环境（整个人体）0虹。2.腹腔镜技能培训中的应用腹腔镜手术对外科咲生在专注、集中力和执行复杂的心理运动技能方面的要求较为苛刻，不但需要腹腔镜仪器的高度自动化处理，还需要掌握该技术及其仪器的特性。AR技术可以应用在腹腔镜培训中，其支持这种具有训练场景的部分任务实践，其允许

8、训练将不同运动能力和解剖结构组合起来的特定外科手术。研宂发现，腹腔镜手术的4个AR应用的特征，表明了AR技术对学习的支持和优势［11］。在这种培训环境中，受训者可以使用与OR中和同的仪器训练某些腹腔镜手术，并且可以训练更高级的复杂技能，教师可以用学习任务与演示视频结合来记录学员的表现。例如ProMTS系统将人体模型与笔记本电脑结合在一起，在人体模型内使用跟踪