杨晋 张绵
科学技术与信息技术的发展不断改变和创新着信息传播的媒介，新型媒介的出现，直接改變人们接收和理解信息的方式，延伸到出版领域，新技术对传播媒介的发展方向起着至关重要的影响作用，医学出版领域也在持续借助互联网、大数据、人工智能、虚拟现实等技术，创新出版形式、丰富产品形态、拓展业务范围、提供多样化的出版服务。人民卫生出版社（以下简称“人卫社”）作为我国医药卫生出版的领军企业，在医疗卫生领域承担着促进我国医药教育改革和发展、促进学术思想交流、推动教材建设和人才培养的高端学术平台的角色，多年来深耕医学数字出版领域，深度融合信息技术，整合资源、产品、平台与新技术，不断向医学院校与机构提供多样化的数字产品与信息服务。
虚拟仿真技术在医学领域的应用
现阶段虚拟仿真技术在医学领域的应用主要集中在以下两个方面，重点方向如下。
其一，在医学教育与培训方面。一是医学理论知识的可视化。医学知识涉及面广泛、基础课程多，且作为为临床服务的基础课是学好临床的基础，但由于基础课程内容多、表达抽象、理论较深，传统教学方式方法较难将这些复杂、抽象、难懂的基础理论（如人体解剖、影像设备结构等）在教学中更好地呈现出来，学生学习效率、学习积极性不高。但随着虚拟仿真技术在医学教育领域的广泛应用，这些问题有了一定的解决办法。
目前，虚拟仿真技术在虚拟人体解剖图谱、虚拟人体功能、影像设备结构虚拟仿真系统等方面均有应用。如虚拟人体解剖图谱，方便用户在没有外界干扰的情况下自由观察、移动或生成解剖结构，更快地学习和了解解剖信息。虚拟人体功能，可以完全虚拟人体某一器官或系统的功能，在医学教育、医学研究和临床诊疗中都有不可估量的应用价值。影像设备结构虚拟仿真系统提供各影像设备房间布局、设备结构与功能、安装及使用操作。
二是临床思维训练。医学是一门实践性很强的学科，临床诊疗思维能力也是医学生必备的核心技能。在实际临床教学中，医学生临床思维的培养存在着一些难点和限制：为了保证患者的诊疗效果，医院很难让医学生去实际管理、诊治患者；
即使院校、临床医院有带教条件，但是医学生接触的疾病类型也仅限于常见病、轻症病，针对罕见病、危重症或复杂病例在有限的临床学习实践中无法达到预期的效果，仍然需要临床思维的重复训练。
基于虚拟仿真技术的临床思维训练可以有效地解决临床思维培养过程中的难点和限制。其优势在于：第一，不受患者或标准化病人的限制，可以重复训练。第二，真人扮演无法模拟或真实患者不典型的症状、体征，可通过虚拟仿真技术达到真实效果。第三，病例可多元化，建立丰富的病例库。第四，将知识获得寓于具有亲临感、交互性的行为体验中，在“严肃游戏”中即可获得专业知识。在训练过程中及时反馈，并可形成可视化、流程化、量化的考核与评价。
三是技能实训。在夯实基础知识、训练临床思维之上，培养临床动手能力也是医学生及医生的重要能力。虚拟仿真技术因其不受时间、设备限制，可重复，安全性等优势，在不同学科，如助产、急救、影像等，都发挥着应用价值。如分娩接生、产钳助产、新生儿窒息复苏术、CPR心肺复苏、灾难环境中的医疗、大型医疗设备的使用操作、患者检查的摆位操作等，或出于安全性考虑，或出于场景难再现，或出于设备的昂贵价格，在实际临床实习中几乎无法进行实操。但是虚拟仿真技术提供了一个全新的实践技能操作的培养模式。此外，虚拟仿真技术也应用在医疗环境（科室、病区）重建、基础实验操作、有创操作（如外科手术、腔镜训练）等方面。
其二，在临床应用方面。一是临床手术辅助。在临床应用方面，国内将虚拟仿真技术运用于手术比较早。在虚拟手术系统中，临床医生可以开展术前规划、模拟手术操作、进行手术导航、影像三维重建手术规划、重建高精度高难度手术模型和路径（不再局限于术者想象），提前预测术中可能遇到的问题，从而优化手术方案，有效规避手术风险，更高效地指导手术。
二是远程医疗（远程会诊、远程手术）。在远程医疗方面，虚拟现实技术可应用于远程会诊，把病人资料通过通信线路传送，实现多方会诊，缩小地域环境、医疗水平、医疗设备差异造成的诊疗困难，并结合混合现实技术更高效地开展协作。远程医疗系统也能充当远程医疗教育系统，开展培训。
远程手术是术者通过手术机器人系统，实现医师不上手术台控制机械臂实施手术。医生在虚拟的人体模型或手术机器人上操作，其手部动作通过一定比例缩放后映射至手术机械臂，手术机械臂的运动与人手一致，可达7个甚至更多的自由度，而且可以执行更加精细的操作。但远程手术目前尚处于初步探索阶段，随着5G无线通信技术开始应用于各个行业，有望实现万物互联，也为远程手术带来了更多可能。
三是康复治疗。目前在临床上还有一个比较重要的应用方向，即康复训练，主要应用于身体康复训练和心理康复训练。目前在术后康复训练、运动障碍康复、日常生活行为康复等方面也有非常突出的成果。虚拟康复训练能够有效避免康复治疗过程中治疗场地限制、过程单一、方式简单的弊端，从视觉、触觉、听觉等身体各个感官方面为康复治疗提供巨大的改善和支持，不仅能节省人力物力，还更有趣味性，使患者在“游戏”中完成治疗、提高效率。
四是医患沟通。临床上还采用虚拟现实技术进行医患沟通，患者和家属可利用VR技术，配合触控和手势识别等方式，了解头、颈、胸等人体部位的常见疾病，以及相关器官的工作原理和病理表现，画面还可同步显示疾病的起因、预防以及治疗方案等信息。患者能更直观地了解病情，更科学地了解疾病并克服内心恐惧，配合医生选择或执行治疗方案。
虚拟仿真技术与医学出版相融合
医学中很多知识是具象的，如基础医学中的生理与解剖，临床实践中的技能与操作等，但这些经过纸媒转换（必须增加很多抽象概念便于阐述与理解）后信息清晰度整体变低，需要耗费读者较多时间进行抽象和具象的转换，在垂直出版领域医学知识传播（教与学）的难度较高。人卫社一直在结合技术探索更优质的医学知识传播的解决方案，在视听技术发展后，人卫社持续投入经费，联合医学院校共同将医学知识进行视频、动画的转化，并整体创新了医学数字出版的形态，取得了丰富成果。
尽管现阶段虚拟现实在技术、设备、硬件方面尚处于发展阶段，多数情况下不能满足医学内容VR再造过程中对数字内容进行高度模拟化重建的需求（医学出版对内容和呈现样式的真实性、科学性要求非常严格），但并不妨碍人卫社利用虚拟现实技术在医学数字出版中进行实践探索、开展出版尝试、攻关技术难题、摸索可行性方案。具体如何将虚拟仿真技术在医学出版中落地，人卫社进行了诸多尝试。
一是纸质图书结合虚拟现实技术。2018年，人卫社五年制临床医学干细胞教材，也是目前市面上影响力最大的一套临床医学专业教材，在常规融合出版的基础上，组织学科专家精细化打造3D模型与模型动画，首次将虚拟现实技术应用在医学图书这类非虚构类图书上，通过教材配合AR扫图识别功能（手机端独立APP支撑），向读者提供双向交互的体验，增加了教材的“温度”，并创新了医学专业教材融合出版的形式，这套教材初上市就引发了微博上一系列的讨论，并获得了医学院校的一致认可。
二是构建独立的医学虚拟现实产品。针对医学教育的特色，人卫社从虚拟现实技术元年2016年开始，就同期开始挖掘和建设产品，并探索在医学出版领域持续建设虚拟仿真产品的方向。
医学学习的基础是一个真实的人体，一套真实、完整的人体模型是医学VR产品的基本元素。人卫社联合四川大学华西医学院的解剖学专家，通过数字建模技术，将人体的CT/MRI等数据三维重建，并依据四川大学实体标本资源库人体数据综合整理避免个体差异，建设4K级画质的人体结构模型，并结合人卫社视听类数字资源，如3D动画讲解，局部演示讲解等，支持移动端、PC端、VR眼睛呈现，适配数字解剖实验室、数字智慧教室、虚拟仿真实验室等不同应用场景的《人卫3D解剖学》，并在医学界和出版界获得多个奖项。
在3D 解剖的基础上，多次延伸，多次应用，如在传统医学领域经络腧穴的学习要求较高，人卫社将3D解剖再次开发，形成《3D经络腧穴学》产品满足传统医学领域经络腧穴的教学要求，通过可视化经脉循行，解剖结构逐层展示经络腧穴与人体器官、肌肉骨骼和神经之间的结构关系等方式突破了传统医学在教学中的诸多壁垒。如将所有模型资源按教学需求零散拆分、部分组合，形成《人卫3D模型资源库》，并开发技术工具与平台方便教师在PPT中应用模型资源，开展线上线下混合式教学。通过摸索可持续应用的方向与形式，实现一次建设，多次应用。
三是临床医学专业虚拟仿真产品。在临床医学方向，人卫社优先开展技能培训类虚拟仿真产品的建设，首个自主研发的虚拟仿真产品是2018年与温州医科大学合作建设的《眼视光虚拟仿真实训系统》，该产品将眼视光病例可视化，将病例参数利用计算机模拟如眼位运动、瞳孔、双眼视力变化等，切实解决眼视光专业实训教学过程真实性案例的缺乏，学生实践环境的限制等问题，通过虚拟操作规范的检查、诊断流程设计，模拟典型案例，提高眼视光专业学生的实践创新能力、操作能力和职业素养。这个产品以PC版和VR版为主，后续应市场需求，持续以PC版进行推广。通过这个产品的自主研发，人卫社理清了虚拟现实技术的核心竞争点，明确项目建设各个阶段的难点与解决方案，并构建一套标准的虚拟仿真产品的建设模式，对自有技术平台进行适配性升级，为后续产品的建设与出版打下了坚实基础。近年来，在妇产、护理、急救、口腔、检验、影像等方面不断推出新的VR产品，如助产虚拟仿真实训系统、急救护理虚拟仿真实训系统等。
除了线上产品构建，人卫社还通过线上线下结合的方式，将VR产品与线下沉浸式环境结合如利用3D技术开展院外急救MR和VR交互式沉浸式培训，以3D动画、震动平台、环境、天气变化模拟、多媒体墙等多种展示方式的综合运用，营造逼真的灾难环境，在保护自己和伤员的同时完成医学救治操作，让用户达到身临其境的救治体验，快速提升学员的临床实践能力。
整体上人卫社数字创新的路径是以技术驱动项目建设，面临一种新的技术，优先以小产品小范围进行技术探索，自主研发，明确核心竞争力、产品建设的难点、当下技术的局限性及经营支撑的可行性，确认可持续发展的方向，再整合优质资源，全面推进建设。现阶段人卫社关于虚拟仿真技术与医学出版相结合的方式已完成初步技术摸索，并探索出一套自有的出版与应用模式，为未来持续性的建设或合作出版医学虚拟仿真产品找到了一条可实施发展的路径。
VR出版面临的挑战与应对策略
VR出版前景广阔，但是也面临很多挑战。
其一，在产品建设与出版模式方面。一是建设成本高、周期长。VR项目建设的过程中最主要的问题是建设成本高、周期长，现阶段技术尚未成熟，未完全普及化，導致建设符合医学要求的高精度模型成本很高，前期投入大，如要做出科学、真实、生动且可精细化拆解的心脏三维模型建设费用可达25万元，一本解剖学图书中教学重点所对应图形建模费用就可达数百万，这远高于普通数字资源的制作成本。同时因涉及的团队协作人员多，沟通成本高，建设周期过长，项目进度不易把控。因此，人卫社在选择制作过程中，优先选择核心关键模型进行构建，如将人体模型组件化，方便快速调用并适配其他产品需求，一次建设，多次应用，平摊建设成本，提升建设效率。
二是VR医学产品的缺乏统一标准。当前VR医学产品形式多种多样，硬件产品也纷繁复杂，产品质量也层次参差不齐，交互方式和手段也各有特点，内容呈现方式也各不相同，尤其是在各类硬件无法实现互通互联，各大业务平台之间也没有统一的数据接口标准，这成为制约VR医学产品大规模出版发行的关键因素。
作为国内最大的医学教育出版平台，人卫社现已建设自有虚拟仿真产品的技术标准，并在全国新闻出版标准化技术委员会的组织下，与多家出版社、VR科技公司、研究院共同建设《出版物VR技术应用要求》，拟通过对VR出版物的技术应用开发流程和VR出版物管理的规定，旨在规范VR出版物的选题策划、研发制作、后期运营、素材管理等全流程，为企业研发VR出版物提供行业准则和指导规范。
三是市场准入门槛低。自2016年以来，国务院办公厅、教育部等陆续发布关于建设VR虚拟仿真资源的通知和指导意见。各个院校和机构开始联合企业进行不断探索和尝试，全国陆续开展基础医学、临床医学、公共卫生与预防医学、中医学等医学专业百余种VR虚拟仿真课程资源建设，合作建设方式多样，参与企业众多，在技术开发、医学专业、内容建设等方面能力参差不齐，导致现有市场虚仿产品鱼龙混杂，但因市场准入门槛低，整体处于劣币驱逐良币的状态。尤其在医药卫生这个特殊领域，出版物对产品内容的科学性、真实性要求严格，要打造精品的VR产品，投入的开发和建设成本非常高，变相降低了优质产品的竞争力，迫切需要市场监管促进良性竞争的形成。
四是出版模式受技术限制。囿于虚拟现实技术开发及硬件的限制，目前优质的虚拟仿真产品多以B端用户为目标进行开发，载体形式为单机版（U盘-限制了产品的推广和应用频率）、网页版（机构账户管理-降低了产品体验）、VR版（绑定设备-受环境制约），整体技术服务支持要求高且硬件价格昂贵，整体导致产品定价高、不便于广泛推广。
在这个方面，人卫社在已有教学服务平台——“人卫教学助手”上为VR应用开发统一的接入规范和标准，在保证产品体验的情况下，统一对VR出版物进行管理和维护，并且可同时针对C端和B端进行销售与服务。
其二，在项目建设方面。一是团队建设缺乏复合型人才。一款优秀的VR产品取决于产品设计、视觉效果、交互模拟、内容建设是否满足需求。这对整体团队的能力要求很高，一个优质团队必须具备较强的项目管理能力、产品策划能力、内容建设能力、技术研发能力以及专业复合能力。目前人卫社VR医学产品建设团队则包括：各专业医学专家、医学编辑、产品经理、3D模型动画工程师、VR交互研发工程师。其中产品策划是核心，在人卫社医学编辑与医学专家共同承担产品策划，负责内容建设的专业性、科学性的把控。产品经理是将医学专业需求转换为使用需求的关键性角色。3D模型动画工程师则是VR视觉效果表现的强大支撑。VR研发工程师则是实现交互反馈、业务逻辑、用户体验以及产品所有需求的架构师。但现阶段在人卫社懂产品设计、VR技术与其应用方式的复合型编辑人才尚较缺乏，有待进一步培养。
二是项目策划如何把握市场需求。实际项目建设过程中，选题来源丰富，需求众多且作者对虚拟现实技术的认知差异大，选择哪些方向进行重点投入、开发建设或合作出版，是人卫社在项目建设过程中经常需要论证的问题。目前人卫社的解决策略从零散产品建设，市场试水，走向了整体规划，阶段性定制产品的大方向，符合规划方向的产品纳入选题计划，采用多种建设与合作方式，共摊建设成本，并主动吸纳院校已建设的优质虚拟仿真产品进行合作出版和教学成果转化，推进优质数字资源在医学领域共享。
三是内容建设沟通困难。在项目建设和实施过程中，因为参与角色多，产生了一个影响项目建设的重要因素——信息不对称，极大增加了沟通难度，如医学专家、编辑对模型的修改意见，技术人员无法理解，导致多次沟通修改，严重影响审修效率。针对这个问题，人卫社有针对性地开发一些辅助软件，如模型审核工具软件方便医学专家与编辑直接在模型上标记审核意见，快速实现有效沟通。降低因为理解偏差所带来的额外和不必要的重复性工作，保证实施的顺利进行。
其三，在产品推广方面。不同于纸书销售，虚拟仿真产品是技术性很强的产品，故在推广时需要销售既懂VR操作又详细了解产品细节，通过实操演示，开展面向用户的使用培训，将产品的优势和特点介绍给用户，让用户更深入地了解产品，这对运营推广人员来说学习成本很高，且虚拟仿真产品多是B端产品，对经销商依赖强且要求高，产品招标采购流程长，对服务支持要求高。这些都是在产品推广方面要克服的困難。人卫社近年已组建了一支专业的市场营销团队和售前支持团队，辅助经销商宣讲推广、开展需求收集、优化产品建设。并从客服热线、售后技术在线与线下支持两个方面进行完善。由客服进行问题的收集，由售后技术支持进行问题的在线解答，在必要的情况下，进行线下现场问题的解决。
相信随着虚拟现实技术的发展与成熟、大众认知的提升，现阶段面临的种种问题与挑战也会迎刃而解，人卫社将一直借助科技信息技术引领医学数字出版的创新并深入探索实践，为数字中国战略、教育强国战略和健康中国建设做出应有贡献。
作者杨晋系人民卫生出版社副总编辑
张绵系人民卫生出版社电子音像公司纸数融合部副主任
【编辑：钱尔赫】
猜你喜欢仿真技术虚拟现实医学预防新型冠状病毒， 你必须知道的事祝您健康(2020年4期)2020-05-20仿真技术在中学物理教学中的应用福建基础教育研究(2019年4期)2019-05-28小心这些美丽陷阱!大众健康(2019年11期)2019-01-19基于分层的FCM算法在医学图像分割中的应用智富时代(2018年4期)2018-07-10基于分层的FCM算法在医学图像分割中的应用智富时代(2018年4期)2018-07-10仿真技术在中职汽车维修教学中的应用研究现代职业教育·高职高专(2018年9期)2018-05-14电子电路仿真技术在电子应用开发中的作用环球市场信息导报(2017年14期)2018-01-23虚拟现实，让学习更“沉浸”中小学信息技术教育(2017年3期)2017-03-28介入治疗在急诊医学中的应用中华急诊医学杂志(2006年10期)2006-10-24
