模拟器概述。图源：Munawar等人。
约翰霍普金斯大学(JHU)的研究人员开发了一种基于虚拟现实(VR)模拟器的新系统，可用来提升医生们复杂外科手术的实操技能。
研究人员Adnan Munawar说：“颅底手术需要外科医生移除最少的骨头，同时确保骨骼内神经和血管等重要结构不会受到伤害，这需要高超的技术达到亚毫米级的精度。因此需要对医生进行严格的培训，以确保患者的安全。”
目前，大多数住院医会经过初期培训，然后在有经验的医生监督下，在尸体或活人身上完成手术。这种计算机模拟的虚拟环境为住院医创建了一个安全、真实的实训环境，也为传统的培训模式提供了一种经济、安全、可行的替代方案。
此外，该系统可以收集与手术相关的有价值的数据，例如手术工具的最佳轨迹、手术过程中施加的力、摄像机/内窥镜的位置等，这些数据在一般情况下是很难获得的。
“这些数据有两个用途，”Munawar解释说，“首先，它可以用来训练人工智能(AI)算法，在复杂的手术过程中为医生提供帮助。其次，通过对比学员和专家的结构化手术数据，可以评估他们的技能水平，进而为其制定个性化的培训方案，提高培训效率。”
Munawar说:“目前，我们的系统提供了一个沉浸式的虚拟环境，可以让外科医生与患者CT(计算机断层扫描)扫描生成的虚拟头骨进行互动。医生可以通过触觉设备(或键盘)控制的虚拟钻头钻穿虚拟头骨，利用钻头与颅骨之间的相互作用产生力的反馈，从而提供一种触觉的真实感。在VR耳机中显示的立体视频则是提供了一种视觉的真实感和深度感知体验。”
当外科医生在虚拟环境中操作时，系统可以实时收集操作过程中的一些高质量数据，包括关于外科医生的手部轨迹、虚拟钻头对虚拟头骨施加的力以及立体画面/视频片段的信息。
未来，这种VR模拟器可能会被引入医学院、医院和医疗机构，用于对新的外科医生进行术前培训。此外，可能会为VR外科训练工具与结构化数据收集的广泛整合铺平道路，进一步训练人工智能算法。
Munawar补充说：“我们计划在约翰霍普金斯大学耳鼻喉-头颈外科部署我们的系统，为医生们提供技术实践和数据收集的服务。收集的数据将用于建立手术表现的定量评估方案，这是之前从未做过的。我们还将利用这些数据为计算机辅助手术开发新的人工智能算法，例如工具/组织跟踪和3D重建算法。”
