今年2月21日，美國“每日科學”網站刊載了這樣一條消息：世界第一個虛擬現實青蛙解剖軟件研制成功。并稱該解剖蛙是真正意義上的實體仿真，只需點擊鼠標，就可“拿起手術刀”，剖開青蛙的皮膚看到其內部器官，并可隨時通過內窺鏡觀察青蛙的消化道，或深入細致地研究其神經和血管。

    其實，隨著計算機技術的不斷發展，虛擬現實（數字仿真模擬）技術及其研究早已開始進入醫療領域。它集計算機圖形學、人機交互技術、多媒體技術、傳感技術、人工智能等于一體，在醫學上主要應用于虛擬內窺鏡、計算機輔助手術治療、手術仿真訓練、藥物檢驗及評估、醫學教學、醫學康復治療等諸多方面。

    奇妙幻境的營造大師

    此前，美國與日本醫學研究人員就已開始研究和利用虛擬現實技術緩解患者的病痛。

    日本癌癥研究中心醫院通過采用虛擬現實技術，營造“綠色環境”來撫慰患者的心靈。患者接受治療時，會如臨其境地感到清風拂面，鳥聲啾啾，落葉沙沙，看到滿眼濃綠，樹木森森，青草茸茸，從而有效緩解癌癥患者在進行化療時產生的反胃惡心，以及手術前后的身體痛楚等不適癥狀。

    美國研究人員則利用虛擬現實技術營造冰雪幻境，來緩解燒/燙傷患者的肢體疼痛。病人戴上虛擬技術頭盔后，會產生幻覺，感覺自己翱翔在冰川峽谷上空，同時還可以朝虛擬冰雪世界里的雪人、小屋、機器人以及企鵝等扔雪球，如同玩電子游戲，從而在清涼幻覺中有效減輕痛楚。

    研究人員表示，用虛擬現實技術緩解疼痛非常有效，今后將針對各種疼痛，開發一系列虛擬實境治療軟件。

    讓乏味鍛煉激情洋溢

    虛擬現實技術的另一大用途是幫助病患正確有效地進行身體機能恢復訓練。

    美國麻省理工學院為腦中風患者設計了一種虛擬現實鍛煉系統。借助這套系統，患者只要連通互聯網，就能嚴格遵照醫囑進行康復訓練，以逐步恢復業已喪失的肢體機能。通過綁縛在肢體上的傳感器，患者能照著網絡中的虛擬手臂所演示的訓練動作，盡可能活動自己的上肢，鍛煉系統還能計算出病人的模仿效果，將有關數據傳給主治醫生。

    紐約一家公司則生產出一種互動式康復虛擬現實系統，并已用于臨床。這種康復系統能讓從事訓練的患者，雖然只是在虛擬地比劃動作，卻能在大型電視屏幕上，看見自己“真”的在從事滑雪、跳傘等令人刺激的運動。

    疾病研究的科技替身

    讓人宛如拿起手術刀，實體解剖青蛙的虛擬仿真技術固然令人嘆服，但加拿大科學家研發出的世界第一個計算機4－D數字仿真人體模型———CAVEman則更讓人驚嘆。

    CAVEman于2007年5月23日在加拿大卡爾加里大學網站正式亮相，是卡爾加里大學科學家耗時6年的科研成果，也是迄今為止，最復雜、最精細的虛擬人體模型。除了長、寬、高這三個通用的三維尺度外，還加上了時間尺度變化，成為可以移動的“四維”立體影像。科學家和醫生可以通過輸入醫學數據和圖像，生成仿真人體模型，由表及里，詳盡研究人體內部結構，準確診治病情，或向患者展示他們體內的病灶細部。

    CAVEman人體仿真模型項目于2001年啟動，卡爾加里大學匯集計算機專家、生物學家、數學家和繪圖藝術家成立了攻關小組，目標是建立完整的，比現有計算機仿真人體模型清晰度高10倍的仿真人體模型。

    研究人員借助解剖學知識和人體器官樣本，以及現有的技術手段制作了這個虛擬人體模型。它可以把人體的有關部位，包括每個器官、骨骼、神經和生理系統用詳盡的立體三維圖像形象地展示出來，并可借助放映裝置在自動虛擬環境里將仿真病患進行立體投影顯示，其立體影像既可形成整體，也能形成局部，或某個器官，總共可以形成3000多個人體部分。并可能根據需要把整體或每個局部放大10倍。

    CAVEman的名稱由產生和展示它的“家”———CAVE，意即自動虛擬環境洞穴，和人類的英語單詞———man組合而成，也有譯者依照字面原意，把它形象地譯成“洞穴人”。

    事實也的確如此。CAVEman必須“居住”在專用的“洞穴”里———一個四四方方、黑洞洞的虛擬現實空間，由計算機控制的放映裝置從三堵墻壁和下方的地板投射影像，最終合成能夠漂浮在半空的立體人體模型。研究人員可以通過計算機鍵盤操縱這個虛擬模型，并聚焦放大特定部位。

    CAVEman最早是作為人體按摩訓練工具來開發的，但研究人員很快發現它的用途遠不只此。它使科學家可以在做動物實驗以及臨床實驗之前，通過虛擬病患先行檢驗藥效，幫助外科醫生設計手術方案。加拿大科學家現在已經能夠依據普通患者的實際情況，輸入每個病患的人體數據、核磁共振成像掃描圖像，活體檢查及X光檢查結果，以及其他有關病情資料，為患者量身定做仿真病患，詳細解析患者的身體狀況。

    研究小組負責人克里斯朵夫·森森博士稱，CAVEman是醫學信息學和人體系統生物學的重大突破，不僅可以用來研究疾病、還可用來探索新的醫療手術途徑。有助于醫學研究人員研究癌癥、糖尿病、肌肉硬化癥和早老性癡呆癥等疾病的遺傳學成因，尋找進行靶向定向治療的新途徑。比如，卡爾加里大學細胞生物學及解剖學專家已在使用CAVEman研究基因突變如何導致唇裂。他們認為，隨著CAVEman的不斷完善，它將可以用于研究各種正在增長和發展的醫學研究。卡爾加里大學科學家下一步準備添加觸覺反饋感應器，使CAVEman能夠模仿人體的動力學過程，比如肺部的呼吸過程和血液的流動過程，從而使醫生能夠利用病人自己的虛擬仿真病患為其進行診治，從這個意義上來說，4D虛擬病人可以挽救真實病人的生命。

    未來的虛擬病患“家族”

    在美國，科學家也在從事“虛擬病患”研究。

    2007年，美國國立衛生研究院為倫斯勒理工學院提供了200萬美元的研發經費，用于研發虛擬病患呼吸模型，它是在3－D人體模型基礎上，加上時間變量獲取的4－D模型，即使在脫機狀態下，也可以看到這種模型的肺部可以像真實肺部那樣起伏呼吸，其研究應用將能明顯改善肺癌和肝癌放療的精確度和效果。

    這項研究由倫斯勒理工學院生物醫學工程和核醫學教授喬治·許領導，他正在與同事，以及位于得州圣安東尼市的癌癥治療研究中心的醫學家進行多學科合作，研發4D可視人體模型（4－DVIP－Man），以便今后可以進行精確放療。這種虛擬模型是許教授正在進行的3－DVIP－Man計劃（一種先進的電腦模型，能用3－D技術模擬射線如何影響人體器官和人體組織）的延伸項目。

    許教授可稱得上是“虛擬病患”的先行者之一。從1997年以來，他一直致力于應用先前的可視人體工程計劃（VisibleHumanProject），來研究3－DVIP－Man，研究經費來源于美國國立衛生研究院和美國國家科學基金會。

    現在，許的研究小組正集中精力研究呼吸功能。雖然目前應用計算機技術有可能模擬肺的運動模式，但無法做到實時模擬。主要難度在于如何研發相應的運算法則，從而依照人體組織真實的生物力學性質，實時模擬肺及臨近組織的運動。許教授對自己的研究項目充滿信心，認為基于物理學的4－DVIP－Man將在生物醫學領域廣泛用作解剖模型，幫助治療有呼吸道疾病和心臟病的患者。他甚至希望通過與全世界的研究者合作，繼續研究3－DVIP－Man，創造虛擬病患“家族”。

    我們完全有理由相信，隨著虛擬現實技術的不斷進展，醫學知識的不斷進步，虛擬病患的家族將會日益擴大和日益細化，人類研究與攻克各種頑癥的勝算也將因之水漲船高。通過用虛擬的挽救真實的，高科技醫療技術將走近每個家庭、造福每個百姓。