| 标题 | 虚拟现实与交互式数字游戏技术：解决肥胖和糖尿病的新工具 |
| 范文 | 高勇娜 摘要：随着虚拟现实技术的突飞猛进，虚拟现实覆盖的应用领域也越来越广。其中虚拟现实医疗是虚拟现实技术最有意义的应用领域之一，虚拟现实医疗对人类来说是一大重要的进步。在临床医学方面采用虚拟现实与交互式数字游戏技术来解决肥胖和糖尿病是一个新的领域，随着科学技术的不断发展，虚拟现实医疗的发展也是构建未来智慧医疗体系的必经之路。 关键词：exergaming； 交互式数字游戏；虚拟环境；虚拟现实 中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）16-0227-02 1 介绍 自1995年以来， 虚拟现实 （VR） 仿真技术在临床应用中发生了一场虚拟革命。虚拟现实仿真技术在临床医学方面的应用主要有临床教学、疾病診断、手术模拟、远程医疗等。临床医学上采用虚拟现实仿真技术主要是指使用计算机技术（主要是计算机图形学与虚拟现实）来模拟、指导医学手术所涉及的各种过程。随着虚拟现实仿真技术的不断完善，借助与VR来辅助临床诊断与疾病的治疗已经成为现在临床医学发展的一个趋势。虚拟现实仿真技术的研究人员和临床医生都已经认识到虚拟现实技术在临床医学方面的潜在影响。国内外很多研究课题记录了许多临床案例， 虚拟现实可以增加价值传统的评估和干预方法。虚拟现实仿真技术在临床医学方面可以进行个性化医学诊断与治疗，如可以对肥胖和糖尿病进行有效的辅助诊断和治疗。与传统的主观判断相比，在虚拟人体上进行各种无法在真人身上进行诊疗试验，可以根据获得的治疗数据和人体反应进行科学分析和判断，可以做出更加理性和真实可行的诊断和治疗方案。虚拟手术仿真系统可以根据各种医学影像信息和数据创建虚拟手术环境，通过模拟真实的环境，从中可以提前预测手术过程中可能出现的问题并采取补救措施，从而提高手术的成功率。借助于虚拟现实系统，医生可以更加合理的指定医疗方案，同时这样的虚拟现实平台可以减少手术给患者带来的各种伤害和痛苦，这大大提高了医疗效果。 随着临床研究和虚拟现实仿真技术的不断发展，临床医学与虚拟现实仿真结合在一起是一种新的发展趋势。在临床治疗过程中，医生可以首先记住虚拟手术系统来模拟演练临床手术的整个过程，通过虚拟过程呈现的影像去发现问题，从而去解决问题。虚拟手术可以大大缩短手术培训的整个周期，同时它也减少了对一些价格昂贵的实验对象的需求。在临床医学上采用虚拟现实仿真技术不仅提高了临床医学的工作效率还大大节省了人力、物力和财力。由于虚拟手术系统可为操作者提供一个极具真实感和沉浸感的训练环境，这样的训练过程与实际手术几乎一模一样，尤其是能够获得在实际手术中的手感。计算机还能够给出一次手术练习的评价。在虚拟环境中进行手术，不会发生严重的意外，能够提高医生的协作能力。外科医生在真正动手术之前，通过虚拟现实技术的帮助，能在显示器上重复地模拟手术，移动人体内的器官，寻找最佳手术方案并提高熟练程度。 2 虚拟现实格式 一般来说虚拟现实系统主要由专业图形处理计算机、应用软件系统、输入设备和演示设备等组成，即人们可以通过视觉、听觉、触觉等信息通道感受到设计者思想的高级境界。例如， 沉浸式虚拟现实结合了计算机、头部安装的显示器 （HMDs）、身体跟踪传感器、专用接口设备和实时图形， 使参与者沉浸在计算机生成的模拟世界中， 从而改变了自然头部和身体运动的方式。在这些系统中， 一个关键的目标是将外部世界的感知与模拟环境 （在头盔显示器中提供的） 替换， 以创建特定的用户体验。沉浸式虚拟现实是最常用的应用， 能够在一个受控的环境下让用户体验一个特定而感性的合成世界。 随着技术的发展，最初的计算机辅助手术系统已经发展到可以针对不同的外科手术进行辅助规划，由原来的导航、观摩形式，发展成为可操作、可交互的虚拟仿真系统。 在手术培训方面，虚拟现实系统可提供理想的培训平台，受训医生可观察高精度三维人体图像，并通过力反馈设备模拟触觉，让受训者在切割组织时感受到器械的压力，感觉就像在真实的人体上手术一样。既不会对病人造成生命威胁，又可以重现高风险、低概率的手术病例，可供培训对象反复练习。在虚拟手术训练后， 系统还可通过对切口压力与角度、组织损害和其他指标的准确测定，监测训练者手术技术的进步。在临床诊断方面，利用三维重建及虚拟现实技术已经开发出许多虚拟内窥镜的软件，可以使医生的视线在病人体内甚至毛细血管中自由航行。这种动态的现实显示对临床诊断具有无比宝贵的价值。虚拟现实利用特定的交互工具，如感传手套和数字头盔 模拟真实操作中的虚拟环境，用户在操作过程中有身临其境的感觉，可以广泛地应用于手术培训、手术预演、临床诊断、远程干预、医学教学等各个环节，为医疗技术的发展带来极大的便利。 3 Exergaming Exergaming 已经吸引了大众媒体和科学界的注意，它作为一个潜在的补救措施，对日益增长的社会健康问题。如儿童肥胖和糖尿病有一定的疗效。 Exergaming 的核心概念在于使用有力的身体活动取代依赖键盘、操纵杆的传统游戏互动的久坐活动， 游戏和。以这种形式， 增加参与卡路里燃烧的心血管运动活动的动机被假设通过创造引人注目的数字游戏内容， 只能通过身体活动互动。也被称为动能游戏， Exergaming 不是一个新的想法，最初， 虚拟现实和计算机游戏 Exergaming 的应用都受到了设备成本和跟踪用户移动活动所涉及的复杂性的限制。此类应用程序需要三维用户界面设备， 它们能感觉到并捕获健壮的身体活动， 作为与游戏内容有意义的交互的可用输入信号。因此， 复杂和昂贵的传感系统能够高采样率， 并与全六自由度运动捕获， 如磁性或高端光学跟踪系统， 往往被用来捕捉运动的数据， 需要驱动运动和游戏环境中的康复互动。另外， 许多商业实体采取了调整标准运动设备 （如生命周期、跑步机、横卧自行车、楼梯跳绳） 的方法， 通过使用模拟数字转换系统与数字内容进行交互。这种系统通常被用于拥有良好经济资源的健身俱乐部。然而， 为了促进该设备的广泛应用， VR家庭系统是需要负担得起的， 易于部署和维护。 一些研究人员通过实施现成的游戏控制台系统 （Sony Eyetoy、Konami Dance Dance Revolution 和Nintendo Wii 游戏） 来解决这个问题。除了这一概念所具有的直观吸引力外， 能源支出研究为这一方向提供了初步支持。例如， Lanningham 和同事报告说， 看电视和玩电子游戏， 而坐在座位上的能源支出增加了20 ± 13% 和22 ± 12% 以上的休息值，。当受试者在跑步机上行走， 看电视时， 能量消耗增加了138±40% 以上的休息值。在活动推广视频游戏中，视觉玩具（索尼电脑娱乐公司）的能量消耗增加了能量开支增加了108 % ，而Dance Dance Revolution 2的超能力则增加了172%。作者得出的结论是， 当固定屏幕时间转换为活动屏幕时间时， 能量消耗超过双倍， 这种干预可以考虑到肥胖的预防和治疗。其他研究也表明， 复员方案系统对增加能源支出和心率是有效的。与传统的久坐式游戏相比， 在玩各种 Wii 运动游戏时， 能源支出的优势也有所增加。在一项研究中， 测试了13-15 岁的五个女孩和六个男孩， Grave和工友报告的平均值 （标准偏差） 预测 玩Wii 运动的能源支出水平： 保龄球 （190.6 （22.2） 焦/千克/分钟）， 与 Wii 运动相比： 网球 （202.5 （31.5） 焦/千克/分）， 和 Wii 运动： 拳击 （198.1 （33.9） 焦/千克/分钟）。这些值明显大于玩久坐游戏 （125.5 （13.7） 焦/千克/分钟； p 001）。另外， 另一个研究小组也测试了类似的样本年龄，年龄在10-13 岁的14个男孩和9个女孩，发现与身体质量有关的能源支出与 Dance Dance Revolution 2级和 Wii 运动相比： 拳击比赛要比看电视和相当于跑步机以5.7 公里/小时的速度行走。尽管这些结果表明，实际上主动玩Exergames ，与久坐活动相比，会消耗更多的精力，相当于快走，但玩Exergames时产生的消耗无法达到实际运动时产生的消耗，也无法为儿童提供建议的每日运动量。 虽然这些结果为使用数字 Exergames 提供了一些支持， 但使用目前的技术状况， 这种活动应该被看作是对经常运动的补充， 而不是替代。这些结果可能部分归因于与这些控制台游戏交互所需的运动活动的限制，例如， Eyetoy 只限于捕捉非自然的单平面二维活动， 而 Dance Dance Revolution 则可以提供一个精力充沛的锻炼， 舞蹈游戏的组成部分可能不会吸引一些孩子， 否则会从这种基于游戏的运动活动中获益。任天堂 Wii 游戏控制台的功能和各种体育、健身游戏产品在表面上与 Exergaming 的需要密切配合。Wii 的界面采用了基于攝像头和惯性跟踪的混合系统， 价格低廉， 可以用来与引人注目的运动游戏进行交互。与索尼 Eyetoy 不同的是， 用户组现在已经能够调整掌握控制器， 使其与可在个人计算机上创建的新应用程序交互， 甚至在数字频谱之外驱动无线电遥控车。 4 结论 虚拟现实和交互式数字游戏技术出现了革命性的进步， 这给临床医学研究带来了新的机遇。而且，这也支持了在过去不可能的情况下，针对重要的社会级卫生保健条挑战的研究和开发。此外， 在家庭中的基础设施当然也在推动进一步的数字努力， 以促进积极的健康态度和行为改变。考虑到强大的虚拟现实和交互式数字游戏系统将很快成为 "数字家园" 中的常规硬件， 这已经不再是一种延伸。现在，它的雏形已经以现代游戏机和立体声电视的形式存在，可以与大量的远程用户进行联网。这种计算、显示和交互可以利用社会参与和互动，促进与健康有关的活动。由于在基础设施和准入方面取得了这些进展， Exergaming 的概念现在可以提供数字选择， 以便在儿童面临肥胖和糖尿病风险的情况下促进健康的体力活动。 然而， 仍需要进行一项重要的研究工作， 以确定虚拟现实和 Exergame 应用程序在减轻体重和改善糖尿病管理方面的功效和附加值。如前所述， 早期的结果表明， 目前，使用可用的活跃 Exergames比久坐活动明显消耗更多的能量， 但这种活动没有达到的强度水平，也没有为儿童提供每日推荐的运动量。未来的研究至少有两个主要方向，用来测试一代虚拟现实游戏对减肥和糖尿病管理的功效。这些方向的重点是参与和能源支出。 综上所述，在虚拟现实与仿真技术在临床医学上的广泛应用，可以节省大量的时间与资源，从而更快捷、更安全的挽救生命。随着计算机、多媒体技术、传感技术、通讯技术的发展以及各国对虚拟现实技术的日益重视，在将来，相信这一技术在医学上的应用会取得更大的发展，它的发展前景非常诱人。可以预料，虚拟现实技术在临床医学中更广泛、更深入的应用将会给传统医疗带来革命性的变化。 参考文献： [1] 帕森斯， RIZZO AA. 虚拟现实暴露疗法对焦虑和特定恐惧症的荟萃分析[J]. 行为精神病学， 2008， 39（3）. [2] 罗斯. FD， 布鲁克斯， RIZZO AA. 脑损伤康复的虚拟现实： 回顾[J].网络心理学与行为期刊. 2005， 8（3）. [3] 金姬， 康德， RIZZO， AA. 虚拟麻醉： 在急性医疗干预过程中使用虚拟现实治疗疼痛[J]. 医学麻醉疼痛， 2005（24）. [5] 格拉夫 DL， 普拉特 LV， 海丝特 CN， SHORT KR. 播放活动视频游戏增加了儿童的能量消耗[J]. 儿科， 2009， 124（2）. |
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