OpenOR——面向医学教育的虚拟现实(Virtual Reality, VR)框架

《Acta Neurochirurgica》：OpenOR – a virtual reality framework for medical education

　　

目的(Purpose)：虚拟现实(VR)日益被公认为医学培训的有力工具，可提供沉浸式、交互式环境，适合探索复杂解剖结构与手术操作。随着低成本硬件的出现，VR能够提供高质量且具成本效益的培训体验。方法(Methods)：研究人员使用Unity开发了名为OpenOR的VR应用程序，用于医学教育。其支持多用户交互、可自定义虚拟形象(Avatar)及手部追踪(Hand-tracking)以实现直观操控。OpenOR面向医学生与专业人员，可完整探索临床病例，包括病史、虚拟数字成像和通信(Digital Imaging and Communications in Medicine, DICOM)阅片器、基于磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)分割生成的解剖结构与病变可视化，以及各病例的原始三维手术视频。此外，三维MRI模型辅以真实植入物(如脑室-腹腔分流管(Ventriculoperitoneal Shunt, VP Shunt)或动脉瘤夹)的计算机辅助设计(Computer-Aided Design, CAD)模型。研究对30名医学生进行了可用性测试，采用结构化问卷评估。结果(Results)：试点应用表明OpenOR具有良好的教学潜力。学生反馈参与度提升，并感知到对解剖与手术流程理解有所改善。多用户模式促进协作学习，手部追踪支持直观交互。虚拟影像归档和通信系统(Picture Archiving and Communication System, PACS)浏览、交互式三维模型与手术三维视频的结合提供了逼真且一体化的学习体验。评估反馈显示用户满意度高，证实该平台在神经外科与解剖学训练中的价值。结论(Conclusion)：OpenOR是VR-based医学教育的重要进展，通过将沉浸式技术与低成本硬件结合，为神经外科与神经解剖学教学提供了实用且可扩展的培训方案。

《Acta Neurochirurgica》刊载论文解读：OpenOR——面向医学教育的虚拟现实框架

一、研究背景与立项依据

虚拟现实(Virtual Reality, VR)技术正快速融入医学教育与患者照护领域，从传统的非沉浸式屏幕模拟向头戴式显示器(Head-Mounted Display, HMD)全沉浸式体验转变。消费级高性能VR硬件的普及使高质量医学模拟更具可及性与可扩展性。技术进步使高分辨率三维(Three-Dimensional, 3D)模型实时渲染成为可能，手部追踪(Hand-tracking)等新型交互方式降低了学习曲线，多用户功能与实时协作工具则增强了教学互动性。VR可有效呈现复杂3D解剖结构及临床操作，Meta分析与系统综述表明VR干预能提升医学生的知识获取、空间理解力与操作技能，且可规避真实临床初学带来的伦理与安全顾虑。

在医学专科中，神经外科因高度依赖空间认知、解剖精度及复杂影像判读，尤受益于VR教具。沉浸式VR可从磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)与计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)重建患者特异性解剖，辅助理解神经血管关系、颅底解剖及深部病变，已有研究证实其在颅底肿瘤与血管病变教学中可提升参与度与理解度。VR亦被用于神经外科程序训练（如脑室穿刺、动脉瘤夹闭）及术前规划与会诊。多用户协作VR环境允许多人共享虚拟空间同步操作模型、审阅影像并讨论手术策略，已显示出教学价值。

然而，当前多数医用VR教育应用偏重单一内容（如仅解剖模型、仅手术视频或孤立3D可视化），虽具价值，但能整合多数据类型并支持协作探索的综合交互式学习环境仍较匮乏。为此，研究人员开发了OpenOR——一款基于Unity引擎、集成了交互式3D可视化、基于完整病例的学习、多人协作与先进交互技术的创新型VR神经外科教育应用，并通过医学生试点实验评估其可行性、可用性与教学潜力。

二、主要关键技术方法

研究人员使用Unity 2023.2.20f1开发应用，集成Meta XR Core SDK与Meta XR Interaction SDK实现可视化与原生手部追踪；Meta Avatars SDK渲染网络同步虚拟形象，Photon Fusion Meta XR Integration管理运动数据、网络对象同步及网络语音通信(Voice over IP, VoIP)。虚拟环境由手术室实景摄影测量(Photogrammetry)重建结合商用预制件搭建，纳入Brainlab Curve?导航系统与Carl Zeiss Kinevo手术显微镜CAD模型及360°全景天空盒。纳入5个神经外科典型病例（鞍结节脑膜瘤合并脑积行VP分流及肿瘤切除、床突型脑膜瘤、大脑中动脉动脉瘤显微夹闭、前庭神经鞘瘤经乙状窦后入路切除、大型岩斜区脑膜瘤经乙状窦后入路切除），获匿名患者病史、查体、术前MRI/CT及立体3D手术录像。术前T1加权增强薄层MRI数据经Brainlab Elements半自动分割解剖结构、手动分割肿瘤，输出STL(Surface Tessellation Language)文件导入Blender 4.2精简面数与平滑处理后赋予交互与网络同步功能；VP分流(proGAV? 2.0)与动脉瘤夹(L-Aneurysm Clip?)CAD模型正交置入解剖模型。30名医学生分组(2–5人)在经验神经外科医师指导下以网络虚拟形象参与45–60分钟VR训练，填答自拟22项5点Likert量表问卷，采用SPSS 29进行Mann–Whitney U检验分析。

三、研究结果

Results（结果）

所有30名学生（女18人，平均年龄21.4±3.2岁；18人有VR使用史，12人有视力矫正需求，17人有游戏经验）完成VR课程，无严重不良事件，4人诉轻微不适/恶心但未中止训练。问卷显示93.3%学生认同使用App后复杂神经解剖理解有改善；86.8%认为VR可作为尸体与教科书之外的解剖学辅助工具；86.6%希望参加更多VR课程；70%认为应用易用。统计显示无VR经验者在"技术致恶心或不适"条目评分显著高于有经验者(U=59, z=-2.19, p=0.039)，且对"愿将VR作为解剖学教育补充"认同度低于有经验者(U=157, z=2.3, p=0.039)，提示潜在适应效应。性别、视力矫正及游戏经验分组间应答分布无显著差异。

四、讨论与结论翻译

讨论指出，OpenOR通过在同一协作环境中整合交互式3D解剖、患者特异性影像、立体重建手术视频与实时多用户交互，较聚焦单一任务的现有神经外科VR系统更贴近临床带教流程。手部追踪与自然物体操控缩短学习曲线，多用户元素（虚拟形象+手势+语音）营造自然协作氛围，增强教学价值。瞬态轻度眩晕仅见于VR新手，可能与传送式导航(Teleportation-based Navigation)及稳定视觉参照减缓晕动症(Cybersickness)有关，但样本量有限。当前硬件成本下降使小组协作可行，但扩至整届学生受限于后勤与技术。未来可扩展病例库、延伸至其他需空间认知的学科，并开发交互式手术流程模拟模块。研究局限性含样本小、无非对照/客观学习效果测评、问卷未验证及未校正多重比较的新颖效应影响。

结论(Conclusion)：OpenOR是为医学生培训设计的前景平台，亦是可拓展至神经外科、神经解剖学乃至其他学科教学的扎实概念。多模态病例、CAD模型与手术视频可在沉浸式协作环境中于集体课中探索。学生普遍接受良好并认为直观易用，可代表传统教学方法之外的有益补充。