VirtaMed 如何在 VR 中培训未来的外科医生

VirtaMed:Unity 案例研究

自2007年以来，VirtaMed通过最先进的虚拟现实 (VR) 应用程序提高了外科护理的质量。通过利用专门的硬件设备和数据支持的解剖模型的组合，VirtaMed 的 VR 培训环境 使外科医生能够掌握基本技术，并在高级干预中继续专业发展。

注意：本案例研究包含一些可能让人不适的医学图像。

结果

Virtamed 的机器人模拟器的目的是为外科医生提供一个无风险、可控的环境，以练习和完善他们的技能。通过复制手术中使用的机器人系统，它们提供了真实而沉浸的培训体验。结果包括：

• 机器人手术相比传统方法有更短的学习曲线。
• 通过将培训从需要进行患者干预的手术机器人中抽象出来，减轻关键资源的负担。
• 减少或消除对实验室培训的需求，节省成本并为手术团队提供重复培训的机会。

继续阅读，深入了解模拟是如何创建的以及它们所解决的挑战。

培训外科团队的挑战

机器人辅助手术（RAS）为需要高级精度和控制的新型手术铺平了道路，并且对于无法通过传统方法进行的微创干预变得必要。随着对这种手术的需求增加，训练有素且高素质的外科团队至关重要。

外科机器人培训传统上是在手术台上用尸体或医疗道具进行的。然而，员工培训更常见的是直接与活体患者进行，这样培训计划就不会妨碍实际手术的进行。

外科手术模拟为医务人员提供了一个无风险的环境，以练习和提高他们的技能。这些模拟器的使用使外科医生能够在不占用手术室或不需要真实患者的情况下进行练习。由于这些好处，越来越多的手术模拟器与新一代手术机器人一同出现。

模拟器一览

这是谁的？

机器人模拟器主要用于医院的外科团队以及个别外科医生。它也被用于医学院的培训目的。此外，机器人制造商使用模拟器技术来培训和教育外科医生关于他们的新机器人解决方案。

它有什么作用？

机器人模拟器作为一个虚拟现实平台，用于外科手术培训，紧密复制机器人仪器臂的功能并重建手术空间。它旨在模拟手术中使用的实际机器人系统，提供真实而沉浸的培训体验。模拟器的3D软件和硬件组件旨在提供一个独立的培训环境，该环境几乎与实际的手术控制台、主控制器和Vision推车相同。

它的采用程度有多广泛？

机器人模拟器的采用非常广泛，并且正在迅速增长。VirtaMed是领先的医学模拟培训解决方案提供商，并且是迄今为止四家下一代外科手术机器人制造商的唯一模拟器合作伙伴。除了现有的合作伙伴关系为各种医疗设备生产个性化模拟器外，VirtaMed目前正在为外科工作人员开发扩展的培训能力，并在Unity中准备新的超现实VR模块，以应对未来机器人和数字辅助手术的进步。

为什么选择虚拟现实（VR）？

VR在机器人手术培训中提供了一种沉浸式体验，可以增强学习效果，提高记忆力，提供安全的练习环境，并允许进行可访问和可定制的教育。可重复的、低压力的训练模拟可以减少或消除对昂贵实验室培训的需求。更重要的是，虚拟培训项目改善了手术结果，以确保患者始终获得最佳的护理。

它运行在什么硬件上？

一些模拟器的变体使用集成在“背包”中的机器人控制台，模拟器连接到机器人控制台。其他版本使用功能复制品的机器人控制台，设计为便于现场团队部署，使医疗从业者能够方便快捷地获得操作经验。

包含哪些培训反馈工具？

VirtaMed 的开发人员定义了在每个模拟中被认为熟练所需的标准。该模拟器允许在训练期间收集诸如仪器轨迹等数据，并为用户和培训师提供反馈报告（带有评分）。

Unity 解决方案使用

VirtaMed的团队利用Unity Industry和一套第一方软件包工具来简化他们的工作流程，加速开发，并构建强大的模拟。以下是他们技术栈中Unity Technologies的简要概述：

Pixyz

Pixyz使动画师和3D建模师能够从CAD数据中导入和渲染高保真资产和网格，支持超过70种文件类型。这条管道对于整合数据支持的解剖模型和忠实虚拟化真实世界的外科手术工具至关重要。

Unity 编辑器

内置支持Visual Studio Code和其他集成开发环境（IDE），使开发和调试变得简单，而建模工具的紧密集成使VirtaMed的技术动画师能够自信地操控3D空间中的物理支持世界对象。

关节体物理学

外科手术模拟需要精确旋转模型和虚拟物体与网格之间的强大碰撞交互，尤其是在特定角度。为了完成这些复杂而精细的物理模拟，VirtaMed 求助于 Unity 的 Articulation Body 组件来创建自定义物理层次结构。

高清渲染管线 (HDRP)

Unity 的高清晰度渲染管线 (HDRP) 为建模者提供了广泛的参数来配置逼真的视觉效果和纹理。通过在单次实例化和多次 VR 渲染之间切换的灵活性，VirtaMed 的工程师可以优化他们的渲染管道以实现最低的 CPU 消耗，并将他们的模拟适应于更强大的 GPU 设备（例如某些 VR 外围设备）。

Shader Graph

VirtaMed的工程师不必担心编写和编译自定义片段和顶点着色器。当与HDRP结合使用时，Shader Graph工具允许开发人员以最小的配置实现着色器节点层次结构。

多平台部署

外科手术培训模拟依赖于在异构计算环境中运行的专用硬件输入之间的低延迟触觉反馈。Unity 的运行时配置参数简化了部署到不同计算平台和与专业医疗设备接口的过程。

运行时调试

VirtaMed 的工程师利用 Unity 内置的性能 Profiler 在测试和运行时调试行为和性能问题。这些工具对于微调模拟逻辑和硬件配置至关重要，以确保在实时模拟期间优化视觉性能和最大响应能力。

自动化测试

使用Unity Test Framework，VirtaMed 工程师构建了可以在本地开发环境和模拟输出中运行的测试，这帮助他们的跨学科团队遵循良好的设计模式，并在持续开发过程中主动避免软件回归。

用户反应

受到VirtaMed客户的赞赏

医疗专业人员重视模拟器所提供的完全数字化学习旅程的原因包括：

• 使用最新图形技术的真实训练环境。
• 集成真实传感器化的外科手术器械进行实践模拟。
• 逼真的触觉反馈通过先进的触觉界面提供。
• 模拟器平台的多功能性和模块化，允许在包括会议、培训中心和医院在内的许多环境中进行Deployment。

机器人模拟器提供了一个混合现实平台，可以直接在医院为整个手术团队提供下一代培训。这减少或消除了对实验室培训的需求，从而降低了成本并允许重复培训。VirtaMed的模拟器与实际机器人非常接近，提供了一个无缝的体验，针对每个人的培训需求量身定制，使其成为外科医生在进入手术室之前磨练技能的宝贵工具。

展望未来

扩展培训能力

VistaMed计划通过将机器人模拟平台进一步整合到外科团队的培训中，继续提升外科手术的熟练程度。这种方法允许直接在医院进行培训。

合作伙伴关系

VirtaMed重视合作伙伴关系，并认为模拟训练是外科教育和机器人手术培训的重要组成部分。他们与专家和社会的合作旨在培训全球的外科医生和医疗专业人员，以实现更好的患者结果。产品开发 和持续创新

VirtaMed致力于扩展其模块和其他产品，以满足更多的程序、病例、病理、变异和并发症。