VirtaMed 如何在 VR 中培训明天的外科医生

VirtaMed：Unity案例研究

自2007年以来，VirtaMed通过最先进的虚拟现实（VR）应用程序改善外科护理的质量。通过结合专业硬件仪器和数据支持的解剖模型，VirtaMed的VR培训环境使外科医生能够掌握基本技术并追求在高级干预中的持续专业发展。

注意：本案例研究包含可能让某些人感到不适的医学图像。

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、受控的环境，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：

• 与传统方法相比，机器人手术的学习曲线更短。
• 通过将培训从需要用于患者干预的外科机器人中抽象出来，减轻了关键资源的负担。
• 减少或消除了实验室培训的需求，节省成本并为外科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）为需要先进精度和控制的新程序铺平了道路，并且成为了无法通过传统方法进行的微创干预的必要条件。随着对这种手术需求的增加，训练有素且高度合格的外科团队至关重要。

外科机器人培训传统上是在尸体或医疗道具上进行的。然而，员工培训更常见的是直接与活患者进行，以便培训项目不会妨碍实际手术的进行。

外科模拟提供了一个无风险的环境，让医务人员练习和完善他们的技能。使用这些模拟器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。得益于这些优势，越来越多的外科模拟器与新一代外科机器人一起到来。

模拟器一览

适合谁？

机器人模拟器主要供医院内的外科团队使用，也供个别外科医生使用。它也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。

它的功能是什么？

机器人模拟器作为外科培训的虚拟现实平台，紧密复制机器人手臂的功能并重现手术空间。它旨在模拟实际手术中使用的机器人系统，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几乎与实际手术控制台、主控制器和视觉车完全相同的独立培训环境。

它的采用程度如何？

机器人模拟器的采用相当广泛，并且正在迅速增长。VirtaMed 是医疗模拟培训解决方案的领先提供商，也是迄今为止四家下一代外科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 目前正在开发扩展的外科人员培训能力，并准备新的超现实 VR 模块，以应对未来机器人和数字辅助手术的进展。

为什么选择虚拟现实 (VR)?

机器人外科培训中的 VR 提供了一种沉浸式体验，增强了学习，提高了用户留存，提供了安全的实践环境，并允许可访问和可定制的教育。可重复、低压力的培训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，虚拟培训程序改善了外科结果，以确保患者始终获得最佳护理。

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，模拟器附加在机器人控制台上。其他版本使用功能性复制的机器人控制台，设计为便于现场团队轻松部署，使医疗从业者能够方便快捷地获得手术经验。

包含哪些培训反馈工具?

VirtaMed 的开发人员定义了学习者在每个模拟中被认为熟练所需的标准。模拟器允许在培训会话期间收集数据，例如仪器轨迹，并为用户和培训师提供反馈报告（带分数）。

使用的 Unity 解决方案

VirtaMed 的团队利用 Unity Industry 和一套第一方包实用程序来简化工作流程，加快开发，并构建强大的模拟。以下是他们技术栈中所使用的 Unity 技术的简要概述：

Pixyz

Pixyz 使动画师和 3D 建模师能够从超过 70 种文件类型的 CAD 数据中摄取和渲染高保真素材资源和网格。该管道对于整合基于数据的解剖模型和真实虚拟化现实世界外科仪器至关重要。

Unity 编辑器

内置对 Visual Studio Code 和其他集成开发环境 (IDE) 的支持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在 3D 空间中操作物理支持的世界对象。

关节体物理

外科手术模拟需要模型的精确旋转以及虚拟对象和网格之间的强大碰撞交互，尤其是在特定角度下。为了完成这些复杂而精细的物理模拟，VirtaMed 转向 Unity 的 关节体 组件来创建自定义物理层次结构。

高清渲染管线 (HDRP)

Unity 的高定义渲染管线 (HDRP) 为建模师提供了广泛的参数范围，以配置逼真的视觉效果和纹理。通过在单通道实例化和多通道 VR 渲染之间切换的灵活性，VirtaMed 的工程师能够优化其渲染管线，以最小化 CPU 消耗，并将其模拟适应更强大的 GPU 设备（如某些 VR 外设）。

着色器图

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 一起使用时，着色器图 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用医疗设备接口的过程。

运行时调试

VirtaMed 工程师利用 Unity 内置的性能 分析器 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，以确保在实时模拟中优化视觉性能和最大响应性。

自动化测试

通过 Unity 测试框架，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。

用户反馈

受到VirtaMed客户的赞赏

医疗专业人士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培训环境。
• 集成真实传感器外科工具进行实践模拟。
• 通过先进的触觉接口提供逼真的触觉反馈。
• 模拟器平台的多功能性和模块化，允许在包括会议、培训中心和医院等多种环境中部署。

机器人模拟器提供一个混合现实平台，为整个外科团队提供下一水平的培训，直接在医院进行。这减少或消除了实验室培训的需求，从而降低成本并允许重复培训。VirtaMed的模拟器与实际机器人非常接近，提供无缝体验，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计划通过进一步将机器人模拟器平台整合到外科团队的培训中，继续提升外科专业水平。这种方法允许在医院直接进行培训。

合作关系

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

VirtaMed致力于扩展他们的模块和其他产品，以满足更多的程序、案例、病理、变异和并发症。