Fundamental VR：用触觉反馈打造VR手术系统
VR一直被用于创建全新的世界，而现在越来越多人发现，VR在教学方面有着非常大的潜力，尤其是一些在现实世界中比较难实施的教学。现在有一家Fundamental VR的公司，想用触觉反馈打造VR手术系统。
将VR用于培训下一代的医生，就是一个很好的例子。美国凯斯西储大学就宣布，计划把VR带入学校的解剖学实验室中，用于教学用的尸体上，并通过微软HoloLens来进行教学。戴着HoloLens的实习医生们可以看到3D人体不同的层次——皮肤、肌肉、血管等等。
而一家英国公司则决定在该领域更进一步。这家名为Fundamental VR的公司决定在VR中重现实际的手术过程，通过触觉反馈让医学生感受手术过程中人体的触感。
Fundamental VR希望通过这种方式，可以让医学生在技巧还未成熟之前避免在真正的病人身上练习，减小风险。
公司研发的这套系统包含一台HoloLens头显，以及一支连接到标准机械臂上的触笔。在VR中，这支触笔看起来就是一支注射器，通过一个按钮可以排空注射器，另一个按钮可以重新填满液体。
在现实世界中移动触笔就可以在VR中移动注射器。当虚拟的针头接触到虚拟的皮肤、肌肉或者骨头时，不同介质带来的不同的阻力能够通过触笔传导给使用者，让他们对真实的人体有逼真的感受。
这个系统最基本的构思就是，人体不同的部位，像是脂肪和骨头，在感觉上应该是不同的。
Fundamental VR的首个系统用于膝关节内窥镜手术中。这个系统为制药公司Pacera专门打造，让临床医生们学习如何处理公司新开发的一种麻醉药Exparel。
和许多传统的麻醉药不同，Exparel不是注射一次之后就会扩散到全身，而是需要在不同部位多次注射，且药物会聚集在注射的部位。对于一些外科医生来说，手术流程的改变很难掌握，因此VR教学也就应运而生。
通过对膝关节的多角度成像，公司打造出了一个完整的3D模型。现成的触觉设备被用于在系统中替代注射器，当然也可以根据需要替代任何需要的工具。
医生的全程参与
打造一个真实重现手术体验的系统需要人类智慧和高科技的融合。在建造VR膝关节置换手术时，Fundamental VR在每一个环节都咨询了外科医生的意见。
“手术是一个科学的过程，同时也是一种艺术。而有艺术的地方就会有不同的见地。如果要打造一个大部分人都赞同的标准是很耗费时间的。在这个过程中，我们已经做好了迎接挑战的准备，比如如何重现不同肌肉的纹理和血管，以及这些部分在手术过程中应该如何变化。” Fundamental VR的联合创始人Richard Vincent在采访中表示。
接下来，外科医生们还要参与如何将实际的手术经验转换为VR的版本。这就需要使用公司的触觉反馈开发引擎来连接真实和VR的世界。
“我们打造了一款校准工具，这是我们软件的核心，可以让我们迅速和多人沟通一些困难的点。一开始，我们的实验人员会说‘感觉像针头插入了一个橘子’，或者‘像刺入了一只鸡’，在经过一些调整后，大部分人都会赞同和真实手术中的感觉差不多，”Vincent说。
Stan Dysart是一名关节置换手术专家，他参与了整个在VR中重建手术感觉的过程。他会为人体不同的元素分配一个号码，以对应一种触觉的质感。
“触觉设备有一个打分系统，我可以帮助开发人员决定针头在关节囊中是什么样的感觉、在肌肉、脂肪、在骨膜、骨头中是什么感觉，”他说。他举例说明，如果是在纤维囊中，插入针头的感觉就像插入塑料。
“关节囊具有一定的阻力。在针头不断深入时，这种阻力会释放。在VR中我们能够模拟出这种触觉的变化，并且在膝盖不同部位的触觉还不一样。在对这些不同的触觉编号之后，电脑就能够做出相应的处理——编号的数值越高就代表医生遇到的阻力越大，”Dysart说。
当一众外科医生都对VR中不同人体部位的触感取得一致意见后触觉系统就会将编号转化为VR用户在使用虚拟注射器时的感受——这个过程还需要考验GPU的处理多场景的能力。
根据Dysart的说法，这种虚拟膝关节手术系统已经在美国国内多个医学中心获得了使用。系统帮助医生们不断精进自己的技巧。
“外科医生们都很喜欢这种方式，因为可以不断地练习，同时不会伤害到患者。这是最重要的一点。在真实的手术中，我们每动一下手术刀都需要考虑后果——这一刀要切多深？切在哪里？在哪里注射？因为膝盖上遍布神经和动脉。
“在VR中，如果不小心将针头捅的太深，也没关系。医生会知道自己操作不当，然后一遍一遍反复练习来获得正确的技巧。这就是这一系统最美妙的地方。”
除了膝关节手术外，Fundamental VR目前还在开发另外三种手术流程，包括软组织手术和脊椎手术，有机会再今年夏天上线。
理想的教学工具
Fundamental VR已经在和许多医学教育机构洽谈合作，希望能够将触觉反馈VR系统用于教导医学生提升手术技巧，或者让医生学习新的手术疗法。目前，Fundamental VR专注于美国市场，同时也在和英国以及其他国家的医疗机构建立联系。
除了为客户量身打造VR系统之外，公司希望在未来能够建立一个常见手术过程的收藏馆，通过订阅的方式让世界各地的医生有机会接触到这些资料。除了常规手术之外，公司也会让医学生接触到一些比较少见的解剖案例和手术环境。
“比如阑尾切除，这是最常见的手术之一，就算不用VR这种方式来展示，医学生也会有很多机会来观摩手术过程。但是神经学方面的手术就不同了，有些手术可能一年之中都不会遇到3次，但是这些手术通常都非常重要，关乎生死。需要接受这些手术培训的医生不多，因此让他们在VR中熟悉这些手术是一种非常好的方式。”
触觉系统并不适用于所有医生——一些资深的医师会认为VR模拟出的场景太过像电脑游戏，但Fundamental VR认为，这就和让飞行员接受飞行模拟一样。
“我们在不同的展会上和很多外科医生聊过，他们在真实的手术中会遇到很多紧急的情况，而且通常只有几分钟的时间来做出决定。如果通过我们的系统在事前进行训练，无论如何都会在紧急情况真实发生时处理的更加游刃有余，”Vincent解释说。
在VR中练习，而不是病人的身上
当MR和VR变得更加平价和普遍时，在病人开始手术之前，就可以用触觉和VR来制作特定的模型。
“在手术之前，如果我们可以在这些模型上事先讨论如何处理器官、如何移动它们、每一步骤的计划是什么，手术如何提高效率，这对病人的安全是非常有帮助的，” Fundamental VR的联合创始人Chris Scattergood表示。
而VR医疗的未来，将会是两者的结合：一方面，是教导全世界范围内的医学生和职业医师们如何进行数量众多、常规的手术。另一方面，也会将VR用于让水平较高的医师们理解一些非常少见的手术过程。
无论是哪个方向，医生们都能够在VR中学习到必要的手术技巧，在真实病人的身上操作之前，最大限度的提升自己的手术水平。