เครื่องจำลองการผ่าตัดเป็นเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ที่พัฒนาขึ้นเพื่อจำลองขั้นตอนการผ่าตัดเพื่อการฝึกอบรมบุคลากรทางการแพทย์ โดยไม่จำเป็นต้องใช้ผู้ป่วยศพหรือสัตว์ แนวคิดนี้มีมาตั้งแต่ทศวรรษ 1980 ในวิดีโอเกม แต่เทคโนโลยีนี้สามารถจำลองสถานการณ์จริงได้ก็ต่อเมื่อใช้ กราฟิกสามมิติในทศวรรษ 1990 และการใช้เซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวเพื่อการเคลื่อนไหวที่สมจริง (การควบคุมการเคลื่อนไหว) ในทศวรรษ 2000 การผ่าตัดที่นิยมสอนด้วยวิธีนี้มากที่สุดคือการผ่าตัดผ่านกล้องแม้ว่าจะมีการใช้เพื่อทดลองก่อนการผ่าตัดประเภทอื่น ๆ ด้วยเช่นกันการผ่าตัดต้อกระจกและการผ่าตัดทางจักษุวิทยาอื่น ๆ ก็มีการสอนโดยใช้เครื่องจำลองการผ่าตัดอย่างแพร่หลาย

เครื่องจำลองการผ่าตัดโดยทั่วไปใช้เพื่อฝึกอบรมนักศึกษาแพทย์และศัลยแพทย์ในขั้นตอนการผ่าตัดเฉพาะประเภทโดยไม่ต้องใช้สัตว์หรือศพก่อนที่จะทำงานกับผู้ป่วยจริง เครื่องจำลองเหล่านี้เหมาะสมที่สุดสำหรับทักษะสองประเภทที่จำเป็นสำหรับการผ่าตัด ได้แก่การประสานงานระหว่างตาและมือและความสามารถในการทำการเคลื่อนไหวสามมิติโดยใช้หน้าจอสองมิติเป็นแนวทาง การประสานงานระหว่างตาและมือจะดีขึ้นเนื่องจากการจำลองสามารถให้ทั้งข้อมูลป้อนกลับทางสายตาผ่านทางหน้าจอ รวมถึงข้อมูลป้อนกลับทางสัมผัสที่จำลองการจัดการอวัยวะและเนื้อเยื่อ^{[ 1 ]}

ความเป็นจริงเสมือนประเภทนี้มักใช้ในการฝึกอบรมศัลยแพทย์ในขั้นตอนการผ่าตัดผ่านกล้อง เนื่องจากในความเป็นจริงไม่สามารถมองเห็นการผ่าตัดที่กำลังดำเนินการได้ เครื่องจำลองใช้หน้าจอคอมพิวเตอร์ที่แสดงภาพกราฟิกสามมิติของอวัยวะที่กำลังผ่าตัด เครื่องมือผ่าตัดหรือถุงมือต่างๆ เชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวและ กลไก การตอบสนองแบบสัมผัส ซึ่งผู้ใช้สามารถสัมผัสความแตกต่างของเนื้อเยื่อและอวัยวะจำลอง ได้ผู้ใช้สามารถ "ทำการผ่าตัด" บนอวัยวะเสมือนจริงได้โดยการควบคุมเครื่องมือ ซึ่งจะแสดงบนหน้าจอขณะที่ผู้ใช้เคลื่อนไหว และเครื่องมือยังให้การตอบสนองแรงและการตรวจจับการชนเพื่อบ่งบอกให้ผู้ใช้ทราบเมื่อพวกเขากำลังกดหรือเคลื่อนย้ายอวัยวะหรือเนื้อเยื่อบางส่วน การป้อนข้อมูลจากการสแกนเอกซเรย์คอมพิวเตอร์ (CT) และ การสแกนภาพ ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ทำให้สามารถจำลองผู้ป่วยในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงได้ การจำลองยังสามารถให้กิจกรรมการฝึกอบรมที่เข้มข้นมากขึ้นด้วยการแนะนำกรณีทางพยาธิวิทยาที่หายากและภาวะแทรกซ้อน^{[ 1 ]}

อย่างไรก็ตาม การใช้เครื่องจำลองเหล่านี้มีข้อจำกัด แม้ว่าจะมีการพัฒนาอย่างมีนัยสำคัญในการใช้กับผู้เริ่มต้น แต่ประสิทธิภาพจะลดลงเมื่อทำขั้นตอนซ้ำกับนักเรียนที่ถึงจุดคงที่ สำหรับศัลยแพทย์ที่มีประสบการณ์มากกว่า การใช้เครื่องจำลองเหล่านี้มีประโยชน์จำกัดมาก^{[ 2 ]}

การผ่าตัดเสมือนจริงในฐานะวิธีการจำลองขั้นตอนและฝึกอบรมศัลยแพทย์นั้นพัฒนามาจากอุตสาหกรรมวิดีโอเกมวิดีโอเกมเพื่อความบันเทิงเป็นหนึ่งในอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดในโลกมาเป็นเวลานาน^{[ 3 ]}อย่างไรก็ตาม ตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 1980 บริษัทต่างๆ เช่นAtariเริ่มทำงานเกี่ยวกับแนวคิดในการใช้สภาพแวดล้อมวิดีโอเหล่านี้เพื่อฝึกอบรมผู้คนในงานและอาชีพต่างๆ ผู้ฝึกอบรมรุ่นเยาว์ในสาขาการแพทย์แสดงให้เห็นถึงการประสานงานระหว่างตาและมือและความสามารถในการคิดอย่างรวดเร็วมากกว่าผู้ที่ไม่เคยเล่นเกม แม้ว่ากราฟิกจะจำกัดมาก แต่ Atari ก็เริ่มพัฒนาเครื่องจำลองหลายประเภทที่เกี่ยวข้องกับการดูแลสุขภาพ^{[ 3 ]}การฝึกอบรมประเภทนี้ได้รับการตั้งข้อสงสัยอย่างมากจนกระทั่งการศึกษาในช่วงกลางทศวรรษ 1980 เริ่มแสดงให้เห็นว่าแนวคิดนี้มีแนวโน้มที่ดี^{[ 3 ] [ 4 ]}

อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดด้านกราฟิกและการโต้ตอบของวิดีโอเกมเป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาและประโยชน์ใช้สอยจนกระทั่งถึงช่วงทศวรรษ 1990 เมื่อบริษัทต่างๆ เช่น Nintendo และ Sony เริ่มผลิตกราฟิกโพลีกอนสามมิติเพื่อสร้างแนวคิดของ "ความเป็นจริงเสมือน" ซึ่งได้รับการพัฒนามากขึ้นด้วยการเปิดตัว ระบบ Wiiที่ช่วยให้สามารถควบคุมความเป็นจริงเสมือนได้อย่างสมจริงยิ่งขึ้นผ่านเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหวการศึกษาในช่วงเวลานั้นแสดงให้เห็นว่าวิธีการโต้ตอบแบบใหม่นี้ช่วยปรับปรุงการประสานงานและการรับรู้พื้นที่ ความก้าวหน้ายังทำให้เทคโนโลยีเปลี่ยนจาก "เกม" ไปเป็น "เครื่องจำลอง" ^{[ 3 ]} DaVinci Surgical System ได้ตั้งโปรแกรมเครื่องจำลองเครื่องแรกสำหรับการผ่าตัดผ่านกล้องในปี 2005 และความแม่นยำและการออกแบบทำให้ได้รับการยอมรับจากศัลยแพทย์อย่างรวดเร็ว^{[ 5 ]}แม้ว่าเทคโนโลยีส่วนใหญ่จะถูกนำไปใช้สำหรับการฝึกอบรมการผ่าตัดทั่วไป แต่ก็ยังถูกนำมาใช้ในการวางแผนการผ่าตัดเฉพาะด้านด้วยเช่นกัน การผ่าตัดเสมือนจริงครั้งแรก (ซึ่งการผ่าตัดจริงเป็นไปตามการฝึกฝนเสมือนจริง) เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม พ.ศ. 2552 เมื่อดร. เดวิด คลาร์ก ในเมืองแฮลิแฟกซ์ รัฐโนวาสโกเชียผ่าตัดเนื้องอกในสมองออก 24 ชั่วโมงหลังจากผ่าตัดเนื้องอกจำลองออก^{[ 6 ]}ภายในปี พ.ศ. 2553 โรงพยาบาลหลายแห่งมีเทคโนโลยีการจำลองบางประเภทให้บริการแก่บุคลากรทางการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการฝึกอบรมขั้นตอนการผ่าตัดผ่านกล้อง^{[ 3 ]}

การใช้เทคโนโลยีการจำลองประเภทนี้ยังคงมีความสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับนักศึกษาแพทย์รุ่นใหม่ นักศึกษาเหล่านี้เติบโตมาพร้อมกับทั้งวิดีโอเกมเพื่อความบันเทิงและเกมจริงจังซึ่งพัฒนาขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ทางการศึกษา ทำให้การใช้เครื่องจำลองเป็นที่ยอมรับและมีประสิทธิภาพมากขึ้น^{[ 7 ]}พบว่านักศึกษาเหล่านี้ได้รับประโยชน์จากการฝึกอบรมประเภทนี้ได้ง่ายกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการผ่าตัดผ่านกล้องและการเย็บแผล^{[ 8 ]}

ปัจจุบันเครื่องจำลองการผ่าตัดผ่านกล้องที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ da Vinci Surgery Simulator ซึ่งเป็นวิธีใหม่ล่าสุดในการฝึกฝนขั้นตอนเหล่านี้ โดยศัลยแพทย์มีส่วนร่วมในการผ่าตัดและควบคุมอุปกรณ์ เครื่องจำลองนี้เป็นบทเรียนที่เตรียมศัลยแพทย์ให้พร้อมสำหรับการผ่าตัดจริงที่ระบบผ่าตัด da Vinciประกอบด้วยภาพแบบเรียลไทม์ การควบคุมที่เหมือนกับอุปกรณ์จริง และปัญหาที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการผ่าตัดจริง^{[ 9 ]}

ในการศึกษาโปรแกรมอื่น Minimally Invasive Surgical Trainer-Virtual Reality (MIST-VR) ผู้เข้าร่วมได้รับการทดสอบ 10 ครั้งติดต่อกันภายในระยะเวลา 1 เดือน การประเมินทักษะการผ่าตัดผ่านกล้องรวมถึงเวลา ข้อผิดพลาด และความประหยัดในการเคลื่อนไหวของมือ ซึ่งวัดโดยโปรแกรมจำลอง^{[ 2 ]}

หนึ่งในเกม/โปรแกรมจำลองที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือTrauma Centerซึ่งเป็นเกมที่เน้นการแก้ปริศนาและปัญหาที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการผ่าตัด เป้าหมายของเกมคือการดูแลผู้ป่วยที่ได้รับบาดเจ็บจากอุบัติเหตุ กระดูกหัก เลือดออกภายใน และการบาดเจ็บอื่นๆ รวมถึงการตอบสนองต่อการวินิจฉัยต่างๆ และการทำหัตถการผ่าตัดต่างๆ เป้าหมายของเกมคือการทำให้ผู้เล่นคิดเร็วขึ้นและเพิ่มความสามารถในการแก้ปัญหาบนโต๊ะผ่าตัด ศัลยแพทย์และผู้เชี่ยวชาญด้านสุขภาพกล่าวว่าเกมนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเร่งเวลาในการตัดสินใจบนโต๊ะผ่าตัด เพราะเป็นเกมที่สร้างแรงกดดันให้กับผู้เล่นโดยการกำหนดเวลาให้ผู้เล่น^{[ 1 ] [ 7 ]}

EyeSi เป็นเครื่องจำลองเสมือนจริงสำหรับการฝึกอบรมการผ่าตัดภายในลูกตา^{[ 10 ]} เครื่องจำลอง การผ่าตัดตา HelpMeSee เป็นเครื่องจำลองเสมือนจริงอีกเครื่องหนึ่งที่มีการตอบสนองแบบสัมผัสแบบเรียลไทม์ ซึ่งใช้ในการฝึกอบรมผู้เข้ารับการฝึกอบรมสำหรับการผ่าตัดต้อกระจกแบบแผลเล็กด้วยมือ^{[ 11 ]}