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国内外虚拟现实医疗应用发展现状
时间:2019-11-29    评论:0
    来源:第三维度

    本文节选自:吴阶平医学基金会、虚拟现实产业联盟、赛迪智库电子信息研究所联合编写的《虚拟现实医疗应用白皮书》

    以虚拟现实为代表的新兴前沿技术正广泛应用于医疗行业,助力提高医疗资源供给能力、降低各种医疗保健复杂性和危险性、应对医疗健康服务需求增长。与此同时,随着医疗健康领域的发展,将产生更多的诊疗方案,进一步推进虚拟现实技术在各个医疗健康领域的应用,拓展虚拟现实的应用场景,催生新的模式业态,带来潜力巨大的市场。

    全球范围内,虚拟现实等信息技术应用所驱动医疗健康服务的数字化转型正在展开。在数字化医疗趋势的推动下,国内外医院正在逐渐使用虚拟现实技术进行培训和手术,虚拟现实医疗正获得更多医生和患者的认可与肯定。据 IDC 数据,虚拟现实医疗应用市场规模正逐年扩大,预计 2022 年将达到 17 亿美元,2018 到 2022 年的市场复合增长率预计为105.6%。

    虚拟现实在医疗领域的应用涉及手术模拟、技能培训、手术辅助、心理治疗等多个领域。现有国内虚拟现实技术方案主要集中在医学教育领域,覆盖市场在 60%以上。在临床方面,虚拟现实技术使用率较低,体验感还没有得到医生和医疗机构的普遍认可,属于科研拓展阶段,还未形成完善的商业闭环。

    (一)国内发展状况

    1、VR 医疗发展现状

    VR 技术与医疗融合的主要应用方向包括虚拟手术培训、强化临床诊断、远程医疗、心理疾病治疗、护理学和康复训练、产品研发等。在模拟手术领域,经验丰富的外科医生可以利用虚拟手术室学习和探索新技术,或者进一步深化掌握具体手术操作步骤。在培训领域,医学生能够以身临其境的方式学习人体解剖、临床等相关知识。

    国内典型应用案例如下:

    (1)VR 剖腹产手术模拟

    主要通过 VR 技术模拟真实手术室环境,全方位沉浸式体验剖腹产手术流程(图1)。软件使用高精度孕妇模型将皮肤、内部脏器、胎儿完全模拟真实人体解剖结构。用户在操作过程中能获得实时交互反馈,还能接受理论知识考核,实现交互实操与理论相结合。软件还能模拟突发状况,训练用户临场应对能力。同时包含教学模式与考核模式,以更好地掌控用户的学习进度。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
图1 VR 模拟剖腹产手术

    (2)VR 胸腔穿刺术模拟

    通过 VR 技术模拟胸腔积液或气胸患者,利用胸腔穿刺抽取积液或气体模拟手术(图2)。系统完全还原患者病情,操作时会对用户逐步提示,用户每一步操作都会有相应反馈。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
图2 VR 模拟胸腔穿刺术

    (3)VR 手术直播培训

    由于医学生无法进入手术室学习,VR 直播可同步播放手术室中的实时情况,使医学生能身临其境地观摩学习手术。国内已将 VR 技术应用于脑脊髓血管解剖、脑血管造影手术的专业直播与技术培训中。

    (4)VR 解剖学教室

    国内相关院校已设置 VR 解剖学教室,可供多人同时进入同一虚拟场景空间,突破学生学习立体解剖空间的瓶颈,大幅提升学生的学习兴趣与成效(图3)。虚拟场景解剖软件可支持 300 人同时上线,在模拟环境里拆解、旋转人体中超过 4000 个不同解剖部位,静态或动态观察脏器的活动。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
图3 VR 解剖学教室

    2、AR 医疗发展现状

    AR 技术与医疗融合的主要应用方向包括医学教育、中医药教育、辅助手术、远程医疗、医疗检测等。国内科技公司现有的 AR 医疗产品主要针对医院和第三方实验室,包括硬件、应用软件等。

    在医学教育方面,已经成熟的应用有利用 AR 技术寻找静脉注射用血管。在实际医护工作中,小孩的血管比较纤细或者部分患者血管凹陷的情况给护理工作带来了很大挑战。

    AR 技术可以在患者身体上投射出血管图形,让护士准确定位注射用血管,避免操作失误对患者的伤害。在中医药教育方面,将 AR 技术与中药材图谱相结合,可将中药植株和饮片立体地展现出来;在针灸教学过程中,AR 技术可以为学生展现出虚拟人体模型,演示穴位定位、进针手法等教学过程。

    在远程医疗方面,可以通过 AR 眼镜直接传输手术情况给远方专家组,专家可以通过远程辅助技术远程给手术主刀医生提供意见。

    在医疗检测方面,部分医院进行了一些尝试,如通过 AR全息眼镜观察人体结构、通过 AR 技术监测患者生命体征等。

    国内典型应用案例如下:

    (1)AR 技术辅助下颅内血管畸形切除手术

    2018 年 11 月,国内某医院完成 AR 技术辅助下儿童颅内血管畸形切除手术。手术借助 AR 技术将患儿的病变位置、血管和组织以三维(3D)图像方式呈现给医生。以往,医生在查看二维(2D)影像资料时,需要通过空间想象来叠加,AR 技术能三维再现影像,提高手术的精准度和安全性。

    (2)救护车内 5G+AR 医疗急救

    2019 年 7 月,国内某医院顺利完成 5G+AR 医疗急救演练。在接到急救电话后,医院调配置 5G 城市应急救援系统的“5G 救护车”前往,从患者被抬上“5G 救护车”的一刻起,车上的急救人员与医院急诊抢救医护团队实现“零时差”对接。救护车内的医护人员采取 5G 网络联动方案,佩戴 AR眼镜,与医院内专家进行远程 AR 诊疗。通过 AR 眼镜,院内专家可实时监测患者病情变化,进行远程会诊指导急救,争分夺秒抢救患者。

    (3)5G+AR 智慧医疗

    2019 年 7 月,国内某医院通过 5G+AR 技术成功实现了远程协同介入手术。县级市人民医院医生借助 AR 眼镜,将手术实况实时回传至相距千里的国内顶级三甲医院专家(图1.4),在心内科专家的指导下顺利完成冠脉介入治疗手术。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
图4 术者佩戴 AR 眼镜,将影像传输至后端

    通常国内中小型医院医生在面对一些复杂手术时,希望有大型医院专家的协助指导。邀请外院专家会诊存在路途遥远、专家时间冲突、患者费用和病情能否允许等一系列现实问题。不同地区的医生之间的信息传递主要依靠微信等方法,难以实时同步手术全过程信息,在与生命的赛跑中很可能出现“慢半拍”的情况。5G+AR 技术可以解决大型医院专家的远程协助问题,将大型医院的技术能力下沉辐射到更广泛的区域,有效助推分级医疗制度,缓解广大群众就医难的问题。

    3、政策环境发展情况

    2017 年以来,我国多个部委陆续出台了多份推动虚拟现实技术产业发展及医疗领域应用的相关政策,持续提升对虚拟现实医疗技术研发、产品消费、市场应用的支持力度。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
表1 相关部委关于虚拟现实的政策措施

    (二)国外发展状况

    1、VR 医疗发展现状

    VR 技术与医疗融合的主要应用方向包括机器人手术、恐惧症治疗、手术模拟和技能培训等。此外,VR 医疗在患者教育、心理健康和心理治疗等方面也发挥着重要作用。典型应用案例如下:

    (1)VR 手术模拟器

    VR+医疗的主流应用领域是通过 VR 技术训练外科医生。

    国外 VR 公司将 3D 技术和 VR 相结合,研发出各种手术模拟器。外科医生戴好特定的 VR 眼镜后,可以通过模拟器实施各种手术。其中手术刀的角度、操作力度等均能体现在虚拟患者身上(图5)。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
图5 VR 手术模拟

    (2)VR 病灶重现

    在 VR 技术的帮助下,患者可以和医生一起“走进”他的身体里,进而制定更精准的治疗方案。国外有 VR 公司为每名患者量身定制一个 360°的虚拟现实世界,通过 VR 技术将患者身体的病灶重现(图6)。医生可以邀请患者一起“钻”进这个世界,共同商量制定治疗方案,并通过反复模拟操作最终实现手术风险的显著降低。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
图6 VR 重现病灶

    (3)VR 改变幻肢感受

    国外某研究院利用 VR 技术和神经刺激技术,帮助截肢者改变“幻肢”感受,结合视觉和触觉诱骗截肢者的大脑,让假肢的使用更简单、自然。截肢者戴上 VR 头盔可以看到虚拟假肢(图7)。通过对截肢患者残肢的神经施加人工触觉,同时虚拟假肢的食指会在受刺激的触摸感觉中同步发光,从而产生幻肢和假肢是同一个肢体的错觉。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
 图7 患者正在使用 VR 改变幻肢感受

    2、AR 医疗发展现状

    在 AR 技术与医疗融合领域,国外研究机构正在开发 AR系统,可以将计算机体层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、X 射线或超声扫描的 2D 诊断图像转换为 3D 图像。该技术可以提供患者正常解剖和病变图像,这些图像在手术中可显示在患者体表,协助医生准确定位,节省手术时间。在远程手术中,世界各地的外科医生团队还可以通过 AR 技术协同工作。该技术已基本成熟,但远程手术需要能够在大约 70 毫秒内显示信息,网速还是一大挑战。

    典型应用案例如下:

    (1)AR 辅助脊椎手术

    国外已经开发出一套结合 AR 技术的医疗影像处理系统,该系统可以让医生事先了解患者身体结构情况,然后根据其结构特点来制定手术方案,以便更加精确地放置植入物(图8),整个手术时长缩短,减轻了患者和医生的负担。同样,当植入物放置完毕或手术完成后,医生也可以通过该 AR 系统来观察手术效果,无需患者额外接受检查。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
 图8 AR 对辅助判断穿刺位置

    (2)AR 解剖教学系统

    国外医疗创企开发出可以显示 8200 个不同解剖结构的医学 AR 应用系统(图9)。通过该系统,学生不需要在实验室对尸体进行解剖,在宿舍就能模拟解剖。该系统能够单独放大特定的身体区域和器官,促进学生之间真正的互动合作。医务人员也可以通过该系统实时向患者展示身体运行机制、解释病情等。图9 AR 展示人体解剖结构

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
图9 AR 展示人体解剖结构

    (3)AR 静脉扫描仪

    AR 静脉扫描是用于医疗护理的辅助系统,通常新入职护士在首次静脉注射时只有 60%成功机率,如果面对老年或儿童患者,更加难以穿刺成功。通过 AR 技术与手持扫描可以帮助找到静脉准确位置(图10)。研究表明这项技术将首次找准静脉的可能性提高 3.5 倍,大幅提升患者的就医体验。

国内外虚拟现实医疗应用发展现状
图10 AR 扫描仪找准静脉

    (4)AR 手术视觉指南

    美国食品药物监督管理局(FDA)已批准首个用于 AR头戴式显示器的医疗视觉辅助系统,该系统通过 2D、3D 和4D 图像技术,让医生在手术开始前获得可能在术中遇到问题的视觉指南(图11)。该系统可以呈现患者 2D 和 3D 图像,并将其准确地叠加在患者身上。

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图11 AR 手术视觉辅助
标签:医疗手术医学
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