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“VR/AR+醫療”有待打通“最后一公里”

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近日,臺灣勤益科技大學與秀傳醫院合作形成的研發團隊發表成果展示稱,其研發出的“MR+VR智能醫療眼鏡”,在MR混合虛擬現實眼鏡的基礎上,結合VR虛擬現實和data gloves數據手套等技術,可讓遠程端的醫生實時指導災難現場人員對傷患做手術或實施急救。目前已完成兩例臨床實測,接下來將逐步進入應用測試和量產階段。

可見,VR/AR/MR技術不只在娛樂領域有巨大潛力,在醫療領域同樣有廣闊空間。特別在醫療培訓、臨床診療、醫學干預、遠程醫療等方面具有一定的優勢,但是目前由于軟硬件平臺限制,VR醫療解決方案離臨床應用還有一段距離。

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與歐美國家有一定差距

歐美國家很早就開始探索VR/AR/MR+醫療,一方面是因為歐美國家用于醫學解剖的尸體非常稀少,另一方面他們對動物也有相應的法律保護,醫生也不能用動物進行練習。曾在歐美高校游學多年的北京航空航天大學教授潘俊君說,如果利用傳統手術觀摩的辦法,周期長,效率很低,所以西方國家醫療領域對虛擬現實技術有硬需求。而且從歐美國家的大學、研究機構、企業的一些案例也可以看出他們對VR/AR/MR+醫療十分重視。

美國德克薩斯大學的研究人員用虛擬環境幫助年輕的自閉癥患者練習社交技能,比如面試、相親或與新鄰居見面等等。VR練習可以幫助這些年輕人理解社交暗示,明白人們的弦外之音,并且以符合社交慣例的方式表達自己的意見。而硅谷初創公司Limbix推出了一項新服務:利用搭配智能手機使用的Daydream View提供暴露療法。

美國加州健康科學西部大學的虛擬現實中心有zSpace顯示屏、Anatomage虛擬解剖臺、在Oculus Rift和iPad上的斯坦福大學解剖模型,旨在幫助學生利用VR學習牙科、骨科、獸醫、物理治療和護理等知識。同樣,德國漢堡Eppendorf大學醫學院醫用數學和計算機研究所建立了一個名為VOXEL—MAN的虛擬人體系統,它包括人體每一種解剖結構的三維模型,肌肉、骨骼、血管及神經等任一部分都是三維可視的,使用者戴上頭盔顯示器就可以模擬解剖過程。

紐約市威爾康奈爾醫學中心的研究人員已經開始使用VR技術,來更好地理解癌癥基因突變的狀況了。他們為Oculus頭盔開發了一個新的程序,讓用戶看到并與微觀蛋白質的3D模型進行交互。

瑞典各大醫學培訓中心及醫院已經運用“模擬嬰兒”、“模擬孕婦”等一系列的VR產品,讓醫生在更逼真的虛擬環境中進行學習,減少了傳統手術環節中對動物的傷害。

尼克勞斯兒童醫院與VR公司Next Galaxy Corp聯手,制作為醫院手術專用設計的軟件。該技術以虛擬現實醫學教學軟件為中心,通過Foley導管置入、心臟復蘇及傷口護理這些操作步驟來指導用戶。

而國內虛擬現實技術在醫療領域并非不可替代,大部分醫學院學生或者醫生不缺練手的素材,他們可以用活豬等動物進行練習,所以目前國內VR+醫療與歐美國家有一定的差距。但是隨著虛擬現實技術的逐漸成熟,國內高校、醫院和企業也在積極推動VR+醫療領域的發展,其中有些技術或者應用也取得了一定的突破。

北京航空航天大學成功研發出我國具有自主知識產權的虛擬腹腔鏡手術訓練系統Lap-Sim和經皮冠狀動脈成形術模擬器,后者可滿足個性化手術規劃、預演、新手術實驗等臨床應用需求。目前,該PCI模擬器中已經集成了多套個性化病例數據,并在北京協和醫院、第三軍醫大學進行了多輪次的測試驗證和應用示范。同時,北京航空航天大學、上海交通大學、第三軍醫大學等還開發出了具有力反饋的心血管介入虛擬手術系統。

四川大學華西基礎醫學與法醫學院便利用了新新科技虛擬現實技術,研發出一款《人衛3D系統解剖學》VR版,讓學生帶上VR頭盔就能夠看到全方位立體展示的人體結構。

上海交通大學計算機科學與工程系與嘉奧科技共建“智能醫療與虛擬現實聯合研究中心”,該中心主要研究方向為虛擬現實與深度學習,其研究領域包括三維圖像處理與分析、醫學影像數據數字化、實時動態三維模擬及人工智能應用等。

去年11月,中國首個“虛擬現實醫院計劃”正式啟動。“虛擬現實醫院計劃”將采用VR/AR/MR、全息投影、人機接口、神經解碼編碼等技術,促進醫、教、研、產一體化,提出未來新醫療全套解決方案。截至目前,已經有10多家醫院加入該計劃。

廣州市正骨醫院已經發布全球第一臺VR+3D外科手術視頻,并完成了中醫史上首次正骨手法教學視頻。

海信研發出海信精準數字化手術室系統,可以將患者肝臟的CT數據變成三維的數字肝臟,有助于醫生在術前更精確全方位評估、規劃和設計手術方案,術中無需接觸電腦就可以用手勢遙控操作手術導航,使復雜的手術更精準。目前這套系統已在長庚醫院、復旦大學附屬兒科醫院等全國30多家三甲醫院臨床使用,完成手術已達1000余例。

VR可解決醫療四大痛點

從國內外的案例可以看出,虛擬現實技術在醫療培訓、臨床診療、醫學干預、遠程醫療等方面都有一定的應用空間。

在醫療培訓方面,虛擬現實技術可以突破實驗設備、實驗場地和經費等物理方面的局限性,讓更多的醫學院學生或者醫生可以沉浸在虛擬現實環境中進行訓練并學習新技術,加深對訓練內容的理解。潘俊君指出,虛擬現實技術給醫生從無到有地制造了一個完全真實的體驗經歷,剛剛走出醫學院校門的新手,借助虛擬手術系統可以成為經驗豐富的外科手術高手。而且利用虛擬現實技術,同樣的病例和場景可被重復使用,可以節省資源。國內醫生一般用活豬練手,成本很高,如果用手術模擬器練習可以大幅度降低手術成本。

中國醫科大學教授婁巖認為,VR能夠避免真實情境帶來的各種危險,例如麻醉學、急救醫學和戰地醫學等相關學科臨床技能訓練時。

在術前規劃及術中輔助方面,虛擬現實技術同樣可以發揮重要的作用。利用虛擬手術系統,醫生對病變缺損部位進行較精確的前期測量和估算,從而預見手術的復雜性和風險點。潘俊君表示,運用增強現實技術可以使醫務工作者沉浸于虛擬的場景內,通過視、聽、觸覺感知,學習各種手術實際操作,體驗如何應付臨床手術中的各類突發情況。

婁巖認為,VR技術可以在醫患溝通中,讓患者及家屬更直觀、更好地理解手術方案,獲得充分的知情和選擇的權利,增進醫患雙方的理解,減少醫患矛盾。

在醫學干預方面,VR技術適用于精神疾病干預和康復醫療干預。亞特蘭大艾墨立大學醫學院(Emory University School of Medicine)芭芭拉·羅特鮑姆(Barbara Rothbaum)幫助開拓了虛擬現實技術在心理學領域的實踐應用。她幫助開展的一項臨床試驗顯示,在治療病人對飛行的恐懼時,虛擬現實技術讓90%的病人最終克服了焦慮癥狀。

在遠程醫療方面,利用虛擬現實技術和互聯網能夠跨越地域的界限,平衡不同地方醫生資源不匹配的現狀。臺灣勤益科技大學與秀傳醫院合作形成的研發團隊負責人李佩淵指出,他們最新推出的智能醫療眼鏡不僅能讓手術更精準,也能用于醫療資源不足的重災地區,不論是恐怖攻擊、戰場還是地震重災區,即便現場沒有醫護人員,醫師也能利用眼鏡實施遠程指導。

例如在偏遠的山區,通過遠程醫療虛擬現實系統,患者不進城也能夠接受名醫的治療。婁巖強調,對于危急病人,還可以實施遠程手術。這時醫生只要對病人模型進行手術,他的動作就可以通過衛星傳送給遠處的手術機器人。手術的實際圖像通過機器人上的攝像機還能夠傳回到醫生的頭盔立體顯示器,并將其和虛擬病人模型進行疊加,為醫生提供有用的信息。

如何解開VR+醫療死結?

VR+醫療看似美好,能給醫療帶來便利,但是虛擬現實技術與醫療領域結合的過程中會遇到像硬件平臺不成熟、算法不夠準確、交互不夠精確等難題,而且即使做出產品,在應用推廣階段同樣會碰壁,因為互聯網公司做出的產品不一定符合醫生和病人的需求,所以現在VR+醫療需要技術人員與醫生共同研發,才能做出真正的產品。

VR+醫療不是VR游戲,它要盡可能地接近真實,這樣才能有助于醫生訓練或者用于輔助手術。海信計算機輔助手術系統(Hisense CAS)研發過程就是一個例子,海信工程師們白天做研發,晚上和外科醫生們做動物實驗,并不斷根據DICOM數據不斷設定相關參數并優化算法,讓系統可以自動精確地在一系列CT圖像上分割出肝臟、血管、腫瘤、膽囊等肝臟各組織。

潘俊君指出,手術模擬器的觸感是難點,因為它帶有力反饋,怎么能讓它的力反饋和真實的手術反饋盡量一致、逼真十分困難,這需要工程師和醫生反復交流、迭代、嘗試才能調整出來。

VR+醫療從業者劉祺光也表示,VR+醫療雖然實現了一定的技術突破,但是目前的AR技術還不成熟,在設備價格、佩戴舒適度、視野、清晰度方面還需要繼續改進。

在應用推廣階段同樣存在硬件平臺不成熟、產品與應用場景脫節、市場待教育等問題。實際上,醫院對虛擬現實醫療有一定的需求,VR在醫療培訓、人體研究、康復、心理培訓上有優勢,但是VR+醫療產品離臨床還有一段距離。

一方面是因為VR+醫療研發團隊與應用場景脫節,再加上硬件平臺技術不是非常成熟,導致產品體驗不佳,離臨床還有差距。“虛擬現實醫院計劃”執行總監、廣州市正骨醫院萬磊博士后認為,現在VR+醫療團隊大多數想當然,沒有和實際醫療場景相結合,不能滿足醫生和患者的需求。

另一方面是因為醫療是傳統行業,老醫生思想比較保守,在接受新技術上比較慢,VR+醫療產品少有人買單。而國外使用比較普遍是因為他們將相關產品和醫療培訓證書相結合,有剛需,所以潘俊君認為,如果要推廣VR+醫療應用,需要國家相關政策的支持。

現在研發公司希望國家政策認可通過VR+醫療產品來訓練、考核并頒發證書,但是國家希望民間攻克技術難點,推廣產品。潘俊君建議,國家可以立項,鼓勵民間企業投入,這樣才能改變現狀。清華大學經管虛擬現實及人工智能產業研究院主任研究員文鈞雷也指出,國家需要出臺鼓勵性政策,促進企業和醫院聯合開發產品,加速VR+醫療土壤的形成,這樣既可以解決醫院付費和招標購買問題,促進醫院和企業共同研發創新,同時也可以讓醫院和醫療研究機構不斷推進VR+醫療研發和應用。(來源:中國電子報

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