《電子技術(shù)應(yīng)用》
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將VR/AR融入醫(yī)療會(huì)發(fā)生什么?

2017-02-21
關(guān)鍵詞: 醫(yī)療 VR AR

 根據(jù)中國紅十字會(huì)統(tǒng)計(jì),全國每年非正常死亡人數(shù)超八百萬,其中因arget="_blank">醫(yī)療事故致死的約有四十萬人(包括因藥物致死)。這其中,疲勞失神、病情誤判、操作失誤等人為原因造成的案例占到絕大部分。

先別覺得這是醫(yī)務(wù)人員的不負(fù)責(zé)任,我們來感受醫(yī)生平均下來的工作強(qiáng)度,69.2%的醫(yī)生每周工作時(shí)間超過50小時(shí),59.7%的醫(yī)生每半日需要看超過30例患者。在此情況下,想要保證工作8小時(shí)內(nèi)精神每分每秒都高度集中幾乎是不可能的。

以前曾有人幻想,這時(shí)候如果我們擁有集成了谷歌、愛普生、Realmax或者meta等智能眼鏡的智能化醫(yī)療信息方案,這些失誤或者遺漏都將從根本上得到改善。

試想一下,醫(yī)務(wù)人員在工作中都利用智能眼鏡聯(lián)網(wǎng)跟蹤患者信息,早上交接智能眼鏡會(huì)一一引導(dǎo)你完成所有患者信息更新核實(shí),防止貽誤重要病情變化或醫(yī)囑要求;與其它設(shè)備連接,在患者危急情況下(如心跳驟停)可直接紅色報(bào)警。種種這些必將大大減少因?yàn)楣ぷ魅藛T失誤等造成的醫(yī)療事故。

先來看幾個(gè)案例吧,2015年12月,來自明尼蘇達(dá)州Nicklaus兒童醫(yī)院的醫(yī)生們利用谷歌Cardboard進(jìn)行了一例體外循環(huán)心臟手術(shù),挽救了一個(gè)四個(gè)月大的小生命。2016年1月20日,Realmax在上海展示了刨婦產(chǎn)手術(shù)和臂骨骨折手術(shù)示意案例……

隨著AR技術(shù)的發(fā)展,那些幻想正在實(shí)現(xiàn)。

據(jù)AR in China最近期的統(tǒng)計(jì),如今國內(nèi)從事AR應(yīng)用開發(fā)的企業(yè)有200多家,其中80%傾向和已開發(fā)游戲類應(yīng)用,剩余的也多偏向影視、購物等生活類應(yīng)用。而專注在醫(yī)健領(lǐng)域的應(yīng)用,根據(jù)公開信息推測目前不超過10家。而在海外,據(jù)CBInsights、CrunchBase、AngelList網(wǎng)站的綜合數(shù)據(jù)查詢,目前有30家左右初創(chuàng)公司正專注在AR醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域。其中9家初創(chuàng)公司獲得融資,總?cè)谫Y額達(dá)5.52億美元,獲投率達(dá)到了30%。AR在醫(yī)健領(lǐng)域的應(yīng)用還處于藍(lán)海探索期。

目前比較成熟的AR醫(yī)療應(yīng)用是關(guān)于血管照明,通過PC應(yīng)用軟件幫助醫(yī)務(wù)人員在手術(shù)中能夠查看隱藏的血管。此前,心臟病專家借助谷歌眼鏡疏通了一位49歲男患者阻塞的右冠狀動(dòng)脈。冠狀動(dòng)脈成像(CTA)和三維數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在智能眼鏡的顯示器上,根據(jù)這些實(shí)時(shí)放大圖像,醫(yī)生可以方便地將血液導(dǎo)流到動(dòng)脈。

不同于傳統(tǒng)手術(shù),AR的介入就像一個(gè)"AR放大鏡",直接放大手術(shù)創(chuàng)口,患者的彩超、MRI、CT圖像等將直接映在手術(shù)部位,讓醫(yī)生能夠看到肉眼難以分辨的細(xì)微情況,獲得“透視”功能,大大提高手術(shù)操作的效率和舒適度。

第二個(gè)是醫(yī)療設(shè)備營銷可視化。Hologic是一家致力于開發(fā)女性健康方面的影像系統(tǒng)和診斷檢測產(chǎn)品的公司,開發(fā)的一款應(yīng)用 Hologic Augmented Reality app,主要是讓目標(biāo)用戶在購買設(shè)備之前就能有一個(gè)直觀地視覺體驗(yàn),并且還能實(shí)時(shí)互動(dòng)。此外,Hologic的銷售人員能隨時(shí)隨地帶著這款3D增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備臨床應(yīng)用向用戶展現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備是如何融入現(xiàn)有設(shè)置的。

當(dāng)然除了AR之外,最先引起熱潮的VR技術(shù)也正在醫(yī)療上大放光彩。

醫(yī)療上新一代的“麻醉劑”

在醫(yī)療保健過程中,如何減輕手術(shù)痛苦,如何解決人們的心理健康問題,這些都是大家所關(guān)注的問題。而VR/AR給了醫(yī)療行業(yè)一個(gè)新未來,它正在悄無聲息地改變著醫(yī)療保健行業(yè)。

接受重度燒傷治療是一段痛苦的經(jīng)歷。傷口清理和繃帶變化都會(huì)引發(fā)疼痛,即便使用嗎啡等麻醉藥物,仍有86%的病人會(huì)感到或多或少的疼痛,并且大量使用還會(huì)對身體造成一定傷害。1996年,華盛頓大學(xué)人機(jī)界面技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(HITLab)研究人員發(fā)現(xiàn)孩子們在玩游戲時(shí)是越來越全神貫注后,想出了為治療燒傷提供VR游戲,假設(shè)沉浸在游戲中會(huì)為病人帶來積極療效,他們會(huì)更專注于游戲,而減輕對疼痛的注意力。

美國羅耀拉大學(xué)醫(yī)院正利用一個(gè)名為"SnowWorld"的VR游戲緩解燒傷病人的傷痛。這個(gè)虛擬的冰雪世界有冰冷的河流和瀑布,還有雪人和企鵝。病人可以飛躍冰雪覆蓋的峽谷或者投擲雪球,此時(shí)他們的注意力完全集中于冰雪世界,無暇顧及傷痛。

25歲的三度燒傷病人Austin Mackay嘗試了這個(gè)理療項(xiàng)目,他說:“這比普通的理療要有趣得多。在虛擬現(xiàn)實(shí)的世界中,我完全被吸引住了。我?guī)缀醺杏X不到治療過程中身體移動(dòng)所帶來的疼痛,甚至不知道自己是不是真的在理療。我完全陶醉在游戲中了?!?/p>

戴上VR頭盔,患者就會(huì)進(jìn)入到游戲中,所有測試顯示,病人的疼痛級別會(huì)減輕,醫(yī)學(xué)手段對他們的療效也會(huì)更好。據(jù)調(diào)查,社會(huì)行為醫(yī)學(xué)2011年發(fā)布的調(diào)查展示了浸入式游戲作為止痛劑的強(qiáng)大作用。并且現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被美國軍方使用,幫助受傷的士兵接受治療。

另一方面,虛擬現(xiàn)實(shí)還將可能成為治療心理疾病的解決方案之一?!哆B線》雜志此前報(bào)道稱,斯坦福研究人員正試驗(yàn)利用谷歌眼鏡幫助自閉癥兒童分辨和識別不同情緒,以此讓他們掌握互動(dòng)技能。英國紐卡斯特大學(xué)(Newcastle University)也在PLOS ONE上發(fā)布研究,稱他們正在利用“藍(lán)屋”(Blue Room)系統(tǒng)將VR用于治療心理恐懼,幫助患者重返正常生活。

這一實(shí)驗(yàn)的對象是九個(gè)7到13歲的男孩,他們被放置在360度無死角的全息影像世界“藍(lán)屋”中,周圍播放著此前對孩子造成心理創(chuàng)傷的畫面。心理學(xué)家在“藍(lán)屋”內(nèi)陪伴他們,引導(dǎo)他們逐步適應(yīng)環(huán)境,最終幫助他們克服恐懼。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,9個(gè)孩子中有8個(gè)能夠良好地處理恐懼情境,其中4個(gè)孩子完全擺脫了心理恐懼。

醫(yī)療教學(xué)培訓(xùn)

據(jù)統(tǒng)計(jì),早在1993年,全球市場上出現(xiàn)的805個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)中就有49個(gè)應(yīng)用于醫(yī)學(xué),主要應(yīng)用在虛擬人體、醫(yī)學(xué)圖像學(xué)、藥物分子研究等方面。

大家都知道,在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教育中,如人體標(biāo)本解剖和各種手術(shù)實(shí)訓(xùn),受標(biāo)本、場地等限制,實(shí)訓(xùn)費(fèi)用高昂;同時(shí),醫(yī)學(xué)生不能通過反復(fù)在病人身上進(jìn)行操作來提高臨床實(shí)踐能力、臨床實(shí)踐具有較大風(fēng)險(xiǎn)等。而虛擬現(xiàn)實(shí)的直觀和體驗(yàn)特性卻可以很好地解決以上問題。

目前在醫(yī)學(xué)教育上應(yīng)用較多的有虛擬人體解剖學(xué)、手術(shù)訓(xùn)練教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬醫(yī)院。類別也從內(nèi)容、軟件到硬件,甚至還有從事交叉研發(fā)的,比如,Oculus涉足了內(nèi)容、硬件和軟件等方面,微軟HoloLens則是軟硬件結(jié)合等。

虛擬人體解剖學(xué),可在顯示人體組織器官解剖結(jié)構(gòu)的同時(shí),顯示其斷面解剖結(jié)構(gòu),并可以任意旋轉(zhuǎn),提供器官或結(jié)構(gòu)在人體空間中的準(zhǔn)確定位、三維測量數(shù)據(jù)和立體圖像,比起傳統(tǒng)的掛圖式解剖教學(xué)直觀、立體了不少。

此前,美國加州健康科學(xué)西部大學(xué)(波莫納)開設(shè)了一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)中心,該中心擁有四種VR技術(shù)、zSpace顯示屏、Anatomage虛擬解剖臺、Oculus Rift和iPad上的斯坦福大學(xué)解剖模型,旨在幫助學(xué)生利用VR學(xué)習(xí)牙科、骨科、獸醫(yī)、物理治療和護(hù)理等知識。

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美國加州健康科學(xué)西部大學(xué)開設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)中心

臺灣柯惠醫(yī)療臨床培訓(xùn)中心也在利用計(jì)算機(jī)和專業(yè)軟件構(gòu)造,提供VR醫(yī)療培訓(xùn)。該中心不僅為醫(yī)生提供了更逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,還減少了傳統(tǒng)培訓(xùn)對動(dòng)物的傷害。創(chuàng)始人李顯達(dá)在接受《第一財(cái)經(jīng)日報(bào)》采訪時(shí)提到:“從2014年10月到現(xiàn)在,已經(jīng)有400位急救和麻醉相關(guān)的專業(yè)醫(yī)療人員在這里進(jìn)行了培訓(xùn),這樣更逼近現(xiàn)實(shí)的培訓(xùn)效果比以往更強(qiáng)?!?/p>

Mario Viceconti是謝菲爾德大學(xué)的教授兼Insigneo研究所硅膠醫(yī)療主管,他們正投入一個(gè)歐洲項(xiàng)目,開發(fā)“虛擬生理人體”(VPH)。超過2億歐元已經(jīng)投入創(chuàng)造真實(shí)可靠的人體模型,這為外科醫(yī)生和臨床醫(yī)生投入一些最具挑戰(zhàn)性的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了準(zhǔn)確的預(yù)測。

Viceconti的同事們正在開發(fā)的模型可以為外科醫(yī)生提供決策的實(shí)時(shí)反饋。挑戰(zhàn)很艱巨?!拔覀冃枰逊浅?zhǔn)確的模型和夸大的現(xiàn)實(shí)合并,所以外科醫(yī)生會(huì)問“如果我這樣做,會(huì)發(fā)生什么?”這是目前無法做到的,但Viceconti想象外科醫(yī)生可以使用虛擬模型作為手術(shù)期所有決策的參考點(diǎn)。比如說換膝手術(shù)。在手術(shù)中,外科醫(yī)生需要決定從哪進(jìn)入身體,切割韌帶和組織,也要考慮把假肢器官放在哪。所有這些都會(huì)對病人未來的工作能力和功能產(chǎn)生真正的影響。虛擬人體模型可以根據(jù)病人的實(shí)際生理提供建議?!斑@能改變生活,”Viceconti說。

據(jù)研究機(jī)構(gòu)RnR Market Research發(fā)布的的虛擬現(xiàn)實(shí)醫(yī)療服務(wù)市場研究報(bào)告顯示,2014到2019年間,全球VR醫(yī)療服務(wù)市場的復(fù)合增長率將達(dá)到19.37%。

虛擬實(shí)驗(yàn)室

上述的醫(yī)療教學(xué)應(yīng)用場景催生了虛擬實(shí)驗(yàn)室的形成,在這種實(shí)驗(yàn)室里,學(xué)生有著充分的實(shí)驗(yàn)自主權(quán),能仿真實(shí)現(xiàn)各種實(shí)際的甚至不可視、不可摸、不可入、危險(xiǎn)性高的實(shí)驗(yàn)以及想象的實(shí)驗(yàn)場景。許多醫(yī)學(xué)教育中的實(shí)驗(yàn)和臨床相關(guān)實(shí)驗(yàn)都可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。

目前國際上有代表性的醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室有:霍華德 · 休斯醫(yī)學(xué)研究所 ( The Howard Hughes Medical Institute, HHMI)開發(fā)的心臟病實(shí)驗(yàn)室、神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)室等。

在加拿大麥吉爾大學(xué)的蒙特利爾神經(jīng)中心,正在使用被認(rèn)為是世界上最先進(jìn)的神經(jīng)外科學(xué)工具之一的 Neuro Touch Cranio。利用這套工具,神外科醫(yī)生可以在沒有患者的情況下模擬復(fù)雜的手術(shù)過程。這項(xiàng)技術(shù)使醫(yī)生能獲得和真實(shí)外科手術(shù)中握著手術(shù)工具一樣的感受。這個(gè)設(shè)備也包括一個(gè)屏幕,在屏幕上顯示腦組織腫瘤的鮮明模擬,同時(shí)也模擬了對腫瘤和其周圍組織進(jìn)行外科學(xué)手術(shù)的工具和手術(shù)的效果。這種模擬器目前正在進(jìn)行訓(xùn)練研究,幾年后它才能真正用于神經(jīng)外科學(xué)的職業(yè)訓(xùn)練。

此外,還有虛擬醫(yī)院的出現(xiàn)。通過使醫(yī)學(xué)專家信息數(shù)字化,降低訪問醫(yī)學(xué)信息的門檻,方便可訪問治療點(diǎn)的醫(yī)療人員和其他人員(如患者)的訪問。虛擬醫(yī)院分為患者網(wǎng)頁、醫(yī)護(hù)人員網(wǎng)頁、管理人員網(wǎng)頁等,可供進(jìn)行虛擬練習(xí)使用。

國內(nèi)醫(yī)療相關(guān)的VR創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目也并不在少數(shù)。形勢看起來一片大好,但在醫(yī)療行業(yè),超高精度、準(zhǔn)確是第一要義,而目前卻因?yàn)槭芟抻诩夹g(shù),仍存在影像觀看清晰度不夠,細(xì)節(jié)丟失嚴(yán)重等問題。阿爾法公社創(chuàng)始合伙人許四清也曾就此問題提出質(zhì)疑:“VR領(lǐng)域用在醫(yī)療里面不是不行,就是太早了。因?yàn)榫湍冕t(yī)療手術(shù)的錄像直播教學(xué)來說,先高清,你先看清楚護(hù)士和醫(yī)生他們手上拿了什么、站在哪里再說,其他根本不重要。”


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