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VR技术在医疗领域中该如何应用


医疗器械博览会6月29日讯


试想一下,如果用VR(Virtual Reality,虚拟现实)给患者做心脏手术,是什么感觉?事实上,在美剧《良医》(the Good Doctor)里面,就出现了这样的场景。连医疗设备都是 VR 呈现的。“你不要以为这只是科幻小说,或者是电视剧,它已经真实发生了。”说这话的是斯坦福大学儿童医疗中心小儿心脏学科的临床副教授 David Axelrod 博士。

确实如此,2017年9月份,伦敦皇家医院使用 VR 技术做了世界上第一例 360 VR 脑动脉瘤治疗。这是一场神经外科手术,需要修复病人的两个动脉瘤,医生戴上的是 GoPro。没错,不要以为 VR 只能玩游戏,在医疗领域的应用更值得我们关注。近日,硅谷洞察围绕 VR 技术在医疗行业的应用,专访了斯坦福大学临床副教授 David Axelrod 博士,让他带我们看看,VR 这项技术是如何应用在当前美国医疗行业的。

据 Axelrod 博士介绍,从2016年开始,VR 技术就已经开始用来培训学生和教育病人,这也是VR技术在医疗领域的第一大用途:培训和教育功能。这里面的培训和教育对象,包括医学生、医生,乃至病人。医学生和医生都比较好理解。像美国西储大学,使用微软 HoloLens 帮助学生用 VR 学习解剖学,来代替过去学生通过尸体来学习解剖学。年轻的医学生们,戴着 HoloLens,直接“看穿”了人体,从皮肤到肌肉,到血管等都能清晰地展现在眼前。

斯坦福大学医学院,如今也有 400 名神经外科患者在手术前已经在虚拟现实中观察了他们的手术将会如何进行。至于手术后,斯坦福大学医学院也对病人的大脑、脊柱等身体部位进行了 VR 呈像,过去,这些部位是通过物理模型进行解说的。通过让患者沉浸在解剖结构中,从而清楚了解手术进行的部位。


当然,一些会随着血液和呼吸流动而移动的身体部位,当前并未涉及。斯坦福大学医学院VR计划的高级项目负责人 Malie Collins 认为,这将会很快拓展到身体的其它部位。除了大脑、脊柱之外,还有心脏。Axelrod 博士举例,由于斯坦福大学儿童医疗中心的 ICU病房通常需要处理的病人情况是有严重心脏缺陷问题,手术的复杂程度,难免会带来病人和家属的害怕和困惑,因此,VR 就在其中发挥用途。

“他们(病人及家属)可能会害怕、会困惑,为什么我们会这样做(手术)。具体到哪一个心脏部位会动手术,如何动手术。未来,让病人从 VR 虚拟现实中了解手术的具体情况,从而缓解一部分害怕心理”,Axelrod 博士介绍道。但是目前这个应用还处于实验阶段,主要是在病人手术结束后为病人呈现,通过 VR 让病人更理解自己经历了什么。

对医学生来说,将 VR 用于模拟学习已经是加州大学旧金山分校医学院为期四年课程的一部分,医学生第一年就可以接触到虚拟现实,了解人体构造,体验解剖实验。对于外科医生来说,可以在进入到手术室之前,在虚拟现实的世界中对每一个步骤进行练习,从而提高准确率。

事实上,用于术前的医学模拟培训是很有必要的。美国顶级医学中心约翰霍普金斯大学医学中心(JohnsHopkins Medicine)曾在 2016 年所做的一项研究估计,美国每年有超过 25 万人死于医疗差错,这成为了美国第三大死因。在 2008 年对美国外科医生学会成员进行的一项调查中,近10%的人表示 “担心自己在过去三个月里犯了重大的医疗错误”。

除了帮助患者、医学生、医生之外,Axelrod 博士表示,VR 技术还能够帮助高中生学习科学,提高对医学的兴趣,斯坦福大学也已经在当地高中展开这样的合作项目。Axelrod 博士告诉硅谷洞察,除了 VR 手术之外,甚至AR(增强现实)也被用到了手术当中。即投射医疗影像到病人身体的表层,让病人能够看到。这甚至比 VR 更真实。“如果你在患者身上放置增强现实中的医学影像,你会可以看到所有的关于解剖学和一切”。

稍微解释下两种技术用于医疗行业的不同:虚拟现实是把用户融入计算机生成的一个虚拟世界中,而增强现实是把计算机生成的虚拟对象添加到真实物理空间当中。一个代入,一个带出。听起来确实科技感很重,但为什么现在还未在手术方面出现大规模普及乃至应用呢?这就说到VR 手术最困难的部分了——医学成像。

在 Axelrod 博士看来,现在的一大挑战就是如何将医学影像转化为 VR 需要获得高质量的成像。这里面需要众多技术工程师的帮助了。试想一下,首先要获得高质量的医学影像图片,然后导入。还能作为虚拟现实在其中进行交互。实际能够互动之外,还要有安全的反应,比如需要在 VR 手术前进行术前计划。这一系列过程,都是非常复杂,且高精度的。


那技术上的进步,是否只能依赖科技企业了呢?Axelrod 博士认为,确实如此。无论从硬件还是软件角度而言,都需要提高。比如硬件设备需要更加便携、更便宜。如今有了精算计算机的辅助,不再需要一个巨大的电脑在旁边,这已经是一个很大的进步了。

从软件领域来说,很多初创公司除了像在 Facebook\/Oculus、微软等有 VR 业务的大公司支持下,开发相应软件之外,也开始跟医疗社团合作,已经开发出那种能够快速识别 3D 成像,并快速输出的软件。这就说到了除技术上的挑战之外,另一个挑战来自的对象——医疗社团。Axelrod 博士认为,VR 技术应用在医疗领域的另一大挑战恰好来自于医疗社群。因为相对于科技团体来说,医学团体对某项技术的接受程度速度会慢一些,标准的建立也更慢。“这并不是说对技术不友好,而是它毕竟跟人的生命有关。所以会更谨慎。”

“需要时间,但并不意味着我们不可能到达。”Axelrod 博士非常乐观。说到医疗行业,不可离开的一个角色就是——FDA(美国食品药品监督管理局)。那么,在应用 VR 技术在医疗行业里面,FDA 又扮演一种什么角色呢?Axelrod博士指出,FDA 确实是一个重要的角色,但在医疗行业里面,FDA 不仅仅是一个发放许可的监管角色,很多情况更是扮演了一个合作者、倡导者的角色。

在 Axelrod 博士看来,当前众多医疗社团已经有开始跟FDA在合作,而FDA也非常容易听到医疗社团的工作,“只有更多地了解他们(医疗社团)所做的事情,确保事情做得稳妥、周到,FDA会提出好的问题,为整个行业考虑。所以更像是一个合作者和倡导者。”

去年10月,美国食品和药物管理局授予医疗影像公司 Novarad 旗下产品 OpenSight 获得了510(k)许可,这是全美第一个被 FDA 认可的医疗 AR 解决方案。主要用微软 HoloLens 的增强现实(AR)打造了一个名为 OpenSight 的系统,被用于外科手术的术前计划。但截止目前为止,硅谷洞察并未发现跟 VR 相关的医疗解决方案有被 FDA 批准的记录。

在FDA批准的这个个案里,OpenSight系统能够将患者体内的2D、3D和4D图像投影并覆盖在患者身体上,医生透过HoloLens将患者身体内部的场景以及身体外部的信息结合,增加对手术计划和解剖关系的理解,从而减少手术时间。据咨询公司 ABI Research 的数据预测,医疗和医疗保健领域的VR服务将从 2017 年的 890 万美元市场爆炸式增长到 2022 年的大约 2.85 亿美元。在增长数字背后,是 VR 技术在医疗领域越来越多的应用场景。

斯坦福大学 VR 实验室的 Walter Greenleaf 教授,同时也是一位神经科学家。他把 VR 技术在医学领域的应用概括为以下四大类:健康保健(Health and Wellness)、医疗培训(Professional Training),医学干预(Clinical Interventions)和临床诊断(Clinic Diagnosis)。

举例来说,VR 在健康保健领域的运用,像用于冥想、减压等,另一大较多运用领域是培训和教学领域,前文也提到了。对于 VR 技术来说,应用的第三大场景是:医学干预。医学干预领域应用 VR 技术的比例很大,并且也较早就开始了。据 Axelrod 博士介绍,这主要针对的是一些神经学上的疾病,试图通过 VR 环境进行疾病的干预及治疗。比如,VR 技术可以帮助烧伤患者缓解治疗所带来的疼痛,还有 PDST 患者(创伤后应激障碍)。因为 PDST 患者通常会长期处于忧郁,焦虑,或者反应过激的心理状态中。

在一项由军方为受到简易爆炸装置爆炸伤、烧伤的士兵进行的研究中,VR 比吗啡的效果甚至更好。根据患者报告,使用 VR 后减少了60%至75%的痛苦,相比之下,吗啡平均疼痛减少约 30%。去年,三星集团也在韩国跟当地医院合作,开发使用 VR 的心理健康诊断计划。其中,自杀预防和心理评估的认知行为疗法将成为焦点。也就是说,从目前来看,按照应用的难易程度来说,临床诊断将是需要医学界集体攻关的一大环节。


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