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1、 虚拟现实医疗应用白皮书 (2019 年) 吴阶平医学基金会 虚拟现实产业联盟 智库电子信息研究所 2019 年 10 月 前言前言 虚拟现实与医疗的融合将为传统医疗行业带来全新变革。 虚拟现 实具有逼真的场景呈现、事前可规划性和过程可重复性,可有效解决 医疗行业面临的实操风险高、可重复率低、培训资源短缺等问题。随 着虚拟现实技术的不断进步与发展, 虚拟现实+医疗时代正逐步到来。 为加快推动我国虚拟现实医疗应用的快速发展, 吴阶平医学基金 会、虚拟现实产业联盟、智库电子信息研究所联合编写了虚拟 现实医疗应用白皮书 ,分析了国内外虚拟现实医疗应用发展现状, 梳理了我国虚拟现实医疗的发展方向和创新
2、进展, 对虚拟现实医疗行 业的发展趋势进行了展望。 在此基础上对虚拟现实医疗应用的发展提 出了措施建议, 以期为我国虚拟现实医疗应用发展和相关政策制定提 供参考。如有商榷之处,欢迎批评指正。 本白皮书由吕建平、 安晖主编, 闵世豪、 秦文健、 谢广磊、 郑俊、 温晓君、赵燕、张甜甜参与撰稿。 2019 年年 10 月月 I 目目 录录 一、发展现状 . 1 (一)国内发展状况 . 2 (二)国外发展状况 . 8 二、主要发展方向 . 14 (一)虚拟现实+医学教育培训 . 14 (二)虚拟现实+个性化健身 . 17 (三)虚拟现实+心理障碍治疗 . 20 (四)虚拟现实+医学护理 . 22 (
3、五)虚拟现实+康复训练 . 25 (六)虚拟现实+视力障碍治疗 . 27 (七)虚拟现实+临床辅助 . 30 三、科研进展 . 33 (一)国外高校科研进展 . 33 (二)国内高校科研进展 . 34 四、发展展望 . 35 (一)虚拟现实医疗的细分领域将不断拓展 . 35 (二)虚拟现实医疗的产业生态将日益丰富 . 36 (三)虚拟现实医疗对专业队伍的需求将更加迫切 . 37 五、相关建议 . 38 II (一)建立健全虚拟现实医疗产业沟通协调长效机制 . 38 (二)促进医学界产业界共建虚拟现实医疗产业生态 . 38 (三)部署实施虚拟现实医疗产业试点示范应用项目 . 38 (四)创新加强
4、虚拟现实医疗产业人才队伍培养建设 . 39 (五)吸引社会资金大力投向虚拟现实医疗产业发展 . 39 附录:研究对象与范畴 . 40 1 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。 一、发展现状一、发展现状 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
5、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。 2 (一)国内发展状况(一)国内发展状况 1、VR 医疗发展现状医疗
6、发展现状 VR 技术与医疗融合的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 1.1) 。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
7、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。 3 图图 1.1 VR 模拟剖腹产手术模拟剖腹产手术 (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1.2) 。 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。 图图 1.2 VR 模拟胸腔穿刺术模拟胸腔穿刺术 (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。
8、 国内已将 VR 技术应用于脑脊髓血管解剖、脑血管造影手术 4 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 1.3) 。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。 图图 1.3 VR 解剖学教室解剖学教室 2、AR 医疗发展现状医疗发展现状 AR 技术与医疗融合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
9、 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 5 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。 在远程医疗远程医疗方面,可以通过 AR 眼镜直接传输
10、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
11、急救 2019 年 7 月,国内某医院顺利完成 5G+AR 医疗急救演 6 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
12、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。 图图 1.4 术者佩戴术者佩戴 AR 眼镜,将影像传输至后端眼镜,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 7 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,
13、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、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。 表 1 相关部委关于虚拟现实的政策措施 发布时间发布时间 政策名称政策名称 发布机构发布机构 政策内容政策内容 2018.12 关于加快推 进虚拟现实产 业发展的指导 意见 工信部 指出虚拟现实能够拓展人类感知能力,改变 产品形态和服务模式,给经济、科技、文化、 军事、生活等领域带来深刻影响。全球虚拟 现实产业正从起步培育期向快速发展期迈 进
14、,我国面临同步参与国际技术产业创新的 难得机遇,需加快我国虚拟现实产业发展, 推动虚拟现实应用创新,培育信息产业新增 长点和新动能。 2017.6 “十三五” 医 疗器械科技创 新专项规划 科技部 指出先进医疗器械是健康保障体系建设的重 要基础,是推进医学诊疗技术进步的主要动 力,是优化医疗服务供给的核心引擎,也是 8 发布时间发布时间 政策名称政策名称 发布机构发布机构 政策内容政策内容 引领医学模式转变的变革性力量,具有高度 的战略性、带动性和成长性,其战略地位受 到世界各国的普遍重视,是国家科技进步和 全民健康保障能力的重要标志。 2017.5 “十三五” 健 康产业科技创 新专项规划
15、科技部、发改 委、 工信部、 卫 计委、体育总 局和食品药品 监管总局 提出要重点发展虚拟现实康复系统等智能康 复辅具,加快增强现实、虚拟现实等关键技 术的应用突破,提高治疗水平。健康产业涉 及面广、产业链长、综合性强、增长空间大, 是未来国民经济的重要支柱产业。 2017.3 “十三五” 全 国人口健康信 息 化 发 展 规 划 国家卫计委 明确信息化在推动创新健康医疗中的作用。 国内许多医院正在采用或者正在计划通过云 计算、扩展现实、人工智能、机器人等技术, 增强医疗服务供给能力,提高诊疗水平,从 而推动我国医疗健康事业的发展。 数据来源:智库整理,2019 年 9 月 (二)国外发展状况
16、(二)国外发展状况 1、VR 医疗发展现状医疗发展现状 VR 技术与医疗融合的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。 9 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 1.5) 。 图图 1.5 VR 手术模拟手术模拟 (2)VR
17、 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1.6) 。 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。 10 图图 1.6 VR 重现病灶重现病灶 (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 1.7)
18、。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。 图图 1.7 患者正在使用患者正在使用 VR 改变幻肢感受改变幻肢感受 11 2、AR 医疗发展现状医疗发展现状 在AR技术与医疗融合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
19、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 1.8) , 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。 12 图图 1.8 AR 对辅助判断穿刺位置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
20、示 8200 个不同解剖结构的 医学 AR 应用系统(图 1.9) 。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。 图图 1.9 AR 展示人体解剖结构展示人体解剖结构 (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 13 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 1.10) 。 研究表明这项技术将首 次
21、找准静脉的可能性提高 3.5 倍, 大幅提升患者的就医体验。 图图 1.10 AR 扫描仪找准静脉扫描仪找准静脉 (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 1.11) 。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。 图图 1.11 AR 手术视觉辅助手术视觉辅助 14 二、主要发展方向二、主要发展方向 (一)虚拟现实(一)虚拟现实+医学教育培训医学教育培训 将虚拟现实技术与医学教育相结合进行人才培
22、养,发展 虚拟现实医学教育是当前的重点。 根据 2018 年 中国卫生健 康统计年鉴 ,2018 年我国卫生技术人员已达 758 万,预计 到 2020 年全国卫生计生人才总量将达 1255 万人。按照卫健 委要求,我国医院的医生和护士比例应为 1:2,重要科室医 生和护士的比例应是 1:4。但全国实际的医护比例仅为 1: 0.61,与 1:2.7 的国际水平相差很大。医护比例短期内存在 520 倍差距,医护人才培养空间巨大。2018 年有 60 所一本 类院校开设护理专业,毕业人数 1.2 万人,每年人才缺口 1020 万。 每年财政划拨给医务人员教育的款项、医药企业用于医 生教育的市场费用
23、、医生每年用于培训的个人花费共计约 260 亿元。根据 QYResearch 数据,2017 年我国虚拟现实医 学教育市场规模 2.1 亿美元,预计 2025 年将达到 10 亿美元 以上,年复合增长率 22%,高于全球市场水平。 虚拟现实在医学教育方面的典型案例如下: 1、VR 全景视频培训全景视频培训 近年来, 医疗领域逐步开始通过 VR 技术进行医疗培训。 15 VR 医疗培训能提供全方位沉浸感的专业服务,让被培训者 在虚拟环境中深度学习,快速提高技能。国外部分大学正致 力于通过 VR 技术培训医护人员(图 2.1) 。研究人员使用专 业级全景相机记录教学全过程,并使用头戴式显示设备让学
24、 生身临其境地观摩学习。 图图 2.1 培训者正使用培训者正使用 VR 观看全景教学视频 观看全景教学视频 VR 全景视频培训通过构建一个高还原度的模拟环境, 让学生身临其境地感受整个救护过程,从中学习实践经验与 应对技巧,而不仅仅是通过课堂上教学者的讲解来获取理论 知识。这种真实的临场感所特有的紧张和压力可以让学生更 熟悉救护场景,了解如何应对这种场景带来的压力,有助于 最大限度地减少人为失误所导致的医疗事故。 2、VR 手术模拟培训手术模拟培训 VR 手术模拟培训是通过 VR 技术,构建一个虚拟仿真 手术室场景,模拟真实患者、医生、护士和手术室环境,然 16 后使用 VR 设备, 在虚拟场
25、景下进行手术培训 (图 2.2、 2.3) 。 图图 2.2 学生正使用学生正使用 VR 设备进行模拟手术设备进行模拟手术 图图 2.3 学生正使用学生正使用 VR 设备进行模拟手术设备进行模拟手术 VR 能有效提高培训效果能有效提高培训效果。国外研究表明,与仅接受传 统骨科手术培训的学生相比,经过 VR 培训的医学生的整体 水平测试分数要高出 130%,同时正确率高出 38%,速度也 快 20%。相比之下,接受传统手术培训的普通外科住院医师 毕业生中,约有 30%无法独立完成手术。 VR 能降低培训成本能降低培训成本。 随着医疗设备越来越复杂、 昂贵, 17 医生在操作过程中必须足够小心,尽
26、量避免因失误而损坏仪 器。通常,为熟悉某种手术,外科医生需要进行 1020 次手 术才能熟练操作,随着复杂程度增加,医疗设备损坏的几率 也将增大。因此,VR 手术模拟训练不仅能提高外科医生对 于医疗设备的了解,降低设备损坏几率,而且能显著降低训 练成本。 VR 能保证医生的培训安全。能保证医生的培训安全。在部分手术中,所使用的 医疗设备具有放射性。如经皮肾镜取石术,需要 X 光机辅助 手术。 因此医师每年都要监控自身所受 X 光辐射的总量, VR 手术模拟培训能很好地解决这一问题。另外,VR 手术模拟 培训可以让外科医生随时随地多次练习,有助于完成培训目 标;能为外科医生提供一些困难且少见的案
27、例,提高医生诊 疗水平; 可以为受训医生评分和反馈, 帮助他们学习和提高; 能将培训中专家和非专家用户的数据进行对比,计算出不同 医疗机构中外科医生的整体表现,帮助医生之间互相学习, 推动整体医疗水平的提高;能支持远程课程,为医疗资源较 缺乏地区的医生提供医疗培训。 (二)虚拟现实(二)虚拟现实+个性化健身个性化健身 虚拟现实技术一方面能增进健身的趣味性,让高强度的 训练变成舒适的的游戏体验;另一方面能提供精准的技术指 导, 有助于用户更快的学习技术动作, 更有效达到训练目标。 18 虚拟现实在健身方面的典型应用案例如下: 1、VR 健身场景模拟健身场景模拟 VR 领域有很多健身项目,比如带上
28、 VR 眼镜,用户就 可以从小房间中枯燥无聊的划船机上摆脱出来,进入到虚拟 场景中,就像在真正的大江大河里漂流。有很多 VR 创业公 司与运动品牌商开始尝试将 VR 与运动健身进行结合(图 2.4) ,开发了新型的 APP 与配件,并且认为这将改变人们的 健身生活方式。 图图 2.4 健身者正使用健身者正使用 VR 设备进行健身设备进行健身 2、VR 健身场景模拟健身场景模拟+数据化数据化 美国运动类 APP 科技公司开发了一款 VR 健身模拟软 件,并将 VR 中的运动数据连接至手机 APP 供用户查看,包 括时间、距离、消耗的卡路里和心率数据纳入统计数据。用 户只要购买一个合适的运动传感器
29、,就能够体验到将日常普 通的健身场景虚拟化+健身数据化(图 2.5) 。 19 图图 2.5 使用使用 VR 与传感器达到虚拟化、数据化健身与传感器达到虚拟化、数据化健身 3、AR 虚拟健身教练虚拟健身教练 开发者运用 130 台单反相机对健身教练的动作进行捕捉 拍摄和构建 3D 动画模型,高品质的 3D 模型能完全复制教 练的健身动作(图 2.6) 。用户可以 360无死角观看健身教练 的动作。与传统健身教学视频相比,一些视频不容易理解的 教学动作能够更直观的表现出来。 图图 2.6 对健身教练进行动作捕捉对健身教练进行动作捕捉 20 4、AR 健身鼓励软件系统健身鼓励软件系统 AR 技术能
30、够将运动转化为竞争性游戏,以提高用户的 积极性。某科技公司开发了一款 AR 应用软件系统,通过游 戏化的方式催促着用户在跑步健身时持续向前,从而达到鼓 励健身目的。 图图 2.7 使用使用 VR 游戏进行健身鼓励游戏进行健身鼓励 (三)虚拟现实(三)虚拟现实+心理障碍治疗心理障碍治疗 虚拟现实技术在国外已较多应用于治疗各种心理障碍 疾病,如退伍老兵创伤后遗症、残障人士幻肢痛、儿童多动 症、自闭症和认知功能障碍等,甚至对于改善恐高症、幽闭 恐惧症、飞机恐惧症都有效果。 我国的精神卫生服务人员是 1.1-5/10 万人口的水平,在 全球范围属于较低水平。随着国民经济逐步发展和人民整体 素质的提高,
31、心理问题会越来越得到重视,对精神卫生服务 的需求会显著增长。 21 虚拟现实在心理治疗方面的典型应用案例如下: 1、VR 焦虑恐惧治疗焦虑恐惧治疗 心理学家通过 VR 技术实现传统的“暴露疗法”,进行恐 惧与焦虑等心理疾病的治疗。VR 虚拟场景能够以安全放心 的方式将患者暴露在某一让他们感到不安的情境之下,然后 患者可以告诉医生感受和想法。该 VR 心理治疗还接入了街 景服务,利用这一提供世界各地道路及其它地点全景影像的 庞大在线数据库,再现户外场景。美国有相当多的心理医生 已经通过这些虚拟的街景治愈患者(图 2.8) 。 图图 2.8 VR 虚拟街景虚拟街景 2、VR 恐高症治疗恐高症治疗
32、VR 恐高症疗法是通过在虚拟世界中模拟高山悬崖的玻 璃栈道,让患者戴上 VR 头盔模拟站在玻璃栈道上的感觉, 从而进行恐高症的暴露疗法治疗(图 2.9) 。 22 图图 2.9 VR 恐高症暴露疗法恐高症暴露疗法 3、VR 强迫症治疗强迫症治疗 VR 强迫症治疗是针对强迫症患者,通过 VR 模拟出让 患者不适的虚拟场景,使用患者佩戴的检测脑电波与心跳的 设备来采集患者的实时数据。医生可以通过实时查看患者的 脑电、心电数据,调整患者所在虚拟强迫症场景的等级,最 终达到治疗的效果。 (四)虚拟现实(四)虚拟现实+医学护理医学护理 新入职护士在护理操作中相对容易出错, 可能加重患者 痛苦。因此需要提
33、升操作技能,获得认识问题的经验,提高 解决问题的能力。可以借助 VR 技术针对特殊病症、复杂的 临床手术以及一些难以在现实中模拟的场景展开培训、教学, 还可以通过 VR 中内定的安全操作范围对学员培训进行约束 及提醒。 学生通过虚拟设施训练,与现实教学基地有同样的效果, 并且不受地点、时间的限制。学生可以完全沉浸于虚拟环境 23 中,更易于集中注意力、全身心地投入训练中,而且能够自 主选择或组合虚拟场地或设备,真正掌握学习的主动权,提 高学习效果,减少学习时间。 虚拟现实在护理学方面的典型应用案例如下: 1、VR 导尿术模拟导尿术模拟 VR 导尿术模拟,通过 VR 技术模拟导尿术。在模拟操 作
34、中,系统会对使用者进行提示,使用者根据提示进行模拟 培训,从而掌握相应的导尿术流程规范(图 2.10) 。 图图 2.10 VR 导尿术模拟导尿术模拟 2、VR 乳腺癌术后护理乳腺癌术后护理 VR 乳腺癌术后护理提供给乳腺癌患者,在术后康复时 使用 VR 全景模拟,能够让患者身临其境,跟随场景中的护 士, 进行术后恢复操锻炼, 从而达到促进患肢痊愈的效果 (图 2.11) 。 24 图图 2.11 VR 乳腺癌术后护理乳腺癌术后护理 3、VR 围术期压疮管理围术期压疮管理 VR 围术期压疮管理,是通过 VR 的形式普及手术围术 期知识。软件能够在模拟的手术室场景中演示不同的手术体 位,以及如何
35、对该体位进行压疮管理(图 2.12) ,让患者、家 属和护理人员了解患者在手术过程采用何种体位,以及应该 注意哪些部位容易出现压疮等。 图图 2.12 VR 围术期压疮管理围术期压疮管理 4、VR 心肺复苏教学及考核心肺复苏教学及考核 VR 心肺复苏模拟培训软件,根据国际标准的心肺复苏 急救训练流程而设计,遵循专业医学指南。在 VR 中模拟真 25 实的人体结构以及状态变化,如按压时肺部变化、血流变化 等,从而进行心肺复苏急救技能训练及考核(图 2.13) 。软件 会提供实时的操作信息,如按压深度、频率等,对应考核标 准,方便护理人员自主学习、强化训练。该软件系统核心模 块由 VR 头显、计算
36、机、手柄组成。随着急救技能的普及, 该系统拥有广阔的医疗普及空间,VR 心肺复苏模拟培训系 统也会是急救领域不可缺少的产品。 图图 2.13 VR 心肺复苏模拟心肺复苏模拟 (五)虚拟现实(五)虚拟现实+康复训练康复训练 VR 康复训练是指有各种运动障碍的人群, 通过在 3D 虚 拟环境中做自由交互以达到自理生活、自由运动、解除心理 障碍的训练。传统的康复训练不但耗时耗力、单调乏味,而 且训练强度和效果得不到及时评估,很容易错失训练良机, 而结合 3D 虚拟仿真技术的康复训练可以较好解决这一问题, 对完全丧失运动能力的患者也有独特效果。VR 康复训练系 26 统通过输入设备(如数据手套、动作捕
37、捉仪)把患者的动作 传入计算机,并从输出反馈设备得到视觉、听觉或触觉等多 种感官反馈,最终最大限度地恢复患者的部分或全部机体功 能。这种训练方法不但大大节约了训练的人力物力,而且可 以有效激发患者参与治疗的积极性,变被动治疗为主动治疗, 提高治疗效率。 虚拟现实在康复训练的典型案例如下: 1、VR 肢体运动训练肢体运动训练 VR 康复训练系统可以使患者置身于软件提供的多种人 造游戏景物中,并在游戏的原理上设计了诸多康复程序(图 2.14) ,在肢体作业康复方面主要以身体的肩、肘、腕、膝关 节等多个大关节进行主动康复训练,同时以游戏方式实现原 有康复动作,在训练的过程中如出现失误,不会对患者的身
38、 体造成损伤,可用于慢性病治疗及生活技能丧失者的康复。 图图 2.14 患者正在使用患者正在使用 VR 进行康复训练进行康复训练 27 2、VR 认知功能训练认知功能训练 VR 康复训练系统促进了计算机技术和认知科学更高层 次的结合,在认知障碍的康复训练方面表现出传统方法无法 比拟的优势。VR 技术可以使人沉浸在计算机实时产生的三 维环境中,通过各种游戏反复训练能维持和提高患者的逻辑 推理、思维、记忆、协调、注意力等认知功能。 3、VR 防治老年痴呆防治老年痴呆 国外开发出的一款使用运动传感器的 VR 认知康复系统, 由 14 种使用视觉感知的日常训练游戏组成,通过智力刺激 提高解决日常生活所
39、遇问题的认知能力 (图 2.15) 。 该系统不 仅对预防痴呆症成效显然,而且对脑损伤患者的理解力恢复 富有帮助。 图图 2.15 老年人正使用老年人正使用 VR 设备进行防治老年痴呆设备进行防治老年痴呆 (六)虚拟现实(六)虚拟现实+视力障碍治疗视力障碍治疗 2010 年, 世界卫生组织发布的 视力残疾全球数据报告 28 指出,全球约有 2.46 亿人视力低下(患病率 3.65%) ,3900 万人目盲(患病率 0.58%) ,其中我国共有 6726.4 万人视力 低下(患病率 27.3%) ,824.8 万人目盲(患病率 20.9%) 。 针对这一问题,市场上主要是提供助视器给患者,让患
40、者通过适当的训练,能够最大限度地独立生活。然而这类产 品使患者无法自由参与外部活动,且需要借助多个产品(如 阅读器、盲杖、导盲犬等)来辅助生活,使用条件苛刻。新 近也出现 App 类移动端产品,但功能相对有限。用户体验不 佳与日益增强的消费需求催生了一些新产品,如借助可穿戴 设备帮助出行、通过虚拟现实技术治疗或辅助视力受损。 虚拟现实在视力障碍治疗方面的典型应用案例如下: 1、VR 眼球追踪治疗视力障碍眼球追踪治疗视力障碍 黄斑区是视网膜的一个重要区域,主要与精细视觉及色 觉等视功能有关。黄斑区病变常导致视力下降、眼前黑影或 视物变形等症状,而 VR 眼球追踪可用于治疗部分视力障碍 患者。美国
41、医疗科技公司与纽约州立大学合作,通过 VR 技 术治疗视力障碍,提高在弱视、斜视等眼部疾病的治疗水平 (图 2.16) 。 该公司的眼球追踪技术可以刺激双眼视网膜, 指 导神经元工作。公司推出一套视觉治疗系统,结合 VR 游戏 为每位患者定制的治疗测试,其目标是取代部分传统疗法。 29 图图 2.16 患者正在使用患者正在使用 VR 治疗视力障碍治疗视力障碍 2、VR 距离调节治疗视力障碍距离调节治疗视力障碍 国外医疗科技公司推出基于智能手机的 VR 系统,旨在 帮助视力障碍人士感知世界。该系统包括 VR 头戴式显示设 备和智能手机,手机能够录制用户周围的环境,并在其外围 视觉区域实时显示画面
42、,大脑不会在视觉中心感知到盲点, 且该设备能够自动聚焦,自由切换近景或远景(图 2.17) 。实 验研究表明, 该系统可以将患者视力提高至 20/30 (接近正常 视力范围) 。 图图 2.17 患者正使用智能手机患者正使用智能手机 VR 进行视力障碍治疗进行视力障碍治疗 30 (七)虚拟现实(七)虚拟现实+临床辅助临床辅助 随着虚拟现实技术的逐步成熟,AR 和 VR 技术正在向 患者管理、 医疗运营维护、 检测诊断、 治疗康复等环节扩展。 通常情况下,实习医生只能通过反复观摩手术操作录像,学 习外科手术操作技巧。即使是资深外科专家在动手术之前, 也需要花费大量时间去反复仔细研究患者的各种 2
43、D 图像, 以确定最佳手术方案。VR 和 AR 技术可以有效提高医生操 作技巧,提高诊疗效率。 虚拟现实在临床辅助方面的典型应用案例如下: 1、VR 镇定剂镇定剂 国外有研究在超过 350 例外科手术中运用 VR 技术来辅 助手术,一方面减轻患者疼痛,另一方面减少昂贵镇静类药 物 (如芬太尼和咪达唑仑) 的使用, 使手术费用降低了 25%, 并减少手术并发症。例如医生为一名脂肪瘤患者制定了手术 治疗方案,若患者处于清醒状态,由于血压偏高,手术需要 强效的止痛药和镇静剂;但医生给患者戴上 VR 眼镜,让其 沉浸在虚拟世界中,随后患者的血压逐步下降,在整个手术 过程中,医生未使用准备好的镇静剂。这
44、种方式不仅降低患 者疼痛感,还减少了手术费用。 研究人员希望将患者的注意力从真实世界中转移出来, 让患者沉浸在计算机生成的三维场景。研究显示,使用 VR 31 仿真软件降低患者疼痛感的有效率可达 50%,同时也能降低 大脑疼痛相关区的活动。 2、AR+3D 医学成像技术医学成像技术 国外某公司开发的交互式 3D 平台可以将 2D 图像转换 成能够用手写笔操作的 3D 图像,帮助医生从各个角度了解 患者身体内部器官的情况(图 2.18) 。3D 图像可以根据程序 要求进行定制, 医生可以对图像进行缩放, 单独提取或用 3D 技术打印出图像中有疑问部分出来,以进一步研究发现病变 部位。该技术大幅缩
45、短了医生诊疗和术前准备时间,同时减 少了医院和患者所花费的时间和治疗成本。 图图 2.18 使用使用 AR 呈现呈现 3D 器官器官 3、AR 外科手术可视化系统外科手术可视化系统 国外某公司开发出一款用于脊柱外科的 AR 头戴式显示 器,该设备可以在手术过程中为外科医生提供 X 射线视觉, 让外科医生透过皮肤和组织看到患者体内解剖结构,以便更 32 轻松、迅速和安全地进行手术。该系统可以实时确定手术工 具的位置,并将其叠加在患者 CT 数据上,利用头戴式显示 设备将数据投射到外科医生的眼前,从而真正看清楚患者体 内的解剖结构(图 2.19) 。据研究测试发现,利用该系统可以 使脊柱螺钉的放置准确率接近97%, 整个系统的精度约为1.4 毫米。