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VR+医疗是“智慧健康”正确打开方式

来源:http://www.longtuedu.com.cn作者:龙图教育 2017-04-21

随着VR关键技术的突飞猛进,其所产生的“VR+”带动力,必将推动包括航空航天、装备制造、医疗健康、教育培训、文化娱乐在内的多个领域实现行业升级换代式的发展。目前,在国家政策的大力支持和扶持下,实验室借助资本力量正在打通VR产学研链条,推动Lap-Sim和其他医学模拟器尽快走入临床手术培训的大市场,得到临床使用的反馈,推动技术进步。未来,依托互联网的发展,“VR+”的带动力将不断增强,虚拟医疗将延展到医疗健康更多细分领域,为开启“智慧健康”模式绘就美好蓝图。

VR关键技术

【虚拟手术利于改善医患关系】

虚拟手术作为一个虚拟现实领域的重要研究方向,正成为科学家们的关注焦点。它是集现代医学、计算机图形学、计算机视觉、生物力学、材料学、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域。

医生可以通过虚拟现实技术来模拟、指导医学手术所涉及的各种过程,包括手术计划制定、手术排练演习、手术教学、手术技能训练、术中引导手术、术后康复等。

以目前流行的腹腔镜微创外科手术为例,这种手术通过在病人的腹部开孔,将手术器械和摄像头深入到腹腔内,医生从电脑屏幕上观察腹腔状况并操作手术器械,能够极大程度地减小创口,减轻病人的痛苦,缩短病人康复时间。这种手术方法给病人带来了福音,却对医生提出了更高的要求,医生必须经过充分的训练才能掌握其眼手协调能力,胜任相应手术。

医生借助VR手术模拟器进行手术训练及规划,可降低手术训练以及治疗的成本和风险,减少医生在训练教学中对动物和尸体的依赖,提高临床医学诊断、治疗的技能和精度,使得高难度手术得以更快地普及,减轻患者的治疗痛苦,缩短滞院时间,降低医疗支出。这些对于我国发展高性能医疗器械、改善医学水平发展不平衡的现状、降低医患矛盾都具有重要意义。

VR关键技术

【虚拟手术系统,革新临床领域】

作为承载“VR+医疗”的重要技术载体,虚拟手术系统(Virtual Surgery System)将通过在医学教育培训、术前规划、术中导航和新式医疗技术的转化等多层次的应用实践,有力助推人类临床领域产生新的变革。

从医学图像数据出发,应用计算机图形学重构出虚拟人体软组织模型,模拟出虚拟的医学环境,并利用以触觉交互设备(力反馈器)进行交互的模拟仿真系统,为医生提供了一个虚拟的3D环境以及可交互的操作平台,可以逼真地模拟临床手术的全过程。

首先,手术培训。利用虚拟手术系统,将通过成像设备获取的病人图像及模型导入仿真系统,外科医生可以在对病人实施复杂手术之前进行反复练习,提升手术熟练度和准确度。

其次,术前规划及术中导航。利用虚拟手术系统,医生对病变缺损部位进行较精确的前期测量和估算,从而预见手术的复杂性和风险点。运用增强现实技术可以使医务工作者沉浸于虚拟的场景内,通过视、听、触觉感知,学习各种手术实际操作,体验如何应付临床手术中的各类突发情况。

最后,新式医疗技术的转化。一种新的医疗技术的诞生往往需要在动物实验上进行验证,再进行多阶段的临床试验,最终造福人类。而“VR+医疗”能让医生在虚拟的器官及人体上进行医疗技术的验证和推广,降低试验成本和周期。

陈旧的教科书不是训练外科医生的合适方式,观看视频也受限于摄像头的角度,“VR+医疗”打开了一片新天地。伦敦皇家医院手术室通过VR技术对结肠癌手术全程进行直播,被称作“立体式医疗”的里程碑;瑞典各大医学培训中心及医院已经运用“模拟婴儿”、模拟孕妇”等一系列的VR产品,让医生在更逼真的虚拟环境中进行学习,改良了传统手术环节中对动物的伤害,体现医疗健康终极的人文关怀。

虚拟现实技术给医生从无到有地制造了一个完全真实的体验经历,刚刚走出医学院校门的新手,借助虚拟手术系统可以成为经验丰富的外科手术高手。目前,我国针对微创手术的医学训练通常是在尸体、动物或者人工合成物(如硅胶)上进行的。尸体能够提供一个真实的解剖结果,但是来源稀少,并且尸体跟活体对手术器械表现出的响应并不相同。动物活体能够表现出真实的响应,但费用昂贵;人工合成物价格便宜,但是不能很好地反映软组织的特性。

相比之下,虚拟手术具有手术环境及器械响应可控、可重复演练等多项优点,将是未来外科培训及个性化精准治疗的发展趋势。可以预测的是,虚拟手术系统的多层次应用及其表现出的优势,必将助推我国临床领域出现全新的变革。

VR关键技术

【亟待打通VR医疗产学研链条】

国内外医疗环境差别较大,虚拟手术在国外已经非常普遍,特别是在欧美国家,虚拟手术训练已经成为临床培训的主流方式。

凭借深厚的学术积累和扎实的技术积淀,北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室早已在虚拟医疗领域布局谋篇,承接了“可交互人体器官模型与虚拟手术”等多项包括国家自然科学基金重大项目在内的医工课题,并取得阶段性进展。通过模型和算法的不断优化、软硬件系统综合调试,突破了非刚体物理建模及自由交互与实时逼真响应等关键难题,成功搭建出我国具有自主知识产权的、带有力反馈装置的虚拟腹腔镜手术训练系统Lap-Sim。

走进实验室,Lap-Sim“看起来像个梳妆台”,两根细长的操纵杆插进机器里,医生只要握住它们圆圆的脑袋前后左右移动,就能真实体验腹腔镜及手术器械在患者肚子里操作时的实际感受。外科医生可以在手术前先在虚拟器官(胃、直肠)上来一刀,电脑会显示组织断面并模拟出人体器官在外界手术交互下的反应——例如软组织会变形、血管会流血、电刀会冒烟等。

近年来,我国医患关系紧张,其中的一个原因是初级外科医生训练时间少、技术不成熟。未来,尸体的获得会越来越难,动物培训的成本和法律风险会越来越高,紧张的医患关系要求医院采取新的有效手段训练医生的手术技能。因此,虚拟手术在我国将具有巨大的市场潜力。