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发布时间:2019-04-03 14:14

  虚拟现实离临床应用有多远?

  取决于模型精准度 算法成熟是关键


  术前3D规划是虚拟显示技术应用的基础性工作,医生的把关及手术中的随机应变仍是第一位的。

  文、图/广州日报全媒体记者鲍文娟

  深圳多家医院率先尝试虚拟现实技术在医疗领域的应用,引起广泛关注。记者在采访中获悉,尽管近年来虚拟现实技术在医疗领域的进展备受各界关注及看好,虚拟现实技术目前在国内医疗领域的尝试仍是初步研发阶段,尚未达到临床医疗级别的应用。

  不过多名从事虚拟技术在医疗领域应用研究的深圳医生均告诉记者,随着算法的更加精准成熟、5G技术的普及应用,虚拟现实技术有望让更多医生和患者受益。

  近段时间以来,MR技术结合5G的远程医疗案例目前颇受关注。5G网络使图像、音频的传输再也不用担心卡顿的问题。将来MR结合AI、5G等黑科技有望实现无人手术吗?

  基本处于

  前期研发阶段

  虚拟现实技术虽已出现多年,但目前在医疗上的辅助应用仍是新鲜事物,近两年才在国内为数不多的医院开展探索尝试。2015年微软发布推出可穿戴式AR设备HoloLens推动了虚拟现实技术在各领域的应用。而总部位于德国柏林的Scopis推出的全息导航平台,利用Hololens头显为外科手术提供更精确和快速的手术引导,目前已经帮助医生做了超万台手术。记者了解到,虚拟现实技术目前在我国主要是用于教学及向病人解释病情,辅助手术的应用仍处于较为前沿的初步研究阶段。

  “VR的特点是带来很强劲的沉浸感,这在教学当中非常重要。比如在地震、火灾现场做心脏复苏,因为心理干扰,肯定会影响发挥,场景式学习是很重要的角度。” 北京大学三名办主任、超声科主任医师石宇说:“VR医疗教育的优势还在于节约培训成本,学员能够有更多模拟动手的机会。而数字化的内容具备可复制可拓展性,更有利于传播。”

  不过虚拟技术在医疗领域的推广应用仍受诸多条件因素限制。首先是综合性人才的稀缺。涉及到多学科领域,需要既懂硬件、算法,又具备医学背景的专业人士。“目前综合知识背景的相关人才还是很缺乏的。同时,虚拟技术在医疗上的应用开发成本及其收益如何衡量也是影响其可持续性的关键。”石宇表示。

  虚拟现实技术在医疗机构的应用以怎样的形式可持续性进行,也是正在研发相关项目的医生重点考虑的问题之一。石宇介绍,目前项目与深圳一家虚拟现实技术公司共同开发建设,以建立深圳市虚拟现实临床应用公共服务平台,希望能实行创新商业化的运营方式,以实现平台自负盈亏和不断拓展。

  而南医大深圳医院康复科作业治疗师危昔均进行的项目第一笔资金则来自于他在香港理工大学读博期间所获得的科创基金。他目前面临的问题除了项目本身的开发研究,也涉及到后期项目资金的持续性投入问题。

  危昔均表示目前VR应用于康复治疗仍在研发阶段,传统训练结合虚拟环境游戏的康复效果是否优于传统训练方法仍需要进一步的大样本研究。但他对于虚拟技术在康复领域的应用非常乐观。“在医疗资源紧张的大背景下,价格低廉的虚拟环境游戏令其在社区甚至患者家庭中都可得到广泛的应用。”

  算法及精密度仍是当下挑战

  虚拟现实技术对于提高医疗手术的效率和安全性越来越得到广泛认知。

  以应用MR为开展骨科手术为例,病人躺在病床上,在手术室里医生一开始看到的躯体部位是有血有肉,但直观上无法见到骨头,也不知道肿瘤到底长在哪里。“MR技术则是将骨头、血管的3D立体影像与病人所需进行手术的部位完全覆盖,对照着影像就可以将肿瘤切掉。”

  南医大深圳医院骨科副主任方国芳解释说:“不仅与骨头形状高度重合,就连密密麻麻的血管也呈现出来,MR技术更加精准并具有指导意义,医生可以懂得在手术时如何避开重要血管和神经组织。”

  “过去实施手术医生需凭自身经验,在脑海中将这些二维模型转化为三维信息,医生构建立体图像,会造成误差。为医生规划手术提供极大便利。”北京大学深圳医院神经外科主治医师杨鸿春向记者表示。

  在记者采访过程中,多名医生都告诉记者,目前虚拟显示技术只是作为医疗的辅助参考,离临床应用要求仍有很大差距。医学是个极其严谨的行业,利用虚拟技术构建逼真的医学模型精准度要求极高。

  而3D立体影像的精准度则是手术的关键。记者采访了解到,3D模型的精准度取决于术前、术中影响和CT等仪器扫描重建的精度,而重建的精度则取决于算法。“在算法方面目前还未建立统一标准。是算得更快重要,还是算得更准重要?数学运算算法如何能够实现又快又准,目前仍是挑战。”方国芳说。

  无人手术可期? 目前仍需人工纠正

  记者了解到,目前MR技术的远程医疗,主要用于骨科、肝胆外科、阑尾手术,且目前各种技术都是辅助性的,均达不到临床医疗级别的应用。不过即便如此,对于神经外科等科室的高难度高风险手术来说,相关技术的应用则更为谨慎。

  目前应用于神经外科的3D导航术前规划不仅以绿色标出肿瘤所在位置,还可以直观感受到神经纤维分布,患者的语言中枢在哪里,以帮助医生在真正进行手术时确定肿瘤的位置,以及需要重点保护的血管和神经组织。“可以了解如何以损伤最小、离大脑皮层最近的方式来切除肿瘤。”北京大学深圳医院神经外科主治医师杨鸿春告诉记者:“手术中,显微镜下显示的3D立体脑组织影像,对于医生开展手术是重要的参考依据。”

  但3D导航术前规划工作是由医生团队来完成的。往往是做一次开颅手术需要五六个小时,但进行3D导航术前规划的时间要花费二三十个小时。“在3D导航建模系统中,AI也会根据影像的密度来分辨病变程度,但往往与真实情况有区别。”“医生必须要根据自己的判断来进行修正,一毫米的差距往往决定了病人今后的语言功能。”

  同时如何应对现实中的干扰因素也是目前虚拟现实技术无法解决的。“例如患者体位发生变化,呼吸稍微急促,就会影响到数字模型与病人实际情况的匹配度。虚拟现实只能作为辅助手段,经验丰富的医生依然是手术进展顺利与否的决定性因素。”杨鸿春说。

  “人在手术上的精准化程度远高于机器人,且人有自我修正能力,遇到变异情况,会随时停下来。机器目前还很‘笨’,病人体位改变后,如果还按照原来设定的数据去操作,会带来一定的风险。手术中碰到重要组织结构如何报警?如何避免损伤重要的组织器官?如何克服该问题,建立正反馈机制,也是目前研究人员正在努力的方向。”方国芳告诉记者,这也是南方医科大学数字骨科研究团队正在研究的方向之一。

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