VR/AR技術(shù)在醫(yī)療手術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)正逐漸成為外科手術(shù)和醫(yī)療保健領(lǐng)域的寶貴工具。

在與醫(yī)生溝通關(guān)于疾病的話題時(shí)，也許我們不會(huì)愿意佩戴一個(gè)VR頭顯并手握控制器，但這樣做可以更好地進(jìn)行手術(shù)前的咨詢，緩解患者對(duì)于手術(shù)的焦慮。

在VR世界中，計(jì)算機(jī)生成的三維圖形使得神經(jīng)外科醫(yī)生可以使用頭顯來全方位觀察大腦，并為患者進(jìn)行講解，這有助于患者直觀看到自己的大腦情況，并對(duì)手術(shù)有更深刻的了解。

神經(jīng)外科醫(yī)生早已開始使用VR技術(shù)規(guī)劃手術(shù)。MRI（磁共振成像）掃描僅顯示腦的2D圖像，但不能顯示血管的位置。由于每個(gè)人情況不同，因此在手術(shù)之前了解血管的位置至關(guān)重要。通過VR，這樣的需求很容易實(shí)現(xiàn)。

除了在手術(shù)前讓患者放心并幫助外科醫(yī)生進(jìn)行更有效的手術(shù)計(jì)劃外，VR還被用于培訓(xùn)外科醫(yī)生。

有幾家公司開發(fā)了VR軟件作為醫(yī)療培訓(xùn)工具。比如Osso VR，該公司的同名產(chǎn)品使醫(yī)學(xué)生和外科醫(yī)生能夠有效地熟悉典型案例，不斷練習(xí)，直到整個(gè)手術(shù)過程變得信手拈來。

該系統(tǒng)使用Oculus Rift頭顯和兩個(gè)控制器來對(duì)用戶進(jìn)行動(dòng)作跟蹤，學(xué)生可以模擬操作手術(shù)過程，以熟悉新技術(shù)。系統(tǒng)可以模擬某些手術(shù)，例如膝蓋置換。聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO Justin Barad表示，學(xué)生還可以將操作時(shí)間設(shè)置在20至30分鐘之間，甚至對(duì)程序進(jìn)行自定義設(shè)置。

Osso VR有一個(gè)素材庫(kù)，一些是在內(nèi)部創(chuàng)建的，一些是典型案例的重建。

VR可以幫助外科醫(yī)生練習(xí)常規(guī)手術(shù)，或者在一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的解剖操作上練習(xí)，例如畸形骶骨。。

在一項(xiàng)驗(yàn)證研究中，一組學(xué)生接受傳統(tǒng)培訓(xùn)，另一組學(xué)生使用Osso VR進(jìn)行15至20分鐘的培訓(xùn)。VR組在測(cè)試儀器操作、操作流程和特定程序知識(shí)等測(cè)試中表現(xiàn)更好。

世界衛(wèi)生組織的一份報(bào)告發(fā)現(xiàn)“新技術(shù)帶來不良事件的主要原因是訓(xùn)練不當(dāng)和學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)”。然而，傳統(tǒng)的場(chǎng)外培訓(xùn)耗時(shí)且昂貴，因此鼓勵(lì)使用新設(shè)備或技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)。

Barad是一位整形外科醫(yī)生，他看到許多住院醫(yī)生盡管在大學(xué)學(xué)習(xí)多年，仍然無法操作，因?yàn)樵跊]有足夠時(shí)間學(xué)習(xí)的情況下還不斷有新技術(shù)和程序出現(xiàn)。VR讓你可以親自動(dòng)手進(jìn)行模擬，在訓(xùn)練中完成外科手術(shù)。

研究表明，與使用文字和視頻學(xué)習(xí)的學(xué)生相比，VR的沉浸式培訓(xùn)可以將有效率提高230%。

一些外科手術(shù)團(tuán)隊(duì)在手術(shù)之前使用VR來熟悉操作以及醫(yī)生之間的協(xié)作。通常情況下，手術(shù)室中有六個(gè)或更多人，他們往往沒有機(jī)會(huì)事先操作一遍。VR則允許團(tuán)隊(duì)快速完成模擬，在VR中進(jìn)行“熱身”。

還有一些提供意見的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，可能根本不會(huì)彼此見面，但VR可以為位于不同地點(diǎn)的用戶建立聯(lián)絡(luò)。

Digital Surgery的培訓(xùn)產(chǎn)品Touch Surgery使用AR和VR模擬手術(shù)程序。它是Microsoft混合現(xiàn)實(shí)合作伙伴（MMRP），作為該計(jì)劃的一部分，提供系統(tǒng)和開發(fā)人員將在VR系統(tǒng)中使用的內(nèi)容。

去年，Touch Surgery宣布使用微軟的HoloLens頭顯和人工智能（AI）以及數(shù)字手術(shù)流程數(shù)據(jù)庫(kù)，訓(xùn)練計(jì)算機(jī)了解手術(shù)并預(yù)測(cè)手術(shù)的后續(xù)步驟。Touch Surgery軟件目前用于通過PC和智能手機(jī)準(zhǔn)備手術(shù)或培訓(xùn)外科醫(yī)生。

AR在醫(yī)療領(lǐng)域也有了新的用途，建立在VR和機(jī)器人手術(shù)的基礎(chǔ)上。首次使用的案例是利用AR在手術(shù)過程中對(duì)患者進(jìn)行掃描。因?yàn)樵谑中g(shù)過程中切換VR與實(shí)際環(huán)境是不切實(shí)際的，而AR是將虛擬圖像疊加在真實(shí)世界中，在這樣的場(chǎng)景下，AR比VR更實(shí)用。

機(jī)器人手術(shù)很受歡迎，因?yàn)樗俏?chuàng)的，這是在手術(shù)室中使用AR的早期例子。機(jī)器人手臂末端的小型儀器可由外科醫(yī)生操作和控制，觀看來自3D相機(jī)的放大圖像。外科醫(yī)生通過手術(shù)室中的控制臺(tái)控制三個(gè)或更多的機(jī)器人手臂。

所觀察的圖像是外科醫(yī)生在手術(shù)臺(tái)上俯視患者時(shí)會(huì)看到的圖像，但是AR允許在該圖像上查看數(shù)據(jù)以豐富外科醫(yī)生看到的內(nèi)容。為了加速進(jìn)展，制造達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)的Intuitive Surgical宣布了2019年的資助撥款，以支持外科機(jī)器人研究，增強(qiáng)可視化、渲染和AR。

加拿大初創(chuàng)公司Aris MD正在開發(fā)一種AR/VR系統(tǒng)來處理2D掃描圖像并將其轉(zhuǎn)換為3D圖像，這些圖像在手術(shù)期間覆蓋在患者身上。使用來自MRI，CT，X射線或超聲掃描的診斷圖像，該技術(shù)提供了患者解剖和損傷的圖。這樣的“地圖”可以節(jié)省手術(shù)時(shí)間并減少患者麻醉的時(shí)間。

下一步是進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)，世界各地的外科醫(yī)生團(tuán)隊(duì)在同一程序上一起工作。技術(shù)已準(zhǔn)備就緒，但遠(yuǎn)程手術(shù)的挑戰(zhàn)是網(wǎng)速。如果外科醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)，需要能夠在大約70毫秒內(nèi)顯示信息。這需要一個(gè)可靠的互聯(lián)網(wǎng)連接。

軟件和硬件公司正致力于在醫(yī)療保健領(lǐng)域使用VR和AR技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2017年約有400家醫(yī)療VR初創(chuàng)企業(yè)籌資40億美元，高于前一年約25億美元。醫(yī)生們也熱衷于采用這項(xiàng)技術(shù)。

目前的VR技術(shù)對(duì)于醫(yī)療領(lǐng)域來說還有一些不足。VR頭顯笨重且舒適度不夠支撐長(zhǎng)時(shí)間使用，控制手柄不適合在手術(shù)中使用，需要更自如的手動(dòng)追蹤方案。雖然現(xiàn)在可以使用外骨骼和觸覺手套，但是動(dòng)作和顯示之間依然存在時(shí)間差，并且對(duì)于外科手術(shù)來說追蹤還不夠精確。

盡管有這些限制，但業(yè)內(nèi)人士大多認(rèn)為，硬件和軟件問題將在兩年內(nèi)解決，VR/AR技術(shù)將進(jìn)入更多手術(shù)室。