虚拟现实医疗应用白皮书2019年.docx

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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赛迪智库电子信息研究所2019 年 10 月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、赛迪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进展，对虚拟现实医疗行业的发展趋

2、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 10 月目 录II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（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）

3、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（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

4、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

5、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。40（一）国内发展状况1、VR 医疗发展现状VR 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，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，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

6、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。图 1.1 VR 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 1.2 VR 模拟胸腔穿刺术（3

7、） 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。国内已将 VR 技术应用于脑脊髓血管解剖、脑血管造影手术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 1.3 VR 解剖学教室2、AR 医疗发展现状AR 技术与医疗融合的主要应用方向包括医

8、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。在远程医疗方面，可以通过 AR 眼

9、镜直接传输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 医疗急救2019 年 7 月

10、，国内某医院顺利完成 5G+AR 医疗急救演练。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

11、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 1.4 术者佩戴 AR 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，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2017 年以来，我国多个部委陆续出

12、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政策名称发布机构政策内容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，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

13、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，也是发布时间政策名称发布机构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

14、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：赛迪智库整理，2019 年 9 月（二）国外发展状况1、VR 医疗发展现状VR 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。国外 VR 公司将 3D 技术和 VR 相结合，研发出各

15、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 1.5 VR 手术模拟（2） VR 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。图 1.6 VR 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

16、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）。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 1.7 患者正在使用 VR 改变幻肢感受2、AR 医疗发展现状在 AR 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

17、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 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。图 1.8 AR 对辅助判断穿刺位置（2） AR 解剖教学系统国外医疗创企开

18、发出可以显示 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 1.9 AR 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找准静脉的可能性提高 3.5 倍，大幅提升患

19、者的就医体验。图 1.10 AR 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 1.11 AR 手术视觉辅助二、主要发展方向（一）虚拟现实+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

20、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、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

21、 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 全景视频培训近年来，医疗领域逐步开始通过 VR 技术进行医疗培训。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生身临其境地观摩学习。图 2.1 培训者正使用 VR 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

22、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，然后使用VR 设备，在虚拟场景下进行手术培训（图 2.2、2.3）。图 2.2 学生正使用 VR 设备进行模拟手术图 2.3 学生正使用 VR 设备进行模拟手术VR 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

23、%，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。随着医疗设备越来越复杂、昂贵，医生在操作过程中必须足够小心，尽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。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

24、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+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。虚拟现实在健身方面的

25、典型应用案例如下：1、VR 健身场景模拟VR 领域有很多健身项目，比如带上 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 2.4 健身者正使用 VR 设备进行健身2、VR 健身场景模拟+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

26、传感器，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）。图 2.5 使用 VR 与传感器达到虚拟化、数据化健身3、AR 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 2.6 对健身教练进行动作捕捉4、AR 健身鼓励软件系统AR 技术能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

27、健身时持续向前，从而达到鼓励健身目的。图 2.7 使用 VR 游戏进行健身鼓励（三）虚拟现实+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，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。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

28、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 2.8 VR 虚拟街景2、VR 恐高症治疗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）。图 2.9 VR 恐高症暴露疗法3、VR 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

29、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+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中，更易于集中注意

30、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VR 导尿术模拟，通过 VR 技术模拟导尿术。在模拟操作中，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 2.10 VR 导尿术模拟2、VR 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）。图 2.11 VR 乳腺癌术后护理3、VR

31、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 2.12 VR 围术期压疮管理4、VR 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

32、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 2.13 VR 心肺复苏模拟（五）虚拟现实+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 康复训练系统通过输入设备（如数据手

33、套、动作捕捉仪）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，不会对患者的身体造成损伤，可用于

34、慢性病治疗及生活技能丧失者的康复。图 2.14 患者正在使用 VR 进行康复训练2、VR 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

35、 富有帮助。图 2.15 老年人正使用 VR 设备进行防治老年痴呆（六）虚拟现实+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

36、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

37、，其目标是取代部分传统疗法。图 2.16 患者正在使用 VR 治疗视力障碍2、VR 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，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 2.17 患者正使用智能手机 VR 进行视力障碍治疗（七）虚拟现实+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

38、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 2D 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

39、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，

40、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 2.18 使用 AR 呈现 3D 器官3、AR 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.

41、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。图 2.19 医生正使用 AR 辅助进行手术三、科研进展（一）国外高校科研进展近年来，国外多个高校及科研机构致力于推动虚拟现实医疗产业技术创新发展。美国纽约州立大学、德克萨斯大学和哈佛大学研究人员开发模拟了多个可能会导致抑郁症的场景，帮助青少年了解大脑运作模式，从而学会如何控制自己以及如何更好地改变自己行为。华盛顿大学研发了一项帮助介入放射科医生实现在微血管中安全精准的 3D 实时导航的新 VR 技术。美国杜克大学研发了基于虚拟现实的模拟和脑波控制的机器人套装，帮助 8 位严重脊髓损伤患者经过

42、 12 个月训练计划恢复对下肢部分神经控制。德国汉堡大学开发了 VOXEL-MAN 虚拟平台，建立了融合医学影像学领域优秀成果及完备的医学知识库系统的三维可视化人体模型，用以模拟解剖、外科手术、放射成像、测量距离等。加拿大多伦多大学研发了高性能计算与具有高度沉浸感的可视化技术相结合的 SGIOnyx3800 系统，使研究人员能够更有效地研究分子间的相互作用，运用应用软件完成计算化学所需的繁琐数字计算，进行新药物开发。加拿大Sunnybrook 医院通过虚拟现实技术帮助患者减轻术前焦虑。日本东京大学重点研发了 VR 可视化、开发虚拟全息系统，使用头戴式显示器可在建筑群中漫游。（二）国内高校科研进

43、展国内部分高校及科研院所也已开展虚拟现实在医疗领域的技术创新研究。北京航空航天大学在可交互人体器官数字模型及虚拟手术、虚实融合环境关键技术及应用、数据驱动的虚拟场景生成方面取得大量成果。北京师范大学虚拟现实与可视化技术研究所建立了包含 680 套中国人完整颅面数据的数据库，颅面形态学知识分析模型和颅面统计变形模型。复旦大学研究团队开发了一款针对认知功能障碍患者的 VR 游戏，使用户身临其境通过多场景交互游戏，刺激训练使用者的计算力、记忆力、注意力、执行功能等进行多项认知功能。四、发展展望（一）虚拟现实医疗的细分领域将不断拓展虚拟现实技术在医疗健康领域的发展，源自于医疗健康领域本身的需求和发展。

44、随着虚拟现实体验感和医学专业性的提升，虚拟现实技术应用将逐渐从科研实验室到应用级平台推进，最终融入日常临床工作。在影像学领域，医疗影像将添加 VR、AR 及 MR 模块，三维交互呈现效果更完善。随着 CT、MRI 及超声图像的体素化技术和平台成熟，影像三维重建、人工智能、边缘界定技术的不断完善，临床诊断、医疗影像软件系统和远程诊疗深度关联，有效提升医疗诊断效率。在高值耗材领域，通过使用 MR 眼镜，进行空间微定位装置关联，在术前规划和术中导航的运用，提升手术质量和精准度。主要应用在神经外科、骨科等领域，和原先耗材器械厂商形成产业闭环。在医药类分子生物学领域，医生可以使用 VR 眼镜结合3D 显

45、微镜观察细胞，生成立体化数据。虚拟现实设备关联电子显微镜将在结构解析和可视化专家系统占有一定比重。在精神卫生治疗领域，VR 治疗既可以单独使用，也可以作为现有的认知治疗中的创新工具使用。体系化的虚拟现实心理治疗医疗器械类产品将出现，可搜集管理心电、脑电、眼球追踪等临床数据。在医学教育领域，平台化的专科深度将加深，更深度关联临床，甚至和临床紧密关联，通过 5G 技术直接使用临床案例进行学科讲解。病例库和系统化平台会逐步建立，系统也会逐渐从专家创造内容向用户创造内容转变，越来越成熟化。（二）虚拟现实医疗的产业生态将日益丰富虚拟现实医疗产业会产生生态化的繁荣，虚拟现实技术会延伸到医疗工作的各个方面。

46、从虚拟现实技术和设备的维度，关联硬件头显、传感器、空间定位、人工智能解算、5G 通讯、软件开发、远程诊疗、远程教学等平台。从医疗健康行业的维度，关联医院及医疗机构、医疗器械、急救医学、医疗影像学、生物制药、脑科学精神类治疗、医学教学模拟医学等。医学层面而言，认知的提升和产业链的形成可以帮助医生得到虚拟现实技术在医疗不同环节的帮助。5G 网络将助力科研可视化、临床可视化到教学可视化同步进行。实验室通过虚拟现实技术研究分子结构模拟、远程研讨；通过虚拟现实结合术中导航，进行术前规划和术中导航运用、远程专家会诊；同时真实的临床数据脱敏后直接运用到教学端，实现虚拟现实课程场景，完成手术模拟教学、急救模拟教学等医学专科课程，便于理解且务实高效。在技术层面，通过混合现实技术，弥补空间上的限制和边界，通过云化数据、5G 高速网络，链接不同的人物节点， 营造安全、稳定、有效的虚拟现实医疗生态产业体系。虚拟现实医疗产业将形成一个终端便捷化、物联网化的全新的内容生态圈和平台，无论是专科领域如神经外科，还是综合领域如医学教育，都将看到各个伙伴在协同合作。