AR技术在医疗领域中的应用与潜力

Tech G上海国际消费电子技术展由上海市人民政府批准，在上海市商委、经信委、科委科协的指导下，由上海市国际贸易促进委员会主办，上海市国展展览中心有限公司承办，旨在打造面向亚太及全球市场的科技行业盛会，集中展示5G、人工智能、虚拟现实和汽车技术等横跨不同市场的革命性技术。Tech G 为品牌推广和新产品全球首发提供理想的平台和机会，着重实现企业品牌增值，帮助企业建立合作伙伴关系，助力科技技术的跨界应用，促进科技与实体经济的深度融合。

展会将于2022年10月27-29日在上海新国际博览中心举办。

众所周知，元宇宙和游戏产业在XR领域的地位举足轻重，其产业规模也与日俱增。然而，根据高盛早在2016年的报告里就有显示，XR技术有望在未来几年改善包括医疗保健在内的部分市场。

六年后，这一预言果真变成了现实，XR技术在医疗领域的应用也已屡见不鲜。事实证明，它对医生和患者都有着巨大的帮助：患者可以通过 XR 了解自己的病状、医生可以通过XR进行高精度且复杂的手术。在业内人士看来，XR正以超乎想象的方式改变着人们的生活。

毫不夸张地说，AR已在一定程度上展现了医疗技术的未来。

#01.

XR在医疗领域的潜力和优势

MarketsandMarkets分析了2017年到2025年医疗保健领域的AR/VR技术增长（预期）。公司数据预显示， 在所研究的时间范围内，合并年增长率将达到30.7％。

如上文所述，VR和AR在医疗保健领域有很大的潜力，但是人们会如何使用它呢？

就目前而言，XR一定会让手术计划的制定会变得更加容易——在过往，即使是最有经验的外科医生，对患者进行手术时有时也会碰到意外状况，而临场反应则决定了手术的最终结果。在未来，虚拟技术的介入会大幅减少意外，并有效降低手术风险。

另外，研究人员还研究了使用VR在手术前对患者进行教育的方法。例如，一个人可以看到其大脑的数字化版本，以及外科医生需要修复的问题以及如何实现。

与此同时，虚拟技术还能改善医学院的培训：约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins University）就曾着手打造了一个AR项目，该项目可以看到医学生将其解剖学应用程序转化为AR界面。增强现实工具在学生的体格上方显示了身体的内部视图，同时它还搭载了一个对真人手势极为敏感的交互式操控程序。

XR在外科手术中的应用

计算机辅助AR（Computer-aided AR），也称作计算机辅助制图（Computer-aided Drawing），是一种制图工具，允许用户使用AR制作精确的数据模型。

目前，已有专业机构对计算机辅助AR技术在外科手术中应用的过去、现在和未来进行了综述研究。从分类上看，在不同类型的手术中，AR 可以用作显示器或模型。在相关的医学培训中，如超声心动图培训、腹腔镜手术培训、神经外科手术训练等，AR技术也有应用，且有非常广阔的前景。

总得来说，在各科室的医生中，外科医生通常是最早采用可以增强手术和患者体验的技术工具的人。其应用的方面包括手术福利（Operative Benefits）、手术广播和记录（Broadcasting and Recording of Surgery）、解剖评估、远程指导和医学教育。

XR在眼科中的应用

目前，一种眼科AR环境已被开发出来。该环境系统用于更精确的眼科疾病激光治疗，远程医疗与实时图像分析、测量与比较。

这种环境系统是围绕着一种标准裂隙灯来进行设计的。一个与裂隙灯连接的摄像头捕捉图像，然后图像被送到视频采集板。接着，使用计算机工作站对图像进行处理，并对其采用快速配准算法。计算机的处理结果最终输出到一个亮度和对比度可调节的显示器上，该显示器则附在裂隙灯的目镜上。

用XR设计颅内植入物

Scharver C等人进行了该方面的研究。他们表示，触觉AR环境可以向使用者传递触摸的感觉。具体来说，就是从患者CT获得数据，创建虚拟3D颅骨模型，从而将模型叠加到现实中。医疗颅骨雕刻师可以通过这种技术更好的感受和观察模型，这对于提高其工作质量和速度非常有帮助。

个人增强现实沉浸式系统 （PARIS），一种新的原型显示系统，也会与上述模型一起被使用。该系统的加入，可以使颅骨雕刻师有一种手拿3D工具的感觉。神经外科医生、古生物学家和放射科医生等都对该系统表现出了极大地兴趣，非常希望有机会进行试用。

目前，已有业内专家对此进行了研究 。他们提到，在与康复相关的任务中，该系统能通过跟踪受试者的手（包括肘部、肩部和手腕的运动），创造一种虚拟的音频和视觉体验。实时的数据和照片同时会被发送给医生，以便进一步评估。实验室应用已证明该技术的可用性。

他们还表示，该系统可以根据需要将真实物体合并到任务中。它还可以控制外部物体，确保患者的安全和舒适。另外，该系统提供的另一个优点是治疗师可以根据患者的需要修改任务。对此，他们在中风康复锻炼计划中已进行了成功的应用。

用XR设计手及手臂康复系统

据权威机构显示，目前已有顶级研究机构发表了该方面的论文：他们首先在腹部模型上对该AR系统进行了评估，随后在手术室中的患者身上进行了评估。病人术前影像和医生操作的针位被记录在一个坐标系中。通过验证算法对特征点进行提取和处理。

结果表明，在不到一分钟的插入时间内，可以实现预定的2 mm精度的目标。该结果激发了众人对该AR系统在患者的完整呼吸周期中提供准确的指导和信息的信心，AR系统在该领域将会大有所为。

#02.

XR医疗的发展趋势

总得来说，近年来XR医疗的研究和应用在逐渐增加， 论文数量也呈上升趋势。Martin Eckert等人通过Meta分析发现，在 338 篇论文中，84.3%（n=285）的论文为处理患者实际治疗的AR项目，15.7%（n=53）涉及训练场景。在确定属于治疗类别的 285 篇论文中，69.5%（n=198）的项目涉及手术室场景，9.1%（n=26）的项目设置在康复环境中。此外，21.4% （n=61） 为直接参与患者的治疗。

此次新冠疫情，已经造成一些企业、学校关闭，经济受损和大量死亡。面对危机，科学界和相关业界正在开发各种可以造福社会的技术方法，AR技术的应用就是其中一种。例如，通过AR 应用程序帮助个人与他人保持2m的距离，从而控制社交距离；通过AR应用的在线教育，来帮助医学生以 3D 方式学习人体；通过AR远程医疗，改善患者的就诊方式和医生的看病方式等等。这些方面，都有相关的案例证明有效性。

可以预见，AR技术将影响未来患者的治疗。随着软硬件技术的优化，AR将能够更好地融入现有的工作流程，并为患者、医生和相关行业人员提供帮助，创造机会。

#03.医疗保健领域的顶尖XR公司

正如本文所述，医学增强现实和虚拟现实的承诺令人信服，目前的成果也足以改变很多人对医疗前景的看法，它能使更多人对即将到来的医疗手段感到期待。据新浪VR统计，全球已有近千家企业涉足XR医疗领域。而从规模与成绩来看，以下十家公司的关注度已成为业内最高：

1.MindMaze

瑞士公司MindMaze成立于2012年，融资超1.085亿美元。公司的使命是致力于提高人类在神经疾病后的康复、学习和适应能力。公司在神经科学、生物传感、工程学、混合现实和人工智能的交叉领域进行了十多年的研究和探索，目前其产品MindMotion GO已获得FDA认证和CE认证。

2020年9月，MindMaze和纽约的西奈山医疗机构宣布了一项在家可进行的远程神经康复治疗研究，可以辅助中风患者通过临床医生的虚拟支持下继续在家中康复训练治疗。公司研发部门MindMaze Labs目前正在探索医疗保健以外的其他领域，如将将突破性的神经科学技术带入日常生活，为下一代人机界面提供技术支持。

2.Touch Surgery

Touch Surgery公司成立于2012年，位于英国，融资金额已超过9110万美元。公司研究产品旨在利用AI、数据和可视化的力量来挽救生命。Touch Surgery公司由两位英国外科医生创建，2020年被美敦力公司并购为子公司。公司团队主要包括视觉艺术家，软件、硬件和AI工程师，数据和医学科学家以及外科医生。

Touch Surgery研发的交互式外科手术模拟器为外科手术和医疗操作提供了切实可行的指南，可使医生迅速掌握手术流程，检测熟练程度并可进行手术模拟训练。研发的软件已拥有300万全球用户，公司产品Touch Surgery Professional是第一台配备实时AI的手术录像机，并为外科医生的手术视频提供安全的云存储解决方案，目前正在推动为手术室提供实时动态AI新产品的研发。

3.Vicarious Surgical

美国公司Vicarious Surgical创建于2014年，融资金额达3000万美元。公司致力于改善患者生活质量，增强外科医生手术水平，并期望在全球提供高质量的医疗服务。公司联合创始人亚当·萨克斯和萨米·哈利法在麻省理工学院念本科时，已开始开发VR技术，后来结合了腹腔镜外科手术的想法，确定了公司发展方向为“手术机器人＋虚拟现实”的联合应用和产品落地。

外科医生通过VR技术远程控制小型腹腔手术机器人的动作来对患者进行手术是创始人萨克斯的梦想，该公司的Vicarious Surgical Inc.手术系统在2019年获得了美国FDA的“突破性设备”称号。

4.Augmedics

Augmedics成立于2014，位于以色列，迄今已融资2510万美元。该公司的头戴式设备已获得FDA许可，今年年初已开始在全美范围内销售其头戴式设备，首先将其应用于脊柱外科领域。该公司研发的第一个外科手术增强现实操作系统 “xvision”，可以使外科医生通过皮肤和组织看到患者内部解剖结构，就像他们具有X射线视力一样。

目前公司的研究数据显示，外科医生在身体中放置脊椎螺钉时使用VR头戴设备时的准确率为98.9％。

5.Health Scholars

美国Health Scholars公司成立于2017年，目前已融资达到1700万美元。该公司于2019年发布了两个用于急救复苏培训的VR游戏，其产品的解决方案由临床医生设计，以确保VR医学模拟产品可以符合医疗保健认证标准和专业协会准则。通过此产品学习，医生能够花更少的时间掌握医疗技术和提高资源利用度。

目前其VR医学模拟产品专注于急救护理培训，通过提供沉浸在超现实的可视化和交互系统中，帮助医疗学习者准确地掌握急救技能，使得医学生和护士在进入医院学习前，可掌握一般护理、围手术期和产科操作、成人和儿童的紧急病情处理。

6.Limbix

Limbix是一家为年轻人提供心理健康治疗的VR公司，总部位于加利福尼亚州，融资金额达到1450万欧元。青少年的抑郁症和自杀现象逐渐上升，但昂贵的治疗费用和预约等待时间限制了及时的治疗。该公司团队是一个由临床医师、产品设计师、研究员和工程师等成员组成的多元化团队，其产品Limbix Spark是目前最有可能被FDA批准的第一个用于青少年抑郁症的临床VR治疗产品。

Spark基于认知行为疗法的长期计划，使患者专注于完成有价值和感兴趣的活动，这些活动能够激发患者的愉悦感，进而改善抑郁状态。在未来的几年中，Limbix将在Spark的研发基础上开展更多的试验，并努力使Limbix Spark被FDA批准为II类医疗设备。

7.Osso VR

Osso VR公司位于美国马萨诸塞州波士顿，成立于2016年，融资达到1600万美元。当前，住院医师和外科医师的培训方式存在效率低问题，数据表明，有30％的外科毕业医学生无法独立操作手术。相比于科技的进步，我们的外科培训系统在一个多世纪中没有改变。

Osso VR的联合创始人兼首席执行官贾斯汀·巴拉德（Justin Barad），是一名生物工程学博士和骨科外科医生，他创办了VR医疗培训公司并计划利用他自身的技术背景来解决目前医疗培训问题，公司使命是提高患者安全性并普及现代手术技术。

Osso VR使用VR技术提供训练的平台、内容和工具，弥补了外科手术培训的空白。如今，Osso VR已经与与许多世界顶级骨科医院和设备公司合作。通过其研发的VR头戴设备，可模拟手术中的1：1动作来训练骨科医生，并带有触觉反馈功能，目前已经包括训练打胫骨钉以及髋和膝关节置换模型的培训。Osso VR被美国教育部评选为顶级教育模拟公司。

8.Oxford VR

英国公司Oxford VR 融资达1320万欧元，该公司专注于临床心理疾病的治疗和干预。创始人Daniel是牛津大学临床心理学教授，目前公司已根据成熟的治疗方案开发除出了心理干预措施，使用沉浸式VR技术对患者进行治疗。

Oxford VR开发的治疗方式是全自动的，通过虚拟教练来使患者能够更便捷、更经济地获得高质量治疗。如恐高症是一个常见的临床心理问题，预估影响人口的3-5％，研究证明，沉浸式VR疗法只需治疗两个小时，就能成功地将患者的恐惧平均减少68％，这证明了VR治疗的巨大潜力。

此外，公司已开发的提高社交参与度的VR产品是一项突破性的心理健康干预产品，它使用VR技术来帮助个人克服焦虑的社会回避情绪，包括恐惧症、恐慌症、社交焦虑症、抑郁症和精神分裂症。

9.Psious

西班牙Psious公司融资约1500万美元，专注于为心理状况不佳患者提供VR治疗方法，如害怕飞行、打针、各种动物、公开演讲以及焦虑或恐惧心理。在VR设备和应用的帮助下，患者会在医生的帮助下进入对他们来说非常恐惧的环境。

患者的任务是直面自己的恐惧并逐渐解开心结。目前该公司已经开发出超过70个虚拟环境和数十种功能，可干预焦虑症、特定恐惧症、进食障碍、强迫症以及成瘾性疾病，可采用的方法包括运用放松技巧、正念治疗和注意力训练。

在患者训练时，可以交互式地自定义数十个参数，以及达到实时监控响应获取患者状况的信息，并可保存所有患者的疗程数据以监控他们的病情改善。

10.Surgical Theater

美国Surgical Theater公司已融资达960万美元，创始人Moty Avisar和Alon Geri在创建Surgical Theater时，曾想象外科医生能够像飞行员一样预览他们的操作流程，就像战斗机飞行员可以预执行其任务一样来预执行手术计划，并且可使用这些模拟器帮助患者参与其护理计划。

目前已有几十家医疗和学术机构的神经外科医师，可以利用Surgical Theater开发的Medical Virtual Reality平台的沉浸式体验进行患者教育并使患者参与虚拟手术环境，为患者提供360度体验——走进他们自己的解剖结构；同时还为医生提供了模拟手术计划的机会。

目前使用的客户已经包括UCLA，纽约大学，大学医院案例医学中心，梅奥诊所，西奈山医疗中心，以及斯坦福大学等。

#03.

我们的观点

在笔者看来，VR/AR医疗毫无以为是一条以技术为驱动的赛道，硬实力才是决定最终成败的核心因素。不管创业者的想法有多么创新，其方案必须在实践中带来显著效果才行，而投资方所看重的也正是产品落地的可操作性。因此，在被称为“VR元年”的2016年之后，该领域企业更多地把精力放在了研发和打磨技术产品上。

另外，VR/AR医疗作为纯粹的数字技术，如果作为医疗器械类产品进行推广和销售，还需要雄厚的资金实力、漫长的产品注册和临床试验。很显然，这不是每个公司、每个投资者都能耗得起的。正因如此，已有众多业内公司选择了更易获得成绩（收益）的方向，比如切入到医疗教育、手术模拟方向等，因此也涌现了一批优秀的VR医疗教育和VR手术模拟训练公司。

目前，国内的VR医疗赛道虽不及国外融资规模大，但我们的技术实力却不容小觑，如医微讯、掌网科技、触幻科技和枭龙科技等公司也迅速发展。不过，虽然这些厂商的多款产品已然落地，但依旧面临着难以普及的难题。在我们看来，这跟相关设备成本高、市场认可度不足以及销售渠道不够广等有关。

作为XR领媒体，我们期待更多VR技术的医疗产品能够在资本推动下普及开来，能让更多人在体验到VR所带来的便捷性和实用性同时，也能给自己的健康增加一枚颇具分量的砝码。

审核编辑：符乾江