探索“元宇宙”框架下的“元醫(yī)療”各項技術(shù)的應(yīng)用及研究進展

張建飛 譚凱茜

（1.南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院燒傷整形科，湖南 衡陽 421000；2.南華大學(xué)附屬南華醫(yī)院燒傷整形科，湖南 衡陽 421000）

0 引言

隨著5G技術(shù)、AI智能等技術(shù)的飛速發(fā)展與技術(shù)落地，“元宇宙”（Metaverse）中的醫(yī)療技術(shù)，即所謂的“元醫(yī)療”（Metamedicine）的各種前沿技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在現(xiàn)代日常的醫(yī)療行為中。

1 “元宇宙”框架下的“元醫(yī)療”技術(shù)概述

通常認為“元宇宙”概念第一次出現(xiàn)于1992年美國著名科幻作家尼爾·斯蒂芬森的小說《雪崩（Snow Crash）》，書中描繪了一種平行于現(xiàn)實世界的虛擬網(wǎng)絡(luò)世界——“Metaverse”，也就是“元宇宙”[1]。而自2020年以來，新冠肺炎疫情在全球的暴發(fā)導(dǎo)致了居家遠程辦公的產(chǎn)生并且加速了數(shù)字化遷徙的速度，另一方面，伴隨著AR/VR、5G、AI、區(qū)塊鏈等技術(shù)手段的進一步發(fā)展，更是促進了科技圈資本對元宇宙概念的重新思考與熱情追捧?！霸t(yī)療”正是在“元宇宙”的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)而形成的第四代智慧醫(yī)療體系，其具有8個關(guān)鍵特征[2]。（1）身份（Identity）：共情的化身，每個人的數(shù)字身份，但因醫(yī)療體系的特殊性，人體的數(shù)字屬性或人體數(shù)據(jù)應(yīng)與現(xiàn)實同步，無法更改，1∶1仿真；（2）朋友（Friends）：即虛擬社交，每個人在“元宇宙”中并不是單獨的個體，而是時刻與周圍人產(chǎn)生信息交互，信息的流入與流出無時無刻在發(fā)生；（3）沉浸感（Immersive）：通過VR/AR技術(shù)產(chǎn)生沉浸式體驗，使互聯(lián)網(wǎng)上虛擬的人體數(shù)據(jù)及對應(yīng)的醫(yī)療行為具象化；（4）隨地（Anywhere）：“元醫(yī)療”下的醫(yī)療行為應(yīng)是遠程醫(yī)療與AI技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)共同產(chǎn)生的低門檻、高滲透率、多端入口的醫(yī)療活動；（5）多樣性（Variety）：虛擬世界本身擁有超越現(xiàn)實的自由與多元性，但因為醫(yī)療活動的特殊性，在某些特定的醫(yī)療場景下又具有唯一性；（6）低延遲（Low Friction）：通過5G技術(shù)及AI智能技術(shù)的輔助，可使現(xiàn)代醫(yī)療活動不受時間、地域的限制，充分發(fā)揮相關(guān)醫(yī)療器械/設(shè)備的性能、功能、節(jié)約成本；（7）經(jīng)濟（Economy）：“元宇宙”憑借用戶生成內(nèi)容（User Generated Content，UGC），即在其的加持下可創(chuàng)造價值，與現(xiàn)實經(jīng)濟打通，在“元醫(yī)療”活動中附加產(chǎn)生經(jīng)濟活動；（8）文明（Civility）：“元宇宙”最終將形成虛擬世界的社會、法度、文明、“國家”，而“元醫(yī)療”也將在這些社會組織框架下進行醫(yī)療活動?？傊?，“元醫(yī)療”使醫(yī)療行為發(fā)生在足夠逼真的虛擬世界，通過與真實世界相連通的平行宇宙來干涉真實世界，并對真實世界的醫(yī)療活動產(chǎn)生積極的影響，即將為人類社會帶來巨大的經(jīng)濟及社會效益。

2 “元宇宙”框架下的“元醫(yī)療”技術(shù)應(yīng)用進展

2.1 AR/VR技術(shù)在醫(yī)療行為中的應(yīng)用進展

增強虛擬現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）科技是一門將虛擬現(xiàn)實信息技術(shù)和現(xiàn)實世界微妙融為一體的科學(xué)技術(shù)，廣泛使用了多媒體技術(shù)、三維模型、消息跟蹤與注冊、智能互動、生物傳感技術(shù)等各種手段，把從電腦中得到的虛擬現(xiàn)實信息內(nèi)容進行模擬后，再運用在真實世界中，兩者信息相輔相成，進而達到對真實世界的“增強”[3]。虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)的基本原理則是利用計算機技術(shù)、電子信息、仿真技術(shù)模擬虛擬環(huán)境，從而給人以環(huán)境沉浸感[4]。AR/VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面已經(jīng)具有比較成熟的應(yīng)用實例，AR/VR技術(shù)可以在手術(shù)前提供高仿真的模擬手術(shù)過程，使醫(yī)患溝通更加形象、具體，使患者直觀形象地了解手術(shù)過程、風(fēng)險及可能的并發(fā)癥，減少醫(yī)患糾紛[5，6]。在醫(yī)學(xué)教育場景中，醫(yī)生或醫(yī)學(xué)生可以憑借AR/VR完全沉浸式、高仿真的技術(shù)特點，通過觸控設(shè)備實現(xiàn)實時交互反饋，形成仿真的、可重復(fù)的學(xué)習(xí)環(huán)境，有效增強學(xué)習(xí)效率[7-9]。通過AR/VR系統(tǒng)的信息化建模處理，人們可以更加精準地在VR虛擬社區(qū)進行遠程會診，甚至可以通過5G的高速帶寬帶來的實時響應(yīng)模式利用機器人進行遠程手術(shù)[10]。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，AR/VR技術(shù)將會在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。雖然VR技術(shù)具有強大優(yōu)勢，但依然有許多不足需要改進，從而更好、更廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如頭戴式顯示設(shè)備使用時間較長容易引起頭部不適、虛擬圖像疊加的不真實感，以及雙目視差立體顯示引起的視覺不適等[11]。

2.2 5G技術(shù)在醫(yī)療行為中的應(yīng)用進展

第五代移動通信技術(shù)（5G）是具有高速率、低時延和強大連接特性的新型寬帶移動通信技術(shù)，是進行人機物交互的重要網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施[12]。5G作為一種新型移動通信網(wǎng)絡(luò)，不僅要解決人與人通信，為用戶提供增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、超高清（3D）視頻等更加身臨其境的極致業(yè)務(wù)體驗，更要滿足移動醫(yī)療、遠程醫(yī)療、即時遠程機器人手術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求[13]。在目前現(xiàn)有的智慧醫(yī)療服務(wù)基礎(chǔ)之上，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)力量，將大大增強遠程會診、醫(yī)學(xué)影像、電子病歷等數(shù)據(jù)傳輸速度和服務(wù)保障能力[14，15]。5G技術(shù)應(yīng)用于緊急救援中，在急救人員、救護車、緊急救援指揮中心、醫(yī)院四者之中快速構(gòu)建5G緊急救援網(wǎng)絡(luò)，在救護車到達事故現(xiàn)場的第一時刻，將患者生命體征數(shù)據(jù)、病情圖像、急診病情記錄等以毫秒級速度無損實時傳輸?shù)结t(yī)院，以協(xié)助院內(nèi)醫(yī)生及時準確地做出正確指導(dǎo)并提前制訂搶救方案，及時救治患者[16]。對于5G在遠程操作手術(shù)、重癥監(jiān)護等醫(yī)療類中應(yīng)用，由于其容錯率極低，并涉及醫(yī)療質(zhì)量、患者安全、社會倫理等復(fù)雜方面，其對技術(shù)應(yīng)用的安全性、可靠性都需要進行深入研究和檢驗，預(yù)計短期內(nèi)難以實現(xiàn)在醫(yī)療領(lǐng)域中的實際應(yīng)用[17]，且在5G大范圍推廣應(yīng)用的社會環(huán)境下，射頻電磁場（RF-EMF）暴露是否可能產(chǎn)生有害的生物影響暫無明確的證據(jù)證明[18]。

2.3 AI技術(shù)在醫(yī)療行為中的應(yīng)用進展

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指深入研究、發(fā)展用于模擬、延伸和擴展人的智能的基礎(chǔ)理論、方式、技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的工程技術(shù)科學(xué)[19]。隨著近年AI技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用類型豐富程度和種類也逐年呈幾何式遞增，應(yīng)用部分還在研究階段，而實驗部分已展開了臨床測試[20]。利用AI技術(shù)進行藥物結(jié)構(gòu)匹配靶點的篩選和預(yù)測，是現(xiàn)今靶向藥、特效藥研發(fā)的有效途徑，已應(yīng)用于多種心血管疾病、腫瘤靶向化療藥物的研發(fā)[21，22]。影像學(xué)AI智能診斷是AI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中最普遍，也是最有前景的應(yīng)用模式之一。通過構(gòu)建深度學(xué)習(xí)模型，AI智能系統(tǒng)對大量的圖像和匹配的診斷信息進行不斷學(xué)習(xí)優(yōu)化，逐漸提高診斷能力，最終達到毫秒級診斷速率，減少醫(yī)生工作量，提高閱片、診斷等醫(yī)療行為的效率[23，24]，高度自動化的人工智能是未來醫(yī)療的趨勢[25]。智能健康管理是AI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域另一個非常重要的應(yīng)用，人們可以通過AI技術(shù)分析機體的健康指數(shù)、合理安排飲食、促進情緒調(diào)節(jié)，甚至可以進行慢性病管理以及某些疾病風(fēng)險預(yù)測并提供醫(yī)療幫助和指導(dǎo)，時刻影響著人們的生活質(zhì)量[26]。然而健康檔案數(shù)據(jù)在深度學(xué)習(xí)、采集、診斷、治療等環(huán)節(jié)均可能存在個人數(shù)據(jù)泄露的安全隱患[27]，因此需結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)進行更全面的數(shù)據(jù)風(fēng)險管理[28]。

2.4 區(qū)塊鏈技術(shù)在醫(yī)療行為中的應(yīng)用進展

區(qū)塊鏈（Blockchain）是分布式數(shù)據(jù)存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術(shù)的新型應(yīng)用模式[29]。目前區(qū)塊鏈在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段，研究主要聚焦在數(shù)據(jù)集成、安全訪問、防止數(shù)據(jù)篡改方面，應(yīng)用在健康記錄、醫(yī)療監(jiān)控、醫(yī)藥器材溯源、醫(yī)療保健與服務(wù)等場景中[30-34]。然而，由于各醫(yī)療機構(gòu)信息化覆蓋程度參差不齊，且醫(yī)療數(shù)據(jù)來源的可靠性無法得到實時確認，因此區(qū)塊鏈的發(fā)展及應(yīng)用受到極大制約[35]。而區(qū)塊鏈技術(shù)本身也存在發(fā)展瓶頸，其目前的主要缺點是延時高、交易速率慢，在關(guān)鍵技術(shù)層面上尚需突破性進展[36]。由于各國的文化、認知、經(jīng)濟等差異導(dǎo)致的比較混亂的全球政策環(huán)境，也是區(qū)塊鏈技術(shù)融合擴大發(fā)展的重要制約因素之一。

3 結(jié)語

伴隨著以上AR/VR、5G、AI、區(qū)塊鏈等技術(shù)手段的飛速發(fā)展、深度融合，虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了熱潮期和沉淀期，現(xiàn)在已經(jīng)按下了發(fā)展的“快車按鈕”，當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)的技術(shù)生態(tài)、內(nèi)容生態(tài)和應(yīng)用生態(tài)正在不斷成熟，“元宇宙”現(xiàn)實工業(yè)的生態(tài)將帶來數(shù)萬億級的想象力與發(fā)展機遇。雖然AR/VR、5G、AI、區(qū)塊鏈等在“元醫(yī)療”技術(shù)應(yīng)用中具有直觀、快速、智能、隱私等優(yōu)勢，但現(xiàn)今“元醫(yī)療”技術(shù)又受限于生理適應(yīng)性差、政策支持度低以及技術(shù)發(fā)展不足?？傊?，在這一廣闊的前景下，隨著AR/VR、5G、AI、區(qū)塊鏈等各項技術(shù)的迅猛發(fā)展，“元宇宙”將進一步改變?nèi)祟惖纳詈凸ぷ鞣绞?，其框架下的“元醫(yī)療”技術(shù)必將對現(xiàn)實醫(yī)療活動產(chǎn)生積極的影響，為人類社會帶來巨大的經(jīng)濟及社會效益。