探索“元宇宙”框架下的“元醫療”各項技術的應用及研究進展

張建飛 譚凱茜

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

0 引言

隨著5G技術、AI智能等技術的飛速發展與技術落地，“元宇宙”（Metaverse）中的醫療技術，即所謂的“元醫療”（Metamedicine）的各種前沿技術已經應用在現代日常的醫療行為中。

1 “元宇宙”框架下的“元醫療”技術概述

通常認為“元宇宙”概念第一次出現于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實世界的虛擬網絡世界——“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導致了居家遠程辦公的產生并且加速了數字化遷徙的速度，另一方面，伴隨著AR/VR、5G、AI、區塊鏈等技術手段的進一步發展，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療”正是在“元宇宙”的基礎上，結合現代醫療技術而形成的第四代智慧醫療體系，其具有8個關鍵特征[2]。（1）身份（Identity）：共情的化身，每個人的數字身份，但因醫療體系的特殊性，人體的數字屬性或人體數據應與現實同步，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生信息交互，信息的流入與流出無時無刻在發生；（3）沉浸感（Immersive）：通過VR/AR技術產生沉浸式體驗，使互聯網上虛擬的人體數據及對應的醫療行為具象化；（4）隨地（Anywhere）：“元醫療”下的醫療行為應是遠程醫療與AI技術、大數據分析等技術共同產生的低門檻、高滲透率、多端入口的醫療活動；（5）多樣性（Variety）：虛擬世界本身擁有超越現實的自由與多元性，但因為醫療活動的特殊性，在某些特定的醫療場景下又具有唯一性；（6）低延遲（Low Friction）：通過5G技術及AI智能技術的輔助，可使現代醫療活動不受時間、地域的限制，充分發揮相關醫療器械/設備的性能、功能、節約成本；（7）經濟（Economy）：“元宇宙”憑借用戶生成內容（User Generated Content，UGC），即在其的加持下可創造價值，與現實經濟打通，在“元醫療”活動中附加產生經濟活動；（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“元醫療”也將在這些社會組織框架下進行醫療活動?？傊?，“元醫療”使醫療行為發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，并對真實世界的醫療活動產生積極的影響，即將為人類社會帶來巨大的經濟及社會效益。

2 “元宇宙”框架下的“元醫療”技術應用進展

2.1 AR/VR技術在醫療行為中的應用進展

增強虛擬現實（Augmented Reality，AR）科技是一門將虛擬現實信息技術和現實世界微妙融為一體的科學技術，廣泛使用了多媒體技術、三維模型、消息跟蹤與注冊、智能互動、生物傳感技術等各種手段，把從電腦中得到的虛擬現實信息內容進行模擬后，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]。虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術的基本原理則是利用計算機技術、電子信息、仿真技術模擬虛擬環境，從而給人以環境沉浸感[4]。AR/VR技術在醫學方面已經具有比較成熟的應用實例，AR/VR技術可以在手術前提供高仿真的模擬手術過程，使醫患溝通更加形象、具體，使患者直觀形象地了解手術過程、風險及可能的并發癥，減少醫患糾紛[5，6]。在醫學教育場景中，醫生或醫學生可以憑借AR/VR完全沉浸式、高仿真的技術特點，通過觸控設備實現實時交互反饋，形成仿真的、可重復的學習環境，有效增強學習效率[7-9]。通過AR/VR系統的信息化建模處理，人們可以更加精準地在VR虛擬社區進行遠程會診，甚至可以通過5G的高速帶寬帶來的實時響應模式利用機器人進行遠程手術[10]。隨著現代技術的發展，AR/VR技術將會在醫學領域應用更為廣泛。雖然VR技術具有強大優勢，但依然有許多不足需要改進，從而更好、更廣泛地應用于醫學領域，如頭戴式顯示設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技術在醫療行為中的應用進展

第五代移動通信技術（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，是進行人機物交互的重要網絡基礎設施[12]。5G作為一種新型移動通信網絡，不僅要解決人與人通信，為用戶提供增強現實、虛擬現實、超高清（3D）視頻等更加身臨其境的極致業務體驗，更要滿足移動醫療、遠程醫療、即時遠程機器人手術等物聯網應用需求[13]。在目前現有的智慧醫療服務基礎之上，結合5G網絡技術力量，將大大增強遠程會診、醫學影像、電子病歷等數據傳輸速度和服務保障能力[14，15]。5G技術應用于緊急救援中，在急救人員、救護車、緊急救援指揮中心、醫院四者之中快速構建5G緊急救援網絡，在救護車到達事故現場的第一時刻，將患者生命體征數據、病情圖像、急診病情記錄等以毫秒級速度無損實時傳輸到醫院，以協助院內醫生及時準確地做出正確指導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、重癥監護等醫療類中應用，由于其容錯率極低，并涉及醫療質量、患者安全、社會倫理等復雜方面，其對技術應用的安全性、可靠性都需要進行深入研究和檢驗，預計短期內難以實現在醫療領域中的實際應用[17]，且在5G大范圍推廣應用的社會環境下，射頻電磁場（RF-EMF）暴露是否可能產生有害的生物影響暫無明確的證據證明[18]。

2.3 AI技術在醫療行為中的應用進展

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指深入研究、發展用于模擬、延伸和擴展人的智能的基礎理論、方式、技術和應用系統的一門新的工程技術科學[19]。隨著近年AI技術應用的不斷深入，其在醫學領域的應用類型豐富程度和種類也逐年呈幾何式遞增，應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技術進行藥物結構匹配靶點的篩選和預測，是現今靶向藥、特效藥研發的有效途徑，已應用于多種心血管疾病、腫瘤靶向化療藥物的研發[21，22]。影像學AI智能診斷是AI技術在醫療領域中最普遍，也是最有前景的應用模式之一。通過構建深度學習模型，AI智能系統對大量的圖像和匹配的診斷信息進行不斷學習優化，逐漸提高診斷能力，最終達到毫秒級診斷速率，減少醫生工作量，提高閱片、診斷等醫療行為的效率[23，24]，高度自動化的人工智能是未來醫療的趨勢[25]。智能健康管理是AI技術在醫療領域另一個非常重要的應用，人們可以通過AI技術分析機體的健康指數、合理安排飲食、促進情緒調節，甚至可以進行慢性病管理以及某些疾病風險預測并提供醫療幫助和指導，時刻影響著人們的生活質量[26]。然而健康檔案數據在深度學習、采集、診斷、治療等環節均可能存在個人數據泄露的安全隱患[27]，因此需結合區塊鏈技術進行更全面的數據風險管理[28]。

2.4 區塊鏈技術在醫療行為中的應用進展

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

3 結語

伴隨著以上AR/VR、5G、AI、區塊鏈等技術手段的飛速發展、深度融合，虛擬現實產業經歷了熱潮期和沉淀期，現在已經按下了發展的“快車按鈕”，當前，虛擬現實產業的技術生態、內容生態和應用生態正在不斷成熟，“元宇宙”現實工業的生態將帶來數萬億級的想象力與發展機遇。雖然AR/VR、5G、AI、區塊鏈等在“元醫療”技術應用中具有直觀、快速、智能、隱私等優勢，但現今“元醫療”技術又受限于生理適應性差、政策支持度低以及技術發展不足?？傊?，在這一廣闊的前景下，隨著AR/VR、5G、AI、區塊鏈等各項技術的迅猛發展，“元宇宙”將進一步改變人類的生活和工作方式，其框架下的“元醫療”技術必將對現實醫療活動產生積極的影響，為人類社會帶來巨大的經濟及社會效益。