探索“元宇宙”框架下的“元医疗”各项技术的应用及研究进展

张建飞 谭凯茜

（1.南华大学附属第二医院烧伤整形科，湖南 衡阳 421000；2.南华大学附属南华医院烧伤整形科，湖南 衡阳 421000）

0 引言

随着5G技术、AI智能等技术的飞速发展与技术落地，“元宇宙”（Metaverse）中的医疗技术，即所谓的“元医疗”（Metamedicine）的各种前沿技术已经应用在现代日常的医疗行为中。

1 “元宇宙”框架下的“元医疗”技术概述

通常认为“元宇宙”概念第一次出现于1992年美国著名科幻作家尼尔·斯蒂芬森的小说《雪崩（Snow Crash）》，书中描绘了一种平行于现实世界的虚拟网络世界——“Metaverse”，也就是“元宇宙”[1]。而自2020年以来，新冠肺炎疫情在全球的暴发导致了居家远程办公的产生并且加速了数字化迁徙的速度，另一方面，伴随着AR/VR、5G、AI、区块链等技术手段的进一步发展，更是促进了科技圈资本对元宇宙概念的重新思考与热情追捧。“元医疗”正是在“元宇宙”的基础上，结合现代医疗技术而形成的第四代智慧医疗体系，其具有8个关键特征[2]。（1）身份（Identity）：共情的化身，每个人的数字身份，但因医疗体系的特殊性，人体的数字属性或人体数据应与现实同步，无法更改，1∶1仿真；（2）朋友（Friends）：即虚拟社交，每个人在“元宇宙”中并不是单独的个体，而是时刻与周围人产生信息交互，信息的流入与流出无时无刻在发生；（3）沉浸感（Immersive）：通过VR/AR技术产生沉浸式体验，使互联网上虚拟的人体数据及对应的医疗行为具象化；（4）随地（Anywhere）：“元医疗”下的医疗行为应是远程医疗与AI技术、大数据分析等技术共同产生的低门槛、高渗透率、多端入口的医疗活动；（5）多样性（Variety）：虚拟世界本身拥有超越现实的自由与多元性，但因为医疗活动的特殊性，在某些特定的医疗场景下又具有唯一性；（6）低延迟（Low Friction）：通过5G技术及AI智能技术的辅助，可使现代医疗活动不受时间、地域的限制，充分发挥相关医疗器械/设备的性能、功能、节约成本；（7）经济（Economy）：“元宇宙”凭借用户生成内容（User Generated Content，UGC），即在其的加持下可创造价值，与现实经济打通，在“元医疗”活动中附加产生经济活动；（8）文明（Civility）：“元宇宙”最终将形成虚拟世界的社会、法度、文明、“国家”，而“元医疗”也将在这些社会组织框架下进行医疗活动。总之，“元医疗”使医疗行为发生在足够逼真的虚拟世界，通过与真实世界相连通的平行宇宙来干涉真实世界，并对真实世界的医疗活动产生积极的影响，即将为人类社会带来巨大的经济及社会效益。

2 “元宇宙”框架下的“元医疗”技术应用进展

2.1 AR/VR技术在医疗行为中的应用进展

增强虚拟现实（Augmented Reality，AR）科技是一门将虚拟现实信息技术和现实世界微妙融为一体的科学技术，广泛使用了多媒体技术、三维模型、消息跟踪与注册、智能互动、生物传感技术等各种手段，把从电脑中得到的虚拟现实信息内容进行模拟后，再运用在真实世界中，两者信息相辅相成，进而达到对真实世界的“增强”[3]。虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术的基本原理则是利用计算机技术、电子信息、仿真技术模拟虚拟环境，从而给人以环境沉浸感[4]。AR/VR技术在医学方面已经具有比较成熟的应用实例，AR/VR技术可以在手术前提供高仿真的模拟手术过程，使医患沟通更加形象、具体，使患者直观形象地了解手术过程、风险及可能的并发症，减少医患纠纷[5，6]。在医学教育场景中，医生或医学生可以凭借AR/VR完全沉浸式、高仿真的技术特点，通过触控设备实现实时交互反馈，形成仿真的、可重复的学习环境，有效增强学习效率[7-9]。通过AR/VR系统的信息化建模处理，人们可以更加精准地在VR虚拟社区进行远程会诊，甚至可以通过5G的高速带宽带来的实时响应模式利用机器人进行远程手术[10]。随着现代技术的发展，AR/VR技术将会在医学领域应用更为广泛。虽然VR技术具有强大优势，但依然有许多不足需要改进，从而更好、更广泛地应用于医学领域，如头戴式显示设备使用时间较长容易引起头部不适、虚拟图像叠加的不真实感，以及双目视差立体显示引起的视觉不适等[11]。

2.2 5G技术在医疗行为中的应用进展

第五代移动通信技术（5G）是具有高速率、低时延和强大连接特性的新型宽带移动通信技术，是进行人机物交互的重要网络基础设施[12]。5G作为一种新型移动通信网络，不仅要解决人与人通信，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清（3D）视频等更加身临其境的极致业务体验，更要满足移动医疗、远程医疗、即时远程机器人手术等物联网应用需求[13]。在目前现有的智慧医疗服务基础之上，结合5G网络技术力量，将大大增强远程会诊、医学影像、电子病历等数据传输速度和服务保障能力[14，15]。5G技术应用于紧急救援中，在急救人员、救护车、紧急救援指挥中心、医院四者之中快速构建5G紧急救援网络，在救护车到达事故现场的第一时刻，将患者生命体征数据、病情图像、急诊病情记录等以毫秒级速度无损实时传输到医院，以协助院内医生及时准确地做出正确指导并提前制订抢救方案，及时救治患者[16]。对于5G在远程操作手术、重症监护等医疗类中应用，由于其容错率极低，并涉及医疗质量、患者安全、社会伦理等复杂方面，其对技术应用的安全性、可靠性都需要进行深入研究和检验，预计短期内难以实现在医疗领域中的实际应用[17]，且在5G大范围推广应用的社会环境下，射频电磁场（RF-EMF）暴露是否可能产生有害的生物影响暂无明确的证据证明[18]。

2.3 AI技术在医疗行为中的应用进展

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指深入研究、发展用于模拟、延伸和扩展人的智能的基础理论、方式、技术和应用系统的一门新的工程技术科学[19]。随着近年AI技术应用的不断深入，其在医学领域的应用类型丰富程度和种类也逐年呈几何式递增，应用部分还在研究阶段，而实验部分已展开了临床测试[20]。利用AI技术进行药物结构匹配靶点的筛选和预测，是现今靶向药、特效药研发的有效途径，已应用于多种心血管疾病、肿瘤靶向化疗药物的研发[21，22]。影像学AI智能诊断是AI技术在医疗领域中最普遍，也是最有前景的应用模式之一。通过构建深度学习模型，AI智能系统对大量的图像和匹配的诊断信息进行不断学习优化，逐渐提高诊断能力，最终达到毫秒级诊断速率，减少医生工作量，提高阅片、诊断等医疗行为的效率[23，24]，高度自动化的人工智能是未来医疗的趋势[25]。智能健康管理是AI技术在医疗领域另一个非常重要的应用，人们可以通过AI技术分析机体的健康指数、合理安排饮食、促进情绪调节，甚至可以进行慢性病管理以及某些疾病风险预测并提供医疗帮助和指导，时刻影响着人们的生活质量[26]。然而健康档案数据在深度学习、采集、诊断、治疗等环节均可能存在个人数据泄露的安全隐患[27]，因此需结合区块链技术进行更全面的数据风险管理[28]。

2.4 区块链技术在医疗行为中的应用进展

区块链（Blockchain）是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式[29]。目前区块链在医疗领域的应用仍处于起步阶段，研究主要聚焦在数据集成、安全访问、防止数据篡改方面，应用在健康记录、医疗监控、医药器材溯源、医疗保健与服务等场景中[30-34]。然而，由于各医疗机构信息化覆盖程度参差不齐，且医疗数据来源的可靠性无法得到实时确认，因此区块链的发展及应用受到极大制约[35]。而区块链技术本身也存在发展瓶颈，其目前的主要缺点是延时高、交易速率慢，在关键技术层面上尚需突破性进展[36]。由于各国的文化、认知、经济等差异导致的比较混乱的全球政策环境，也是区块链技术融合扩大发展的重要制约因素之一。

3 结语

伴随着以上AR/VR、5G、AI、区块链等技术手段的飞速发展、深度融合，虚拟现实产业经历了热潮期和沉淀期，现在已经按下了发展的“快车按钮”，当前，虚拟现实产业的技术生态、内容生态和应用生态正在不断成熟，“元宇宙”现实工业的生态将带来数万亿级的想象力与发展机遇。虽然AR/VR、5G、AI、区块链等在“元医疗”技术应用中具有直观、快速、智能、隐私等优势，但现今“元医疗”技术又受限于生理适应性差、政策支持度低以及技术发展不足。总之，在这一广阔的前景下，随着AR/VR、5G、AI、区块链等各项技术的迅猛发展，“元宇宙”将进一步改变人类的生活和工作方式，其框架下的“元医疗”技术必将对现实医疗活动产生积极的影响，为人类社会带来巨大的经济及社会效益。