虚拟现实医疗应用白皮书.docx
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虚拟现实医疗应用白皮书
虚拟现实医疗应用白皮书
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）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。
（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1.1VR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）o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1.2VR模拟胸腔穿刺术
（3）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1.3VR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，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，我国面临冋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”全国人口健康信息化发展规戈膠
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1.5VR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）o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1.6VR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
觉，
从
假肢（图1.7）。
通过对截肢患者残肢的神经施加人工触同时虚拟假肢的食指会在受刺激的触摸感觉中同步发光，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1.8AR对辅助判断穿刺位置
（2）AR解剖教学系统
国外医疗创企开发出可以显示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1.9AR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，大幅提升患者的就医体验。
图1.10AR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1.11AR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5~20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10~20万。
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%，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10~20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）o
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
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