元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望*

孔祥溢

(1國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院 北京 100021 2國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院深圳醫(yī)院 深圳 518127)

姜鴻南

(國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院深圳醫(yī)院 深圳 518127)

方 儀

(國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院 北京 100021)

高紀(jì)東

(1國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院深圳醫(yī)院 深圳 518127 2國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院 北京 100021)

王 靖

(國家癌癥中心/國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院 北京 100021)

1 引言

元宇宙是一種虛擬共享空間，具有改變甚至顛覆現(xiàn)有醫(yī)療模式的潛力[1]，用于描述各種虛擬共享空間。計算機(jī)虛擬環(huán)境可通過各種設(shè)備訪問，包括臺式計算機(jī)、移動設(shè)備和虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)頭戴式顯示器等[2]。在元宇宙中，用戶可創(chuàng)建自己的專屬頭像，即數(shù)字化的自我代表，與其他用戶交互；還可以創(chuàng)建自己的虛擬對象和環(huán)境，并與其他用戶共享。元宇宙被設(shè)計為一個社交和互動的虛擬空間，允許用戶與來自世界各地的人們連接并從事各種活動，包括游戲、購物和社交。

基于VR和增強(qiáng)現(xiàn)實(augmented reality，AR)技術(shù)，元宇宙在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[3]。使用VR，學(xué)生可以模擬手術(shù)和操作，而AR則可在現(xiàn)實世界中疊加信息，例如在體格檢查中識別解剖結(jié)構(gòu)[4]，提供一種安全有效、經(jīng)濟(jì)便捷的方法，使學(xué)生在接觸真實患者之前便可在受控環(huán)境中獲得經(jīng)驗，有望替代傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)培訓(xùn)。元宇宙還可用于推進(jìn)醫(yī)學(xué)研究[4]，例如創(chuàng)建人體器官和組織的虛擬模型，用于藥物設(shè)計和測試，從而大幅減少動物測試并加速藥物研發(fā)進(jìn)程[5]。此外，元宇宙促進(jìn)研究人員協(xié)作，通過實時共享數(shù)據(jù)和資源，實現(xiàn)更高效的合作。元宇宙在醫(yī)學(xué)中的另一個潛在應(yīng)用場景是遠(yuǎn)程醫(yī)療[6]，為無法到訪實體醫(yī)療機(jī)構(gòu)的患者提供虛擬醫(yī)療咨詢和護(hù)理[6]?；颊呖稍谔摂M環(huán)境中與醫(yī)生交互，減少出行需求，為醫(yī)療資源欠缺的偏遠(yuǎn)地區(qū)提供便利。在心理健康服務(wù)和個性化醫(yī)療體驗方面，VR環(huán)境可為接受治療或康復(fù)期的患者創(chuàng)造寧靜、放松的環(huán)境；為患者提供視頻和交互資源，幫助其更好地了解病情和做出治療選擇[3]；協(xié)助醫(yī)生遠(yuǎn)程接觸患者，改善醫(yī)療保健的獲取方式；提供個性化護(hù)理體驗，提高患者滿意度和治療效果[7]。元宇宙、VR和AR之間相輔相成。VR和AR設(shè)備可能成為元宇宙的入口，即下一代互聯(lián)網(wǎng)的硬件基礎(chǔ)設(shè)施。本文探討元宇宙如何應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育、研究、遠(yuǎn)程醫(yī)療和護(hù)理等領(lǐng)域，展望元宇宙在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的未來場景。

2 元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用場景

2.1 醫(yī)學(xué)教育和培訓(xùn)

元宇宙是指一系列相互連接的虛擬世界或空間，用戶可在其中與彼此或虛擬數(shù)字對象進(jìn)行交互。元宇宙技術(shù)受到各行業(yè)歡迎，包括醫(yī)療保健領(lǐng)域[8]。近年來，VR和AR技術(shù)已被廣泛用于創(chuàng)建沉浸式和交互式醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，提供實踐經(jīng)驗，改善學(xué)習(xí)效果，并減少錯誤和不良事件的發(fā)生風(fēng)險[3]。醫(yī)學(xué)生和醫(yī)療專業(yè)人員可在虛擬環(huán)境中與人體數(shù)字模型交互，培養(yǎng)診療思維和決策技能。醫(yī)學(xué)院使用VR和AR創(chuàng)建虛擬解剖實驗室，可根據(jù)教學(xué)需求進(jìn)行個性化定制，使學(xué)生按照自己的節(jié)奏學(xué)習(xí)[9]。教學(xué)醫(yī)院通過VR和AR創(chuàng)建虛擬急診科場景，幫助低年資醫(yī)師和醫(yī)學(xué)生掌握如何診斷并處理常見急診疾病。此外，醫(yī)生通過元宇宙可在進(jìn)行真正手術(shù)之前模擬手術(shù)操作、輔助訓(xùn)練手術(shù)技能。目前，元宇宙在醫(yī)學(xué)教育和培訓(xùn)中的大規(guī)模應(yīng)用尚存在技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施投資大、有效性尚未完全確定等局限性，需要進(jìn)一步研究評估[3]。

2.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療和虛擬會診

遠(yuǎn)程醫(yī)療和虛擬會診是指以計算機(jī)、遙感、遙測、遙控技術(shù)為依托，充分發(fā)揮大醫(yī)院或?qū)？漆t(yī)療中心的醫(yī)療技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢，為醫(yī)療條件較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)患者提供遠(yuǎn)距離診斷、治療和咨詢服務(wù)，旨在提高診斷與醫(yī)療水平、降低醫(yī)療開支、滿足公眾的保健需求。遠(yuǎn)程醫(yī)療已經(jīng)以各種形式開展多年，元宇宙技術(shù)通過創(chuàng)造沉浸式和互動式體驗，將其提升到一個新層次[6]。利用元宇宙技術(shù)構(gòu)建虛擬空間，醫(yī)患雙方可在其中實時互動，模擬面對面門診場景。例如，患者可進(jìn)入一個虛擬診室，通過數(shù)字技術(shù)看到醫(yī)學(xué)專家、聽到其聲音，雙方猶如在同一物理空間中進(jìn)行互動，體驗效果更好、更具吸引力。元宇宙技術(shù)也可通過虛擬臨床實際場景，使患者在一個安全和受控的環(huán)境中接受治療。例如，患者可通過VR暴露療法克服恐懼癥；通過虛擬物理療法從創(chuàng)傷或手術(shù)中恢復(fù)[8]。

2.3 康復(fù)和物理治療

元宇宙技術(shù)在康復(fù)和物理治療領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊[10]。元宇宙可提供一個沉浸式和交互式虛擬平臺，通過模擬真實世界場景，使患者在安全可控的環(huán)境中進(jìn)行功能性鍛煉。虛擬環(huán)境可根據(jù)患者實際病情定制，參數(shù)包括難度級別或所需運(yùn)動類型；患者與虛擬對象互動并獲得有關(guān)其表現(xiàn)的即時反饋。VR游戲和模擬已經(jīng)用于改善中風(fēng)和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的上肢功能，計算機(jī)會要求患者執(zhí)行特定運(yùn)動或任務(wù)來完成游戲，以此提高患者的恢復(fù)動力和參與度。虛擬環(huán)境還被用于改善帕金森病和多發(fā)性硬化癥患者的平衡和步態(tài)，以及肌肉骨骼疾病的物理治療，例如背痛、膝蓋損傷和肩部損傷等[11]。虛擬環(huán)境的沉浸式和互動性也有助于減少傳統(tǒng)康復(fù)和物理治療過程中的焦慮和疼痛[12]，實現(xiàn)更個性化和有效的治療。元宇宙技術(shù)還可以為腫瘤學(xué)領(lǐng)域帶來許多新機(jī)遇和可能性。例如，元宇宙可以用于虛擬會診，使癌癥患者與醫(yī)生進(jìn)行面對面交流，這對癌癥患者恢復(fù)非常重要[7]。虛擬環(huán)境可根據(jù)患者特定需求實時收集和分析數(shù)據(jù)以提供反饋，并相應(yīng)地調(diào)整治療或康復(fù)方案，這種模式可大幅縮短恢復(fù)時間并獲得更好的康復(fù)效果。然而，在康復(fù)和物理治療中使用元宇宙技術(shù)仍然存在一些挑戰(zhàn)，例如有些患者可能無法適應(yīng)或排斥虛擬環(huán)境，這需要更多的支持和監(jiān)督。

2.4 心理健康和幸福感提升

心理健康問題影響著全球數(shù)百萬人，對個人的生活質(zhì)量和社交關(guān)系產(chǎn)生重大影響。在心理健康和幸福感提升方面使用元宇宙技術(shù)是一個朝陽方向[13]。元宇宙的沉浸性和互動性使其成為創(chuàng)建虛擬環(huán)境以支持心理健康干預(yù)和促進(jìn)幸福感提升的理想平臺[14]。首先，可以使用元宇宙模擬可能引發(fā)焦慮或其他心理健康問題的真實生活情境，使個人在安全、可控的環(huán)境中適應(yīng)或練習(xí)應(yīng)對焦慮并鍛煉其抗壓能力或堅韌性[14]。例如，通過模擬公開演講或面試等社交場合，幫助個人克服社交焦慮。其次，可以使用元宇宙以更具吸引力和互動性的方式提供相應(yīng)干預(yù)，如認(rèn)知行為療法(cognitive behavioral therapy，CBT)或暴露療法——VR的CBT已被證明對治療焦慮癥、恐懼癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(posttraumatic stress disorder，PTSD)有效。暴露療法是逐漸將個人暴露于害怕的情境或刺激中，這完全可以使用元宇宙技術(shù)實施。此外，元宇宙可用于提供基于正念的干預(yù)和冥想實踐，促進(jìn)放松、減壓和整體幸福感提升。元宇宙還可為那些可能經(jīng)歷社交孤立或罹患孤獨(dú)癥的患者提供社交支持和聯(lián)絡(luò)，促進(jìn)社交互動，并提供社群歸屬感[14]。

2.5 醫(yī)學(xué)科研與藥物研發(fā)

元宇宙技術(shù)有望變革甚至顛覆醫(yī)學(xué)科研和藥物研發(fā)模式。研究人員利用元宇宙技術(shù)可創(chuàng)建能精準(zhǔn)代表生物系統(tǒng)的三維虛擬環(huán)境，并進(jìn)行實時操作和觀察。通過創(chuàng)建人體器官和組織虛擬模型，元宇宙幫助科研人員高效率模擬疾病狀態(tài)和病程變化，并測試潛在藥物或其他治療方法的效果。元宇宙技術(shù)還可用于模擬臨床試驗，在虛擬環(huán)境下測試新藥物的安全性和有效性，減少動物和人體試驗需求。研究人員可在藥物研發(fā)過程中及早意識到可能存在的潛在問題，減少或避免代價較大的錯誤，實現(xiàn)更高效的藥物開發(fā)。元宇宙在蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)建模、心理障礙治療方式評估、阿爾茨海默病藥物研發(fā)、虛擬腫瘤細(xì)胞模型等方面應(yīng)用均已嶄露頭角[14]。值得注意的是，元宇宙助力新藥研發(fā)離不開人工智能技術(shù)的進(jìn)步。新藥研發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括靶點選擇優(yōu)化、先導(dǎo)化合物發(fā)現(xiàn)及篩選優(yōu)化等。人工智能在新藥研發(fā)方面的應(yīng)用主要聚焦于靶點發(fā)現(xiàn)、晶型預(yù)測以及候選藥物分子篩選優(yōu)化，此外還應(yīng)用于抗體藥物、核酸藥物和免疫治療藥物的研發(fā)。為推動元宇宙技術(shù)和人工智能技術(shù)更準(zhǔn)確地模擬復(fù)雜生物系統(tǒng)和不同組分間相互作用，未來尚需要更多大數(shù)據(jù)支持和算法改進(jìn)。

2.6 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中現(xiàn)有元宇宙應(yīng)用實例

2.6.1 VR平臺和系統(tǒng) VR平臺和系統(tǒng)是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最常見的元宇宙應(yīng)用模式。VR技術(shù)為用戶提供沉浸式體驗，使其實時與虛擬物體或環(huán)境交互。醫(yī)療行業(yè)目前流行的VR平臺主要包括以下幾種。(1)Oculus Rift和Quest[15]。具有超高分辨率，并配備跟蹤用戶頭部動作和手勢的傳感器，在醫(yī)療行業(yè)中可用于臨床場景模擬和患者護(hù)理干預(yù)。(2)HTC Vive和Vive Pro[16-17]?？商峁┦覂?nèi)VR體驗，并配備跟蹤用戶在三維空間中運(yùn)動的傳感器[18]，常用于手術(shù)模擬、物理治療和康復(fù)等[16]。(3)Samsung Gear VR和Odyssey。使用時需要與三星智能手機(jī)配合，可提供移動VR體驗[19-22]，在醫(yī)療行業(yè)中可用于醫(yī)學(xué)培訓(xùn)和疼痛管理等。

2.6.2 手術(shù)操作、醫(yī)學(xué)模擬和培訓(xùn)軟件 醫(yī)學(xué)模擬和培訓(xùn)軟件是通過提供安全、可控環(huán)境，供醫(yī)療專業(yè)人員練習(xí)醫(yī)學(xué)操作技能的元宇宙應(yīng)用程序，包括以下幾種。(1)SimX。是一款醫(yī)學(xué)模擬軟件，為醫(yī)療專業(yè)人員提供虛擬臨床場景，幫助練習(xí)臨床實踐技能[23]。SimX包括各種情景，如醫(yī)療急癥、外科手術(shù)、重癥監(jiān)護(hù)、病房護(hù)理等；還提供協(xié)作平臺，協(xié)助醫(yī)護(hù)人員共同解決復(fù)雜醫(yī)療案例，實現(xiàn)便捷高效的多學(xué)科會診。(2)Osso VR。通過提供逼真的虛擬環(huán)境，幫助外科醫(yī)生練習(xí)以骨科手術(shù)為主的醫(yī)療操作技能[24-25]。Osso VR內(nèi)設(shè)各種手術(shù)程序，如全膝關(guān)節(jié)置換、髖關(guān)節(jié)置換和脊柱手術(shù)等[24-25]；還提供績效分析工具，評估用戶的表現(xiàn)并反饋改進(jìn)措施。(3)PrecisionOS。與Osso VR類似，幫助醫(yī)生練習(xí)骨科手術(shù)操作，如肩部手術(shù)、肘關(guān)節(jié)手術(shù)等[26]。(4)Vicarious Surgical。該公司開發(fā)了一種智能手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，通過小型機(jī)器人、計算機(jī)技術(shù)和3D可視化應(yīng)用，提高外科手術(shù)效率、改善患者治療效果、降低醫(yī)療保健成本。其系統(tǒng)可通過一個1.5厘米的切口訪問整個腹腔，每只手臂有9個自由度，360°可視化，視覺、精度和操作性能均得到提升。(5)Xvision脊椎系統(tǒng)(Xvision Spine System，XSV)。是一款外科手術(shù)的增強(qiáng)現(xiàn)實指導(dǎo)系統(tǒng)，可在手術(shù)過程中實時可視化患者的三維脊柱解剖結(jié)構(gòu)，從而提高醫(yī)生的手術(shù)精度和信心。包括一個可穿戴的頭戴式 AR 系統(tǒng)，可以將關(guān)鍵導(dǎo)航數(shù)據(jù)投影到醫(yī)生的視網(wǎng)膜上，無需將目光移開就能專注于患者身上[27]。該系統(tǒng)于2019年得到美國食品和藥物管理局(Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)的批準(zhǔn)，已在美國用于腰椎后路減壓、腰椎滑脫矯正和融合手術(shù)等。(6)西門子醫(yī)療(Siemens Healthineers)。其產(chǎn)品包括電子計算機(jī)斷層掃描(computed tomography，CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、超聲、數(shù)字放射科技術(shù)、X射線和核醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)、診斷試劑和醫(yī)療信息化系統(tǒng)。通過提高臨床工作流程效率、減少診斷錯誤和縮短患者治療時間來改善醫(yī)療保健，具有首個獲得FDA批準(zhǔn)的可用于手術(shù)的AR導(dǎo)航系統(tǒng)。

2.6.3 遠(yuǎn)程醫(yī)療和患者監(jiān)測平臺 遠(yuǎn)程醫(yī)療和遠(yuǎn)程患者監(jiān)測平臺是元宇宙技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中應(yīng)用的代表，可提供實時通信和數(shù)據(jù)共享，方便醫(yī)療專業(yè)人員與患者交流。目前常用的遠(yuǎn)程醫(yī)療和患者監(jiān)測平臺包括以下幾種。(1)Doctor On Demand?？蔀榛颊咛峁┻h(yuǎn)程醫(yī)療咨詢和治療[28]，涵蓋多個醫(yī)療亞專業(yè)，如基層全科醫(yī)療、兒科、精神科等；還提供一種移動應(yīng)用程序，使患者通過隨身攜帶的智能手機(jī)與中央監(jiān)測系統(tǒng)建立連接并實現(xiàn)實時監(jiān)控[28]。(2)Vida Health。使用移動應(yīng)用程序、虛擬訪問和健康輔導(dǎo)等組合方式，為慢性病(如糖尿病、高血壓和心理健康障礙等)患者提供個性化指導(dǎo)，并在家中管理其病情[29]；還能從患者護(hù)理團(tuán)隊中獲得并實時分析健康或疾病信息，有助于提高患者的整體健康狀況[30]。(3)Biofourmis。利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)為慢性病患者創(chuàng)建個性化護(hù)理計劃。其Biovitals平臺結(jié)合可穿戴傳感器、移動應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，主動監(jiān)測患者生命體征，并在必要時及時提供干預(yù)建議。Biofourmis技術(shù)可預(yù)測不良健康事件發(fā)生前的狀況，并提醒護(hù)理人員及時干預(yù)，從而減少住院和急診就診[31]。(4)OMsignal Smart Clothing。利用可穿戴設(shè)備技術(shù)監(jiān)測患者生命體征和體力活動水平，如通過內(nèi)置傳感器的襯衫和胸罩跟蹤監(jiān)測患者心率、呼吸率和睡眠質(zhì)量，幫助改善整體健康狀況[32]。(5)Ginger。是一個虛擬心理健康平臺，提供按需訪問授權(quán)治療師和精神科醫(yī)生的服務(wù)。該平臺采用視頻聊天和自我指導(dǎo)相結(jié)合的模式，向患者提供心理健康服務(wù)，幫助患者在家中管理焦慮、抑郁和其他心理疾病的癥狀，減少面對面訪問需求，提高醫(yī)療服務(wù)的可及性。(6)Pear Therapeutic。是一家數(shù)字醫(yī)療公司，2021年4月從Empatica、etectRx和KeyWise等公司獲得技術(shù)授權(quán)，以加強(qiáng)建設(shè)其處方數(shù)字療法(prescription digital therapeautic，PDT)平臺[33]；已獲得FDA對其多種產(chǎn)品的批準(zhǔn)[34]。(7)CardioVerse。旨在為心血管醫(yī)學(xué)提供創(chuàng)新解決方案，是元宇宙技術(shù)應(yīng)用于心血管領(lǐng)域的典范[35]。CardioVerse構(gòu)建基于VR和AR技術(shù)的數(shù)字世界，為患者提供遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備和應(yīng)用程序，例如遠(yuǎn)程12導(dǎo)聯(lián)心電圖、血壓-心率監(jiān)測器、氧飽和度儀、血糖儀等。這些設(shè)備的結(jié)果將直接投影在元宇宙中[35]。

3 元宇宙與其他高新科技的結(jié)合

3.1 元宇宙與5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合

元宇宙與5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合是一項重大發(fā)展，有潛力徹底改變醫(yī)療模式[36]。元宇宙允許創(chuàng)建虛擬環(huán)境，促成用戶間或用戶與數(shù)字對象間的交互；而5G則提供快速可靠的連接，實現(xiàn)無縫通信和數(shù)據(jù)傳輸[36]。通過整合這些技術(shù)，醫(yī)療專業(yè)人員可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)作，實時訪問和共享患者數(shù)據(jù)[37]。元宇宙和5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用價值不可估量。首先，可提高醫(yī)療服務(wù)的效率和精度。醫(yī)生通過元宇宙和5G技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程外科手術(shù)，打破時間、空間限制，還可即時查看患者臨床、病理、影像、術(shù)中數(shù)據(jù)，進(jìn)行更加精準(zhǔn)的調(diào)整[36]。其次，這種結(jié)合有助于改善醫(yī)患關(guān)系，避免實際醫(yī)患會面中可能存在的感染風(fēng)險，使整個診療過程更加舒適和方便。結(jié)合元宇宙和5G技術(shù)可提高醫(yī)療教育效果，醫(yī)學(xué)生通過虛擬環(huán)境模擬手術(shù)操作，提高其技能和經(jīng)驗。這種結(jié)合還提高了醫(yī)療保障的覆蓋范圍，由于元宇宙和5G技術(shù)的高度可擴(kuò)展性和互聯(lián)性，醫(yī)生能夠更加便捷地深入偏遠(yuǎn)地區(qū)提供醫(yī)療服務(wù)。

3.2 元宇宙與人工智能結(jié)合

元宇宙與人工智能(artificial intelligence，AI)結(jié)合為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來許多新優(yōu)勢。首先，大大提高醫(yī)學(xué)教育的效率和效果[38]。在元宇宙和AI的虛擬世界中，醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)手術(shù)操作的效果增強(qiáng)，AI可以生成多種不同的術(shù)中場景，甚至模擬出血、神經(jīng)損傷、瘺等突發(fā)意外。元宇宙與AI結(jié)合還可以為醫(yī)學(xué)生提供更加生動直觀的教學(xué)方式，提高學(xué)習(xí)效果；協(xié)助醫(yī)生做出更準(zhǔn)確的診斷和治療決策[39]。在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)診療中，醫(yī)生需要通過觀察患者的癥狀和進(jìn)行體格檢查等方式來做出診斷和制定治療方案；而在元宇宙和AI的虛擬世界中，醫(yī)生可以使用AI技術(shù)分析大量醫(yī)療數(shù)據(jù)和患者生理指標(biāo)，快速準(zhǔn)確地做出診療抉擇[40]。在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)治療中，患者往往缺乏主動參與感，只是被動地接受治療；而在元宇宙和AI的虛擬世界中，患者可通過VR技術(shù)更加生動直觀地了解自己的病情和治療方案，并參與其中[4]。

3.3 元宇宙與量子科學(xué)結(jié)合

隨著科技的不斷進(jìn)步和發(fā)展，元宇宙與量子科學(xué)結(jié)合正在成為科技界的熱門話題。量子計算機(jī)的計算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)計算機(jī)，因此可用來在虛擬環(huán)境中遠(yuǎn)程處理海量醫(yī)療數(shù)據(jù)，并為醫(yī)生提供更加精確和個性化的診斷和治療方案[41]。利用量子計算機(jī)的優(yōu)勢，可以快速開展醫(yī)學(xué)研究；同時借助元宇宙模擬更加復(fù)雜的醫(yī)學(xué)問題，幫助醫(yī)生和科學(xué)家更好地了解疾病本質(zhì)和病理生理機(jī)制[42]。雖然這些技術(shù)目前還處于發(fā)展初期，但其終將成為醫(yī)療領(lǐng)域中的重要創(chuàng)新驅(qū)動力，帶來更多突破和進(jìn)步，也具備巨大的商業(yè)前景[43]。

3.4 元宇宙與區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)和元宇宙技術(shù)的不斷發(fā)展，將兩者結(jié)合可為醫(yī)療領(lǐng)域帶來更多價值和優(yōu)勢[13，40]。區(qū)塊鏈技術(shù)可用來保護(hù)醫(yī)療數(shù)據(jù)的隱私和安全，防止醫(yī)療數(shù)據(jù)被篡改或者泄露；可建立去中心化的醫(yī)療數(shù)據(jù)共享平臺，使醫(yī)療數(shù)據(jù)能夠在不同機(jī)構(gòu)之間實現(xiàn)安全、可信、高效的互通與共享[4]。區(qū)塊鏈技術(shù)使元宇宙提供的虛擬醫(yī)療實踐環(huán)境和互動更可信、更安全[4，39]。此外，通過區(qū)塊鏈技術(shù)建立去中心化的醫(yī)療市場，有望在患者和醫(yī)生之間實現(xiàn)更加直接、高效的交互；通過智能合約技術(shù)可以實現(xiàn)更加精準(zhǔn)和安全的醫(yī)療服務(wù)，保護(hù)患者隱私和權(quán)益[44]。

4 元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)缺點

4.1 優(yōu)點

4.1.1 改善患者療效和安全性 元宇宙技術(shù)為實現(xiàn)更準(zhǔn)確、個性化的醫(yī)療服務(wù)提供支撐。醫(yī)療保健服務(wù)提供者可以使用虛擬模型為患者定制個性化診療計劃[4]。例如，元宇宙技術(shù)可提供患者解剖結(jié)構(gòu)的3D可旋轉(zhuǎn)全息模型，便于外科醫(yī)生事先規(guī)劃和練習(xí)手術(shù)，降低實際手術(shù)過程中的錯誤率和并發(fā)癥風(fēng)險[45]。元宇宙還可用來模擬特定患者的疾病模型，幫助醫(yī)生制定最有效的治療方案，從而提高療效和患者滿意度[45]。此外，元宇宙還可以通過為醫(yī)學(xué)培訓(xùn)和模擬提供安全和受控環(huán)境來幫助提高醫(yī)療行為的安全性、開展醫(yī)療活動的信心[46-47]。VR在外科培訓(xùn)中的使用明顯提高住院醫(yī)師技能，并縮短手術(shù)所需時間。在護(hù)理方面，使用VR技術(shù)可以減輕患者疼痛和焦慮，還可使用VR分散技術(shù)管理燒傷患者，減輕其病痛[14，48]。

4.1.2 成本效益 使用元宇宙技術(shù)可減少醫(yī)療服務(wù)成本、提高醫(yī)療保健效率。一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)已開始應(yīng)用元宇宙技術(shù)優(yōu)化工作流程和減少人力成本[49]。例如，在患者評估和診斷過程中，醫(yī)生使用VR技術(shù)能更快地做出準(zhǔn)確診斷，而無需消耗大量時間和人力[50]。元宇宙在醫(yī)患間建立遠(yuǎn)程協(xié)作和咨詢的聯(lián)系，可減少醫(yī)療機(jī)構(gòu)的交通和行政成本，為患者提供更加便利的服務(wù)。應(yīng)用元宇宙技術(shù)可以幫助醫(yī)療保健提供者更快地識別和糾正潛在的問題和錯誤，降低醫(yī)療保健系統(tǒng)成本，減少不必要的醫(yī)療程序和住院時間，降低醫(yī)療保健費(fèi)用[50]。例如，外科醫(yī)生使用VR技術(shù)在手術(shù)前規(guī)劃手術(shù)，可減少術(shù)中錯誤和并發(fā)癥風(fēng)險，進(jìn)而降低醫(yī)療機(jī)構(gòu)的責(zé)任成本，同時減少因醫(yī)療事故而產(chǎn)生的賠償費(fèi)用[51]。

4.1.3 增加醫(yī)療服務(wù)可訪問性 元宇宙技術(shù)在增加醫(yī)療服務(wù)的可訪問性方面具有潛力，特別是在醫(yī)療資源匱乏的地區(qū)或社區(qū)中。通過虛擬會診和遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)，患者可獲得科學(xué)的診療建議和護(hù)理服務(wù)，無需親自前往診所或醫(yī)院，這對交通不便或居住在偏遠(yuǎn)地區(qū)的患者來說尤其有益。研究發(fā)現(xiàn)，利用VR技術(shù)進(jìn)行虛擬會診，對帕金森病等精神疾病患者提供醫(yī)療咨詢是有效的(這類患者可能存在行動不便的問題)[11]。此外，元宇宙技術(shù)可使醫(yī)護(hù)人員更廣泛地接觸受眾，并同時向不同地點的患者提供醫(yī)療和護(hù)理服務(wù)，減少等待時間，提高效率。

4.1.4 醫(yī)療技術(shù)創(chuàng)新與進(jìn)步 元宇宙技術(shù)具有推動醫(yī)療技術(shù)創(chuàng)新與進(jìn)步的潛力，特別是在醫(yī)學(xué)教育、醫(yī)學(xué)研究和藥物開發(fā)等領(lǐng)域。元宇宙技術(shù)通過創(chuàng)建沉浸式體驗，賦予醫(yī)學(xué)教育更大的吸引力和互動性[3]。通過元宇宙技術(shù)模擬藥物相互作用和副作用，研究人員在進(jìn)行臨床試驗之前即可在虛擬環(huán)境中測試新藥物，從而節(jié)省時間和資源，并最終加速藥物研發(fā)過程。此外，元宇宙技術(shù)也可用于開發(fā)新的醫(yī)療設(shè)備和工具[52]，例如通過VR模擬器實現(xiàn)在制造醫(yī)療設(shè)備之前做好各個細(xì)節(jié)的設(shè)計工作或開展模擬測試，幫助識別設(shè)計缺陷，提高安全性和有效性。

4.2 缺點

4.2.1 有限的身體互動和溝通 在醫(yī)療保健中使用元宇宙技術(shù)的缺點之一是醫(yī)護(hù)人員和患者之間存在傳統(tǒng)診療模式下身體互動和溝通的限制[45]。雖然應(yīng)用元宇宙技術(shù)可以實現(xiàn)虛擬會診和遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)，但不允許像面對面會診中那樣進(jìn)行同樣水平的身體互動[53]。例如，使用元宇宙技術(shù)與患者會診的醫(yī)生可能無法進(jìn)行實際的體格檢查；而對某些疾病而言，體格檢查對于做出準(zhǔn)確診斷可能非常重要[54]。此外，在虛擬環(huán)境中，虛擬溝通可能不如面對面溝通有效，因為非語言的暗示和肢體語言在虛擬環(huán)境中很難被解讀[54]，這可能會在一定程度上影響醫(yī)護(hù)人員和患者之間的溝通質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致誤解或誤讀。多項研究已經(jīng)探討元宇宙技術(shù)在身體互動和溝通方面的局限性。Wiederhold B K等[55]研究發(fā)現(xiàn)，利用元宇宙和VR技術(shù)可有效治療某些心理健康疾病，但在建立治療師和患者之間的關(guān)系方面可能不如面對面診療方式有效。

4.2.2 技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn) 盡管元宇宙技術(shù)在醫(yī)學(xué)上具有潛在的優(yōu)勢，但也存在技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn)。一是在醫(yī)學(xué)中使用元宇宙技術(shù)需要高速穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)連接以及先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以支持實時傳輸大量數(shù)據(jù)。二是必須妥善解決患者數(shù)據(jù)的安全和隱私問題，確保敏感信息不被泄露[39]。醫(yī)療保健行業(yè)的數(shù)據(jù)泄露可能會導(dǎo)致嚴(yán)重后果，包括身份盜竊、財務(wù)損失和對醫(yī)療服務(wù)提供者聲譽(yù)的損害。三是需要高度專業(yè)化的硬件和軟件[56]。VR設(shè)備，如頭戴式顯示器、觸覺反饋設(shè)備和運(yùn)動傳感器，可能很昂貴，且需要專門培訓(xùn)才能有效使用。此外，用于創(chuàng)建虛擬環(huán)境和模擬的軟件必須專門為醫(yī)學(xué)應(yīng)用設(shè)計，并可能需要與現(xiàn)有醫(yī)療軟件系統(tǒng)進(jìn)行重大優(yōu)化和集成[57-58]。四是長時間佩戴VR頭盔或交互不佳會導(dǎo)致用戶體驗質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)不適和迷失方向等問題，這也可能限制其在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，需要流程自動化和決策支持等技術(shù)手段來縮減操作時間，減輕醫(yī)生的不適感。此外，還需不斷提高VR技術(shù)的穩(wěn)定性和交互性，使其更加符合用戶需求和醫(yī)療應(yīng)用場景的要求。五是醫(yī)學(xué)元宇宙技術(shù)的復(fù)雜性可能導(dǎo)致醫(yī)療保健提供者和患者均面臨陡峭的學(xué)習(xí)曲線。醫(yī)療專業(yè)人員需要額外的培訓(xùn)和教育才能有效使用這項技術(shù)，而患者會難以理解如何瀏覽和沉浸式體驗虛擬環(huán)境或使用虛擬醫(yī)療設(shè)備，導(dǎo)致挫敗感，并降低通過元宇宙技術(shù)提供的醫(yī)療質(zhì)量。六是不同元宇宙平臺和設(shè)備之間的兼容性問題。由于有各種不同的VR硬件和軟件選擇，無法保證為某一個平臺開發(fā)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用程序也能在另一個平臺上運(yùn)行，導(dǎo)致行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度不足，在一定程度上阻礙元宇宙技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的廣泛采用。

4.2.3 倫理和法律問題 與任何新技術(shù)一樣，元宇宙在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的主要倫理關(guān)注點之一是隱私和數(shù)據(jù)保護(hù)[39，59]。由于應(yīng)用元宇宙技術(shù)需要收集大量個人數(shù)據(jù)，確保這些數(shù)據(jù)得到有效保護(hù)并且患者有權(quán)控制其個人數(shù)據(jù)的使用和分享至關(guān)重要。在醫(yī)療領(lǐng)域中，醫(yī)療圖像的可視化處理是常見應(yīng)用，但這些敏感數(shù)據(jù)的泄露將會導(dǎo)致患者隱私被侵犯[60]。因此，必須采取適當(dāng)措施來保護(hù)敏感信息安全。此外，元宇宙在醫(yī)學(xué)中的使用存在知情同意方面的擔(dān)憂[59]?；颊弑仨毲宄私馐褂迷钪婕夹g(shù)的潛在利益和風(fēng)險，并且必須在收集或使用任何數(shù)據(jù)之前征求其知情同意。為確保患者身份識別和數(shù)字安全的準(zhǔn)確性，應(yīng)加強(qiáng)自動提醒和警報功能，以避免患者身份識別錯誤所導(dǎo)致的災(zāi)難性或連鎖性錯誤。另一個倫理考慮是元宇宙技術(shù)可能加劇現(xiàn)有健康資源獲取的不平等，即元宇宙技術(shù)應(yīng)用可能加大擁有技術(shù)獲得能力和沒有獲得能力的患者之間的差距[59]。在法律責(zé)任方面，由于元宇宙技術(shù)相對較新，因此在醫(yī)療過失或其他醫(yī)療錯誤情況下判定法律責(zé)任問題的先例有限[61]。元宇宙技術(shù)的使用也引發(fā)了有關(guān)執(zhí)業(yè)許可和資格認(rèn)證的問題，即未來要確保那些通過元宇宙平臺提供醫(yī)護(hù)服務(wù)的人員已取得相關(guān)部門的許可和資格認(rèn)證。此外，如何保護(hù)醫(yī)學(xué)元宇宙環(huán)境下知識產(chǎn)權(quán)和所有權(quán)也是值得關(guān)注的話題[62]。為了解決這些難題，醫(yī)療保健行業(yè)的利益相關(guān)者需要共同努力，制定關(guān)于在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用元宇宙技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這需要技術(shù)公司、醫(yī)院、醫(yī)護(hù)工作者和政府機(jī)構(gòu)之間通力合作，以及為技術(shù)及其應(yīng)用研發(fā)進(jìn)行投資。

5 結(jié)語

本文探討元宇宙技術(shù)在醫(yī)學(xué)和醫(yī)療保健領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。隨著數(shù)字醫(yī)療技術(shù)的更新?lián)Q代，元宇宙技術(shù)為醫(yī)療行業(yè)提供許多便利，包括改善患者預(yù)后和安全性、成本效益、增加醫(yī)療服務(wù)可訪問性、提高醫(yī)學(xué)科研效率以及創(chuàng)新醫(yī)療技術(shù)等。元宇宙有潛力大幅改變甚至顛覆傳統(tǒng)醫(yī)療保健服務(wù)模式，重塑醫(yī)療生態(tài)，為全球患者提供更高效的醫(yī)護(hù)服務(wù)。然而，元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也存在著諸多局限性和挑戰(zhàn)，包括有限的物理互動和交流、技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施方面的挑戰(zhàn)以及道德和法律方面的擔(dān)憂。要進(jìn)一步發(fā)揮元宇宙在醫(yī)學(xué)中的潛力，各方必須通力協(xié)作、應(yīng)對挑戰(zhàn)、解決問題。