元宇宙在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用場(chǎng)景

王紅波,王紅如,郭躍信

(1.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放射治療部,河南 鄭州 450052;2.河南護(hù)理職業(yè)學(xué)院 心理教研室,河南 安陽 455000)

2021年10月28日,美國的互聯(lián)網(wǎng)社交平臺(tái)“臉書(Facebook)”創(chuàng)始人馬克·扎克伯格宣告將“Facebook”公司的名稱改為“Meta”,由此將元宇宙的研究推向了新高度[1]。meta(意思為元)與verse(源于宇宙,universe)構(gòu)成了Metaverse,直譯即為元宇宙。Metaverse源于美國作家Neal Stephenson 1992年發(fā)行的小說《雪崩》[2],其描寫了一個(gè)可以和現(xiàn)實(shí)交互的虛擬世界。2021年以來,我國對(duì)元宇宙研究的熱度呈現(xiàn)爆發(fā)式增長,眾多研究機(jī)構(gòu)競(jìng)相對(duì)元宇宙開展研究。中國、美國、韓國等率先制定了元宇宙相關(guān)政策,很大程度上推動(dòng)了元宇宙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2]。2021年元宇宙成為國際熱點(diǎn)詞匯,因此2021年被稱為元宇宙元年[3]。

隨著元宇宙的出現(xiàn)及其在各領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用,它自然而然地也成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里熱烈討論和研究的話題。人們所聽說和了解的元宇宙,大部分集中在社交等領(lǐng)域,其實(shí)元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用早已比較普及。元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要借助了擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的屬性,利用實(shí)虛相互作用,管控實(shí)際的醫(yī)療實(shí)踐過程,培訓(xùn)有關(guān)醫(yī)學(xué)人員,評(píng)估相關(guān)醫(yī)學(xué)決策和行為[4]。本文主要概述元宇宙的內(nèi)涵及其在醫(yī)學(xué)中的可能應(yīng)用場(chǎng)景。

1 元宇宙的內(nèi)涵

1.1 元宇宙的概念

胡樂樂[5]將元宇宙的定義描述為通過互聯(lián)網(wǎng)、高科技、移動(dòng)通信等關(guān)聯(lián)起來的一個(gè)在線的虛擬世界,該虛擬世界脫胎于現(xiàn)實(shí)的真實(shí)世界、平行于現(xiàn)實(shí)的真實(shí)世界并且獨(dú)立于現(xiàn)實(shí)的真實(shí)世界。

1.2 元宇宙的特征

學(xué)術(shù)界概括的元宇宙屬性的6個(gè)特征分別為超越自我、實(shí)虛融合、用戶管理可視化、線下線上統(tǒng)一化、用戶思維表象化、虛擬分身重視體驗(yàn)而不重視理性認(rèn)知[6]。

1.3 元宇宙的理論基礎(chǔ)和基本組件

元宇宙的理論基礎(chǔ)包括3個(gè)世界理論(知識(shí)世界、精神世界、物理世界)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)理論、開放復(fù)雜巨系統(tǒng)理論、虛擬現(xiàn)實(shí)理論和沉浸理論等相關(guān)理論[2]。元宇宙有5大基本組件,即人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)和擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)[7]。

1.4 元宇宙的支撐技術(shù)和未來道路

《元宇宙通證》[8]指出了元宇宙6大支撐技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)、電子游戲、交互、人工智能、區(qū)塊鏈和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算技術(shù)。該書同時(shí)還指出了元宇宙的未來發(fā)展道路:實(shí)時(shí)、隨需應(yīng)變、隨時(shí)在線、 自助服務(wù)以及社交化。

2 元宇宙在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

韓國于2021年12月成立了元宇宙醫(yī)生聯(lián)盟[9]。我國上海復(fù)旦大學(xué)的白春學(xué)教授于2022年2 月19日在上海牽頭創(chuàng)辦了元宇宙醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì),并達(dá)成和發(fā)表了《元宇宙醫(yī)學(xué)專家共識(shí)》,此舉必將進(jìn)一步促進(jìn)元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用[7]。在《元宇宙醫(yī)學(xué)專家共識(shí)》中,研究者們將“元宇宙醫(yī)學(xué)”定義為:借助增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)執(zhí)行的物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué),通過人機(jī)融合技術(shù)、實(shí)虛聯(lián)動(dòng)技術(shù)及實(shí)虛融合技術(shù),聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)可靠的傳輸技術(shù)、全面的感知技術(shù)和智能的處理技術(shù)的一種方法策略,隨時(shí)隨地指導(dǎo)醫(yī)生解決醫(yī)學(xué)中的實(shí)際問題,以便更加精準(zhǔn)和高效地提高醫(yī)療服務(wù)水平[10]?？梢灶A(yù)見的是,醫(yī)療元宇宙將會(huì)是元宇宙中發(fā)展最快、受益人群最多、最被人們接受的應(yīng)用領(lǐng)域之一[11]。

2.1 疾病預(yù)防和健康管理

通過構(gòu)建生命發(fā)展各階段的數(shù)字化虛擬人體,聯(lián)合疾病史、遺傳史、基因組學(xué)數(shù)據(jù)和檢查結(jié)果等信息,建立數(shù)字孿生虛擬人,提前推測(cè)可能發(fā)生的疾病,以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的疾病預(yù)防管理,達(dá)到個(gè)體預(yù)防的目的[12]。元宇宙可結(jié)合體育運(yùn)動(dòng),可以防治抑郁,并可篩查疾病以早期發(fā)現(xiàn)疾病[13]。醫(yī)療機(jī)構(gòu)及學(xué)校借由大數(shù)據(jù)平臺(tái)記錄學(xué)生體質(zhì)數(shù)據(jù)和健康狀況,不斷建立完善適合不同人群的運(yùn)動(dòng)處方庫,建立“醫(yī)學(xué)體育相融合”的疾病預(yù)防與健康管理模式[14]。健康管理方面,通過構(gòu)建數(shù)字化虛擬人體,以及包含遺傳因素、醫(yī)療干預(yù)記錄、人體各生命階段健康參數(shù)變化的數(shù)字孿生,進(jìn)行全生命周期的精準(zhǔn)實(shí)時(shí)健康管理[12]。

元宇宙在綜合醫(yī)學(xué)中也有頗多應(yīng)用。綜合醫(yī)學(xué)結(jié)合了多種療法和生活方式的改變,強(qiáng)調(diào)除了治療身體之外,還要調(diào)整心理狀態(tài)。各種研究繼續(xù)證實(shí)了綜合醫(yī)學(xué)在提升生活質(zhì)量和降低發(fā)病率方面的價(jià)值。元宇宙及其擴(kuò)展技術(shù)可以給綜合醫(yī)學(xué)提供新的方法,包括引導(dǎo)冥想、營養(yǎng)建議、瑜伽課程和其他身心療法[15]。

在老年醫(yī)學(xué)方面,元宇宙在防止社會(huì)孤立和管理慢性病方面發(fā)揮著不可替代的作用。視頻會(huì)議技術(shù)實(shí)現(xiàn)了老年人與全球親人的社交互動(dòng)。老年人與虛擬空間里家人的化身或數(shù)字雙胞胎進(jìn)行互動(dòng),可以防止老年人被社會(huì)孤立,促進(jìn)老年人健康。另外存在多種形式的計(jì)算機(jī)認(rèn)知訓(xùn)練程序被證明有助于改善老年人的言語、非言語和工作記憶,因此可以減緩或防止老年人認(rèn)知能力的下降[16]。

2.2 疾病的診斷和治療

元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外科手術(shù)方面未來一定會(huì)有廣闊的應(yīng)用空間。通過虛擬的模擬手術(shù),制定最優(yōu)的手術(shù)方案,模擬演習(xí)手術(shù)過程,大大減少了手術(shù)帶來的風(fēng)險(xiǎn),也能夠大幅節(jié)省培訓(xùn)中的器材和標(biāo)本等成本。同時(shí),還可以在進(jìn)行手術(shù)之前對(duì)手術(shù)策略進(jìn)行評(píng)價(jià)和測(cè)試,對(duì)正在進(jìn)行中的手術(shù)提供有針對(duì)性的指導(dǎo)[17]。

Gao等[18]認(rèn)為, 數(shù)字剪影血管造影技術(shù)聯(lián)合可視化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)手術(shù),有助于開展血管微創(chuàng)治療。元宇宙的5個(gè)基本組件在呼吸介入治療中也已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用[7]。通過元宇宙,臨床醫(yī)生遠(yuǎn)程就能夠指導(dǎo)手術(shù)、進(jìn)行查房和會(huì)診等,基層醫(yī)院醫(yī)生也能夠隨時(shí)得到臨床醫(yī)生專家的指導(dǎo)和建議。

元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中 一個(gè)有趣的應(yīng)用領(lǐng)域是術(shù)前案例討論,即多學(xué)科會(huì)診,會(huì)診所需的專家(例如腫瘤醫(yī)生、放射科醫(yī)生,病理醫(yī)生、外科醫(yī)生等)可以克服物理距離,在虛擬房間中使用數(shù)字化身,共享患者信息(例如在云平臺(tái)上的臨床數(shù)據(jù)、3D模型),對(duì)病例進(jìn)行討論[19]。

在全息智能控制突發(fā)事件方面,元宇宙可以用于一些突發(fā)疾病的急救,如猝死、腦卒中、心肌梗死,跌倒、休克、哮喘、窒息、癲癇、急腹癥以及其他老年人突發(fā)疾病,包括2個(gè)主要的階段:住院前階段和治療階段,整個(gè)過程都可以通過數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行完美的模仿,患者各生命階段的健康信息均可以智能地回放出來,有助于醫(yī)生識(shí)別異常并迅速做出反應(yīng)[20]。

在心理健康障礙治療方面,過去10 年里,虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)已被應(yīng)用于各種心理健康障礙的治療。很多研究報(bào)告證實(shí)了這些技術(shù)在心理健康障礙疾病診斷和治療方面的有效性。在嚴(yán)重缺乏心理健康專業(yè)人員及缺乏獲得心理保健機(jī)會(huì)的當(dāng)前,元宇宙被譽(yù)為一種極佳的解決方案。已經(jīng)證實(shí)了元宇宙的模擬對(duì)很多心理健康障礙治療的有效性,心理健康障礙包括注意力缺陷多動(dòng)障礙、進(jìn)食障礙、焦慮、恐懼和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、自閉癥、老年癡呆癥、壓力和疼痛管理、妄想癥、精神病和精神分裂癥等。相當(dāng)多的心理健康障礙的患者已經(jīng)從元宇宙中受益。關(guān)于精神衛(wèi)生保健,具有匿名虛擬領(lǐng)域的元宇宙可能是與專業(yè)人士分享故事和其他問題的舒適場(chǎng)所[21]。通過創(chuàng)建作業(yè)療法、語言療法、運(yùn)動(dòng)療法設(shè)備的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境或虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境,向患者提供康復(fù)治療及指導(dǎo)建議,降低患者依賴物理設(shè)備的程度[12]。醫(yī)療元宇宙提供智慧醫(yī)療終端設(shè)備,對(duì)慢性病患者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù), 將患者的生理信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)叫畔⒐芾砥脚_(tái),進(jìn)行實(shí)時(shí)研究和分析,以便對(duì)個(gè)性化醫(yī)療方案進(jìn)行實(shí)時(shí)修正[11]。

元宇宙在癌癥治療中主要應(yīng)用于外科治療和癌癥康復(fù)領(lǐng)域[22]。創(chuàng)建具有三維空間和化身的虛擬環(huán)境在眼科患者前沿平臺(tái)(如遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺(tái))、眼科患者的診斷和治療方面尤其有用[23]。元宇宙在整形外科手術(shù)中的實(shí)際效果有待觀察和評(píng)估,元宇宙支持的整形外科新醫(yī)療模式值得期待[24]。借助元宇宙,還可以設(shè)計(jì)藥物以及對(duì)藥物的療效進(jìn)行評(píng)價(jià)判定等[7]。

在放射醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,元宇宙也將發(fā)揮重要的作用和價(jià)值[11]。借助元宇宙,放射治療科和核醫(yī)學(xué)科的醫(yī)生可以突破地域限制,無論身在何處,都可以以虛擬的形象現(xiàn)身于工作崗位;而且,能夠借助元宇宙隨時(shí)隨地陪伴在患者的身邊,同時(shí)避免長時(shí)間身處放射性崗位帶來的健康損害。核醫(yī)學(xué)科使用放射性核素對(duì)患者進(jìn)行診斷及治療。核醫(yī)學(xué)人員工作中接觸放射性藥物,放射性藥物可經(jīng)由消化道途徑、呼吸道途徑或皮膚途徑進(jìn)入人體內(nèi),對(duì)人體造成內(nèi)照射危害[25]。借助元宇宙,核醫(yī)學(xué)工作人員可以以虛擬的形象進(jìn)入患者病房,借助人工智能的幫助對(duì)患者進(jìn)行遠(yuǎn)程給藥,從而減少了放射性核素及藥物對(duì)工作人員造成的損傷[11]。借助元宇宙,工作人員對(duì)圖像的查看和操作變得更為便捷?？梢圆榭磶в懈嘈畔⒌倪\(yùn)動(dòng)圖片,以幫助對(duì)疾病進(jìn)行診斷。在使用3D醫(yī)學(xué)圖像工作時(shí),它還鼓勵(lì)醫(yī)生之間的大力合作[26]。元宇宙可以減輕或增強(qiáng)患者的某些就醫(yī)體驗(yàn)。需要接受放射治療的患者通過對(duì)醫(yī)院進(jìn)行虛擬元宇宙訪問,他們將在元宇宙中會(huì)見治療醫(yī)生團(tuán)隊(duì),并接受放射治療,從而避免接觸了放射治療所需的大型嘈雜的陌生設(shè)備以及環(huán)境[27]。

同步遠(yuǎn)程醫(yī)療已被證明對(duì)急診部門在分流急診或遠(yuǎn)程提供眼科急救咨詢方面是有用的,特別是在新型冠狀病毒肺炎大流行期間或在眼科服務(wù)有限的農(nóng)村地區(qū)。大多數(shù)非緊急病例可以僅通過遠(yuǎn)程會(huì)診就可得到很好的處理。兩項(xiàng)關(guān)于遠(yuǎn)程手術(shù)的眼科研究顯示了修復(fù)兔眼角膜裂傷[28]及使用遠(yuǎn)距離機(jī)器人手術(shù)對(duì)摘除的人眼進(jìn)行經(jīng)鞏膜睫狀體光凝術(shù)[29]的可行性。另外,其他外科專業(yè),如泌尿外科[30]和骨科[31]在遠(yuǎn)距離手術(shù)這個(gè)領(lǐng)域已取得了早期成功。

2.3 醫(yī)學(xué)教育及醫(yī)生培訓(xùn)

元宇宙將會(huì)在醫(yī)學(xué)教育改革中發(fā)揮重要的作用,有助于改善獲得醫(yī)學(xué)教育的機(jī)會(huì),通過這些新興技術(shù)可以幫助未來的有抱負(fù)的醫(yī)生及早接觸到各種專業(yè),并遇到新的來自世界各地的導(dǎo)師[15]。元宇宙可以與現(xiàn)實(shí)世界重塑虛實(shí)共融的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境[2]。根據(jù)臨床教學(xué)的特點(diǎn)和當(dāng)下元宇宙的發(fā)展形勢(shì),各醫(yī)學(xué)院校和醫(yī)院的線上教學(xué)與培訓(xùn)逐漸開始嘗試應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),為實(shí)施醫(yī)學(xué)教育提供了便利的條件[32]。當(dāng)前,已經(jīng)開始運(yùn)用智能機(jī)器人教師來輔助進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。

元宇宙能夠借助患者的健康檔案、醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)和醫(yī)學(xué)知識(shí)等信息構(gòu)建數(shù)字化虛擬教師。醫(yī)學(xué)生借助元宇宙提供的重復(fù)操作機(jī)會(huì)及學(xué)習(xí)場(chǎng)景,在虛擬教師的指導(dǎo)下,對(duì)數(shù)字器官進(jìn)行三維觀察和解剖,還可以對(duì)疾病的發(fā)生和發(fā)展過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示,幫助醫(yī)學(xué)生快速掌握疾病病因及發(fā)病機(jī)制,醫(yī)學(xué)生可以對(duì)虛擬患者進(jìn)行問診,學(xué)習(xí)觀察患者的反應(yīng),學(xué)習(xí)設(shè)備的操作方法,練習(xí)手術(shù)操作,制定治療方案,預(yù)測(cè)治療效果[33]。

在現(xiàn)實(shí)世界中,抽象視覺和虛擬物體的重疊可以用來顯現(xiàn)出真實(shí)身體的虛擬內(nèi)部器官和結(jié)構(gòu)。一些研究人員使用擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建了解剖結(jié)構(gòu)的全息博物館,如眼球、腦靜脈系統(tǒng)、腦動(dòng)脈系統(tǒng)、顱神經(jīng)和大腦的各個(gè)部分,使其成為眼科教學(xué)的有用工具[34]。這些技術(shù)允許人們?cè)谑澜绺鞯睾推h(yuǎn)地區(qū)相互聯(lián)系,從而使人們的教育標(biāo)準(zhǔn)化。這可以減少未來醫(yī)學(xué)生教育的差異,可以采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為醫(yī)療護(hù)理專業(yè)人員提供解剖學(xué)指導(dǎo)和手術(shù)模擬方面的廣泛培訓(xùn),可以模擬和控制在現(xiàn)實(shí)生活中難以復(fù)制的不同情況[35]。

2.4 醫(yī)學(xué)研究

元宇宙這樣的在線系統(tǒng)可以提供收集大量個(gè)人健康信息的可能性,允許創(chuàng)建大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng),可以幫助醫(yī)療保健系統(tǒng)和促進(jìn)醫(yī)學(xué)研究[36]。記錄的數(shù)據(jù)可以用于創(chuàng)建國家或國際監(jiān)測(cè)和監(jiān)督系統(tǒng),研究人員可以用于他們的研究,以獲得數(shù)據(jù)和比較他們的結(jié)果。這些數(shù)據(jù)可以直接從患者那里或可穿戴的設(shè)備收集到,并且可以與醫(yī)生、醫(yī)療專業(yè)人員或研究人員共享[37]。

3 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域元宇宙研究中應(yīng)注意的問題

元宇宙是一個(gè)不斷演變和發(fā)展的在線世界,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中,健康保健提供者和研究人員在指導(dǎo)其形成和進(jìn)行公正的研究方面的作用是重要的[38]。出于這個(gè)原因,必須從最開始就建立一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),并盡快和盡可能地采取正確的方式。元宇宙作為新社會(huì)形勢(shì)下一種新的科學(xué)現(xiàn)象,是必須面對(duì)同時(shí)也是無法忽視的一種客觀存在[39]。最終元宇宙將以什么樣的方式和形態(tài)實(shí)現(xiàn),還有待在隨后的實(shí)踐中進(jìn)一步的摸索和研究[40]。人們目前對(duì)元宇宙的看法及觀點(diǎn)有3種:第一種是保守派,認(rèn)為元宇宙是虛幻的,認(rèn)為元宇宙是“偽命題”“偽概念”,存在風(fēng)險(xiǎn)隱患等;第二種是樂觀派,主張積極擁抱元宇宙,對(duì)元宇宙的未來發(fā)展表現(xiàn)出極大的期待;第三種是中立派,介于樂觀派和保守派之間,采取觀望的態(tài)度,并不排斥對(duì)元宇宙進(jìn)行探索,主張用理性的眼光看待元宇宙的發(fā)展[41]。

目前尚不確定但很有可能的是,在元宇宙中社會(huì)結(jié)構(gòu)將被重建,特別是人與人之間由于他們的數(shù)字訪問、技能和知識(shí)的差距而出現(xiàn)的數(shù)字鴻溝。因此某些人群,包括低收入或受教育程度較低的人群,由于缺乏訪問、計(jì)算機(jī)知識(shí)或參與研究的安全感,可能會(huì)被排除在元宇宙之外。因此,元宇宙的研究中,需要特別強(qiáng)調(diào)避免數(shù)字鴻溝[42],元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用也是如此。

需要特別引起注意的是,元宇宙在開創(chuàng)人類數(shù)字文明的新時(shí)期的同時(shí),在數(shù)據(jù)安全和個(gè)人隱私方面也存在不少問題和隱患,可能會(huì)出現(xiàn)新的惡性事件以及復(fù)雜的犯罪,尤其是與竊取個(gè)人數(shù)據(jù)有關(guān)的犯罪[43],所以需要不斷加強(qiáng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中數(shù)字版權(quán)保護(hù)、數(shù)字資產(chǎn)權(quán)屬與交易等方面的治理和整頓工作[2]。與元宇宙相配套的法律法規(guī)、隱私保護(hù)、醫(yī)學(xué)倫理、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)、網(wǎng)絡(luò)安全等問題,需要不斷地建立健全和完善,并逐步妥善解決,以便為在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中實(shí)際應(yīng)用元宇宙提供法律保障和政策保障[12]。針對(duì)元宇宙的發(fā)展,醫(yī)學(xué)界與企業(yè)界應(yīng)當(dāng)始終保持理性的態(tài)度,不能對(duì)新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域直接采取排斥的態(tài)度,從而保證科學(xué)技術(shù)發(fā)展對(duì)社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)作用[44]。

4 小結(jié)

元宇宙已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里熱烈討論和研究的話題。本研究對(duì)國內(nèi)外與元宇宙相關(guān)的技術(shù)報(bào)告與學(xué)術(shù)文獻(xiàn)進(jìn)行了梳理,闡述了元宇宙的內(nèi)涵及其在醫(yī)學(xué)中的可能應(yīng)用場(chǎng)景,探討了元宇宙在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的擴(kuò)展和延伸,分析了元宇宙在醫(yī)學(xué)研究中應(yīng)注意的問題,為探究元宇宙醫(yī)學(xué)的可能性、全面理性認(rèn)識(shí)元宇宙提供新的研究視角。