新興技術(shù)在冠脈介入手術(shù)仿真中的應(yīng)用與研究

王 玓 聯(lián)通（江西）產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有限公司 南昌市 330000

0 引言

心血管疾病長期占我國居民死亡病因首位（44%以上），嚴(yán)重威脅人民健康。而介入手術(shù)是行之有效的重要診療方法，醫(yī)生在X線下，經(jīng)外周血管使用專用的醫(yī)療器械進(jìn)入心血管的病變部位，然而復(fù)雜的介入手術(shù)、術(shù)者學(xué)習(xí)門檻高，周期長術(shù)者學(xué)習(xí)門檻高、風(fēng)險高。至今，介入手術(shù)技能的訓(xùn)練教學(xué)還是以師帶徒的傳統(tǒng)模式為主，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)醫(yī)生直接對病人行侵入性操作學(xué)習(xí)和實踐。這種傳統(tǒng)培訓(xùn)方式有太多不足之處，如效率低、風(fēng)險不可預(yù)測、花費大，不利于患者及技術(shù)的健康發(fā)展。2020年國家衛(wèi)健委統(tǒng)計，心血管疾病患者為3.3億人口，每年遞增速度為15%，人均醫(yī)療費用為4.5萬元每人次。利用5G、云、AR（VR）等新興技術(shù)先進(jìn)性、創(chuàng)新性構(gòu)建的血管介入手術(shù)仿真平臺是醫(yī)療科學(xué)技術(shù)的一大進(jìn)步，造?；颊?，切實為患者減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

1 實踐內(nèi)容

構(gòu)建基于云+5G的分布式的架構(gòu)，研究面向全國范圍的、開放式在線手術(shù)訓(xùn)練仿真技術(shù)，以便于手術(shù)流程和技術(shù)更新，同時為實時遠(yuǎn)程診療構(gòu)建平臺。

打造VR模擬血管內(nèi)手術(shù)介入培訓(xùn)環(huán)境來為受訓(xùn)醫(yī)生提供介入手術(shù)和血管造影之類逼真的實踐仿真操作平臺。

對模擬操作進(jìn)行評價的參數(shù)包括一些臨床的參數(shù)、X光線透視照射時間、總的相關(guān)操作時間以及造影液的使用計量等可得到整體臨床技能的醫(yī)技訓(xùn)練優(yōu)化結(jié)果。

2 研究內(nèi)容及方向

研究使用區(qū)域內(nèi)的5G網(wǎng)絡(luò)以及云資源服務(wù)承載移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)應(yīng)用以及各類應(yīng)用平臺（如VR仿真實訓(xùn)平臺）要求。

研究在云端利用模型幾何特征識別與優(yōu)化方法實現(xiàn)三維模型的建模與表達(dá)，結(jié)合多精度模型組織與管理方法實現(xiàn)云端三維模型的訪問控制，為云端業(yè)務(wù)承載能力保障奠定基礎(chǔ)。在這兩個研究的基礎(chǔ)上，為終端提供內(nèi)容投送。實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源快速加載，實現(xiàn)實時交互，實現(xiàn)計算云端化，終端設(shè)備輕量化。

研究基于計算機圖形學(xué)為基礎(chǔ)的三維數(shù)字環(huán)境虛擬仿真，利用虛擬仿真環(huán)境的技術(shù)來建模獲得三維數(shù)據(jù)在真實環(huán)境及真實的人體心血管系統(tǒng)當(dāng)中，從而構(gòu)建出虛擬的、沉浸式高仿真模擬手術(shù)環(huán)境。最終通過實時三維圖形生成技術(shù)完成整個模擬手術(shù)環(huán)境，為整個模擬培訓(xùn)裝置提供相關(guān)的虛擬環(huán)境與視覺圖像支撐。

研究建立仿真手術(shù)考核測評體系，以5G 云+AR（VR）醫(yī)療手術(shù)仿真交互為基礎(chǔ)，打造仿真操作評價平臺。操作者進(jìn)行虛擬仿真手術(shù)操作時，擁有獨立的賬號和密碼，考核的評價可以在操作人員操作中進(jìn)行，在系統(tǒng)中體現(xiàn)，包括對仿真操作過程中一些例如支架置入精準(zhǔn)度、血管內(nèi)的介入器械使用的情況，造影液的一些使用計量、X光0線u透視的時間以及總的操作時間等進(jìn)行收集和記錄，系統(tǒng)內(nèi)自動生成相關(guān)過程報告。

采用模糊綜合評價法對整個操作流程的質(zhì)量給出相應(yīng)評價，建立完整過程類的評價體系，經(jīng)過反復(fù)一段時間的虛擬仿真的手術(shù)操作，操作者可以發(fā)現(xiàn)實際操作與自身思維路徑的偏差，可以及時調(diào)整自己的思路；還可以讓操作者體會操作的要點，對操作過程能更好地熟悉，將仿真操作與考核測評相結(jié)合，能夠提升整體臨床技能與醫(yī)技優(yōu)化。

融合5G+云VR技術(shù)和遠(yuǎn)程實驗室技術(shù)打造面向全國范圍的血管介入手術(shù)仿真操作程序，將擬人仿真手段和云端交互式實驗方式應(yīng)用到血管介入手術(shù)的應(yīng)用當(dāng)中，將改變傳統(tǒng)單機模擬培訓(xùn)操作模式。

結(jié)合虛擬仿真平臺，通過頭戴式眼鏡，將三維病理解剖學(xué)影像投射到臨床醫(yī)生的視網(wǎng)膜上和患者的生理體征相結(jié)合，達(dá)到虛實融合的目的，從呈現(xiàn)上比原先屏幕更直觀有效和具象，在醫(yī)學(xué)臨床和教學(xué)呈現(xiàn)形式上實現(xiàn)重大突破。依據(jù)真實血管介入手術(shù)流程與標(biāo)準(zhǔn)，基于模糊綜合評價法建立的血管手術(shù)仿真測評考核體系與系統(tǒng)，是為操作者知識和技能改進(jìn)提供的支撐服務(wù)，是對仿真操作程序人性化服務(wù)的體現(xiàn)，更是對我國仿真手術(shù)程序建立標(biāo)準(zhǔn)評價體系的案例參考。

在仿真手術(shù)過程中，操作者的手術(shù)視頻、評分信息等數(shù)據(jù)在平臺內(nèi)傳播，如果缺少保密技術(shù)手段，缺乏保密威懾，數(shù)據(jù)的接收者可對數(shù)據(jù)任意拍照轉(zhuǎn)發(fā)，極易造成數(shù)據(jù)泄露。同一份數(shù)據(jù)發(fā)給多個單位后，一旦數(shù)據(jù)發(fā)生泄露，很難追查到泄露源。本項目通過建設(shè)基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)溯源系統(tǒng)，可將需要流通的數(shù)據(jù)加入水印標(biāo)識，水印標(biāo)識包含數(shù)據(jù)所有者標(biāo)識，授權(quán)的使用方標(biāo)識，以及加注時間戳等信息。讓數(shù)據(jù)拷貝、轉(zhuǎn)換、截取等數(shù)據(jù)處理過程中，標(biāo)識信息依然有效。對于發(fā)現(xiàn)的可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)溯源，通過數(shù)據(jù)中的水印信息，可確認(rèn)數(shù)據(jù)泄露者。對于發(fā)現(xiàn)的可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)自鑒，通過判斷數(shù)據(jù)中是否存在水印信息，可確認(rèn)數(shù)據(jù)是否從本單位流出。

3 主要創(chuàng)新點及功能亮點

應(yīng)用5G技術(shù)搭建云平臺，通過5G、云、VR、AR虛擬仿真等新興技術(shù)模擬虛擬的病人、整體手術(shù)室的環(huán)境以及手術(shù)流程的思維訓(xùn)練和臨床把病歷的情況，通過病歷數(shù)據(jù)庫的建立，模擬出不同病例下的手術(shù)操作來達(dá)到醫(yī)學(xué)?？婆嘤?xùn)以及臨床術(shù)前規(guī)劃的效果，5G、云、VR、AR虛擬仿真等新興技術(shù)會在未來的住院醫(yī)師的教育以及心血管醫(yī)師的培養(yǎng)中發(fā)揮越來越重要的作用。

構(gòu)建基于云+5G架構(gòu)的血管介入手術(shù)仿真平臺，首先規(guī)范模擬手術(shù)流程和模擬數(shù)據(jù)資源，以云數(shù)據(jù)庫和分布式存儲方式存儲基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和模擬數(shù)據(jù)資源。其次以手術(shù)仿真培訓(xùn)需求為出發(fā)點，依據(jù)手術(shù)培訓(xùn)流程，結(jié)合虛擬培訓(xùn)考核標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行設(shè)計和研發(fā)。

使用云平臺+5G MEC方式進(jìn)行部署，使用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，在5G大寬帶的作用下，模型資源無須提前下載到本地，需要時直接從云端加載，降低終端設(shè)備的運算負(fù)擔(dān)。

4 應(yīng)用成效

運用5G+云的基礎(chǔ)架構(gòu)，利用低時延，大帶寬的特性，能更好地打破時空限制，再利用標(biāo)準(zhǔn)化軟硬件平臺的特性，便于能夠更好地向全國推廣。

搭建醫(yī)療病例的數(shù)據(jù)庫以及虛擬手術(shù)交互平臺，在手術(shù)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)下，建立高仿真高精度的病例、手術(shù)環(huán)境、醫(yī)療器具及手術(shù)專業(yè)流程等，讓受訓(xùn)者通過平臺反復(fù)地操作訓(xùn)練，有利真正意義的手術(shù)操作，從而在短時間內(nèi)培養(yǎng)出更多的醫(yī)療人才，有豐富經(jīng)驗的醫(yī)師還可以利用平臺深化操作步驟以及探索嘗試新的技術(shù)。

建立了嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的考核測評平臺，通過測評報告可以做出客觀的評價，醫(yī)生等操作人員測評達(dá)標(biāo)后再進(jìn)行真實病患的接觸，能更好地保障患者的安全。

5 經(jīng)濟(jì)社會效益

能夠在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)有效的專業(yè)教學(xué)，實現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研多點的融合，能夠突破時空限制，模擬虛擬的真實環(huán)境避免教學(xué)風(fēng)險。

可以對冠心病的介入領(lǐng)域進(jìn)行有效的?？婆嘤?xùn)，提高基層市縣醫(yī)院心血管?？漆t(yī)生的冠脈介入技術(shù)以及提高醫(yī)師救治和醫(yī)療服務(wù)能力水平，進(jìn)一步實現(xiàn)“大病不出縣”目標(biāo)。

還可以針對建設(shè)VR病案以及醫(yī)療資源相關(guān)大數(shù)據(jù)庫，組建新型醫(yī)療信息化人才隊伍，通過研究產(chǎn)出自主知識產(chǎn)權(quán)的論著、軟著和專利等。

6 結(jié)束語

通過5G、云、VR、AR虛擬仿真等新興技術(shù)實現(xiàn)的針對冠脈介入手術(shù)領(lǐng)域仿真交互技術(shù)的應(yīng)用能夠有效系統(tǒng)地針對血管疾病的介入領(lǐng)域進(jìn)行教學(xué)，同時實現(xiàn)快速和自主學(xué)習(xí)，將會在未來的住院醫(yī)師的教育以及心血管醫(yī)師的培養(yǎng)中發(fā)揮越來越重要的作用。同時可以結(jié)合江西本省VR 產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，賦能醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，驅(qū)動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，提高教學(xué)人才培養(yǎng)的效率和能力，為實踐健康中國戰(zhàn)略，為醫(yī)學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展以及進(jìn)一步保障人民生命安全和身體健康發(fā)揮積極的推動作用。