未來醫生的“透視眼”創造者

發布時間：2019-11-06所屬分類：醫學論文瀏覽：1次

摘 要： 近日，在 2018 年創業在上海創新創業大賽入圍國賽的企業中，上海瓴舸網絡科技有限公司(英文名為Reacool，以下簡稱上海瓴舸)及其參賽項目十分有趣。 該參賽項目為醫學混合現實手術導航系統(以下簡稱Reacool-MMR 系統)，采用醫學快 速 原 型 技 術 (Medical Ra

　　近日，在 2018 年“創業在上海”創新創業大賽入圍國賽的企業中，上海瓴舸網絡科技有限公司(英文名為“Reacool”，以下簡稱“上海瓴舸”)及其參賽項目十分有趣。

　　該參賽項目為醫學混合現實手術導航系統(以下簡稱“Reacool-MMR 系統”)，采用醫學快 速 原 型 技 術 (Medical Rapid Prototyping) 重 建人體解剖結 構的 3D 模型，并通過混合現實技術 (Mixed Reality) 感知、識別和測量物理空間，將模型以全息的方式，原位疊合到真實的人體解剖結構上去，使醫生擁有一雙能看穿患者病灶的“透視眼”，在提高手術效率、降低腦內建模難度、提升手術成功率等方面具有非凡意義。

　　上海瓴舸是一家面向疼痛醫學領域的專業醫療科技公司，公司團隊由來自醫療臨床一線的青年學者與專業 IT 人士共同組成。疼痛醫學是上海瓴舸長期致力的領域，在該領域，上海瓴舸的早期產品“培恩 e 學”具有極高的知名度和專業認可度，也是國內成功的醫療互聯網品牌之一。該產品是上海瓴舸在疼痛學會的支持下，運營的一家面向疼痛領域，融合了線上醫療培訓、醫療直播、醫療平臺建設和營銷策劃的“疼痛醫療 + 互聯網”平臺。目前，“培恩 e 學”已獲得關注者人數達 40000 多人，未來醫生的“透視眼”創造者文 魏路平臺認證醫生 11000 多人。

　　精準醫療和個性化醫療的日益普及帶來巨大的市場需求，上海瓴舸認為，當代醫生需要更有效的技術手段提高手術效率、規避額外損傷，微創介入療法或將在疼痛醫療領域得到進一步應用普及。直到微軟公司 HoloLens 設備的出現，上海瓴舸終于在醫學混合現實領域找到突破口。

　　跨界的實現，關鍵在于人體定位的精確匹配

　　早在 17 年前，醫學混合現實的概念就已被提出。在圖像引導的神經外科手術中，“混合現實”被用來合并視頻圖像和計算機模型，以毫米級定位精度對內窺鏡拍攝的醫學影像、CT 圖像等進行可視化增強，并通過映射操作將其長期繪制在器官表面，形成可視化圖形導航。但受制于當時的技術限制，這一概念很久以來并未找到合適的技術平臺依托，因此并沒有獲得普及。

　　作為當下較前沿的跨界技術之一，混合現實技術可以在真實的物理空間中，創造出具有空間屬性的全息影像，并且可以使該影像錨定在固定位置。但從“混合現實技術”到“醫學混合現實技術”，這一跨界在國內尚屬新鮮。據上海瓴舸 CEO 秦春暉介紹，該跨界的成功實現，最難點在于成像和定位領域，如何實現人體定位的精確匹配是關鍵。

　　傳統定位使用手工標記，依賴于二維平面影像，如 X 光、CT、MRI，由醫 生 觸摸感受，再憑借經驗和想象用記號劃線。但依賴醫生經驗和直覺判斷的實際定位效果往往無法滿足手術要求，難以將影像模型與人體準確匹配，操作效率低，在手術進程中需要反復定位。

　　“HoloLens 的出現，讓 虛 擬 影像 和真實場景有效結合起 來，剛發預告片的時候，我們就已經關注到了它。”秦春暉透露，“當時我們正嘗試將高科技設備與現代醫學結合起來，創造出一些新的手術方法和醫療教育方法。”

　　早在 2016 年，微軟便將 HoloLens 設備推向市場。該產品不僅可以呈現物體的全息立體影像，還可以隨著觀看角度的變化呈現物體不同的空間狀態信息。而由 HoloLens 呈現的全息影像還可以通過視線、手勢、語音、外設等方式進行交互，具有極高的靈活性和強大的實用性。

　　2016 年 8 月，上海瓴舸成立，開始探索將 HoloLens 與臨床醫療相結合，提高手術定位的可視性和準確性。這是 一支 “醫學 +IT”的跨界團隊。以秦春暉為代表的醫學團隊是深耕上海疼痛醫學界多年的專家，深知一線臨床醫生的需求痛點;其 IT 團隊擁有來自華為、育碧等公司的資深技術人員，具有強大的實現能力。想象不難，困難的是如何把想象變為現實。在此過程中，上海瓴舸做了大量的前期準備工作，包括人體解剖學素材的獲取、真實人體數據的測量、素材的 3D 轉化，以及信標定位與空間錨的設計和校準 . 等等。

　　“最初完成一次校準需要半小時，才能將人體與全息模型匹配起來。這不符合臨床的操作習慣。”秦春暉解釋道，“臨床操作中，比如我看見你這只手，模型就能自動化貼合到人體上，這才是我們想要的效果。”

　　所見即所得，臨床操作要求高精準性。隨后一年多的時間內，上海瓴舸從材料學、定位學、IT 程序、互動界面等多方面反復修正，僅是程序算法就迭代了十幾個版本。最終，使用 Unity3D 和 Mixed Reality Toolkit 進行成像部分的開發，并依托 HoloLens 的空間映射和空間感知技術進行全息 3D 模型定位，自主研發了與空間映射相結合的優化算法，實現了當前幾秒鐘完成人體與模型精準匹配的速度。

　　推薦閱讀：醫療技術方面論文有哪些征稿期刊

　　從事醫學領域工作的技術人員，無論是研究項目還是晉升職稱都會要求發表論文的，而且這一領域比其他行業要求更為嚴格，為此很多想要發表醫療技術論文的作者，對于期刊的選擇了解的并不多，哪類期刊能征收這方面的論文，大家是比較困惑的。期刊天空老師針對這個問題給大家整理了一部分醫學期刊，有需求的可以直接與期刊天空在線編輯聯系。

　　讓醫生擁有“透視眼”，或將改變臨床診斷手段

　　2018 年 9 月，秦春 暉受 邀參觀 美國斯坦福大學有關乳房腫瘤手術的定位匹配研究。由于乳房組織會移動，需要根據變動實時準確定位，但國外的技術尚停留在表面，不能滿足其需求。

　　與國 外 技 術 相比，Reacool-MMR 手術導航系統可以與現實場景實時整合，使用混合現實技術顯示的關鍵解剖結構，可以與真實場景中對患者的操作保持一致。在實踐中，其精度驗證實驗證明了該方案的距離誤差在 0.809+/- 0.05 mm，角度誤差在 1.038 度 +/-0.05 度，滿足了臨床要求。更值得一提的是，當患者處于運動過程中，醫生可以觀察到其骨骼的運動方式，在脊柱外科、神經外科、骨科、腫瘤科等領域的微創手術中，突破了患者解剖結構“全靠猜”的尷尬局面，讓醫生擁有了一雙“透視眼”。

　　目前，上海瓴舸已與上海華東醫院聯合申報了省部級項目”混合現實引導椎管內穿刺技術的研發與應用”，并通過上海申康公司(上海醫院發展中心)的審批。 Reacool-MMR 手術導航系統在上海華東醫院已經開始用于混合現實引導下的椎管內穿刺和麻醉術臨床實驗，極大提高了手術效率，增加了單日手術臺數，豐富的可視化信息也同時降低了手術風險率。該實驗為期 3 年，目前已經完成一半。

　　2018 年 2 月，上海瓴舸收到美國微軟公司邀請，至西雅圖總部分享 項目研究經驗;隨后 3 月，微軟公司總部高層來到中國參觀該 項目，雙方隨即達成了建立醫學混合現實實驗室的初步協定。在國內，上海瓴舸與廣州南方醫院整形外科、嘉興第一人民醫院、福建協和醫院、浙江大學醫學院附屬第二醫院等達成了合作。

　　精準定位操作是臨床醫生的迫切需求，也是 精準 醫 療的必 然 要求。未 來， Reacool-MMR 手術導航系統或將改變傳統的醫療診斷方式。據相關數據顯示， 2016 年中國醫療健康產業市場容量高達 4 萬億元。未來 5 年內，我國醫療產業將以 20% 的年復合增長率繼續增長，2019 年將擴大到 8 萬億元。而醫療影像設備作為其最要產業之一，其市場規模也在持續增長中。面對如此巨大的市場，秦春暉表示，希望未來 3—5 年，上海瓴舸能夠成為醫學混合現實領域的第一品牌，占據 30%— 50% 的市場份額。