医学奇迹：AR/VR技术正在革新医疗健康行业

近期的新闻故事中，有一个结局十分圆满：巴西的一对连体双胞胎通过一种支持虚拟现实技术的外科手术实现成功分离。今年三岁的Bernardo和Arthur Lima出生时头部相连，大脑交织在一起。此前，医学专家们曾表示不可能将这对连体双胞胎分离。这项开创性的手术在大西洋两岸同时进行，手术地点位于里约热内卢的一家医院，同时来自伦敦一家医院的Noor ul Owase Jeelani医生进行现场指导。

正是虚拟现实（VR）技术使这项复杂的手术成为可能。首先，医疗团队投入数月时间，在VR模式下通过磁共振成像（MRI）和CT扫描数据构建的连体双胞胎大脑的3D模型准备和练习手术。当英国和巴西的医疗团队通过一系列手术（共7次）分离两名男孩，他们借助VR设备协调操作，由Jeelani医生现场指导整个手术过程。七周后，两名男孩都恢复得很好。

VR技术在医学和患者护理领域的应用

这则有关医学奇迹的新闻故事只是VR和AR（增强现实）技术改变患者护理和治疗领域的示例之一。虽然将VR技术应用于医学领域并非新鲜事，但如今的“技术进步意味着硬件更便宜、更小巧、更快速、更可靠且更容易使用”。¹VR技术现已被确立为一种有价值的医学教育和培训工具²，如今广泛应用于许多领域。

VR技术应用于心脏疾病的治疗

为了帮助医学生与患者了解和治疗小儿先天性心脏缺陷，美国斯坦福大学、Lighthaus Inc.和Oculus合作创建了斯坦福虚拟心脏模型。模型于2017年推出，现已广泛应用于全球各地的儿科心脏中心和教育机构。

用户借助头戴式VR设备查看交互式3D心脏，其中包含各种类型的缺陷，如心室隔膜上的孔洞或心脏瓣膜闭合不全（两种常见的先天性心脏缺陷）。头戴式VR设备用户可以将自己“传送”到心脏内部，查看心脏腔室、血管和血液循环情况，并了解各种心脏缺陷的影响。

一位临床医生正在探索斯坦福虚拟心脏模型，这是一种交互式3D模型，可帮助展示许多常见的先天性心脏缺陷。（图片© 斯坦福大学医学院）

缓解疼痛

至少10年前，医学界就已经认识到，分散注意力是一种非常有助于控制疼痛的方式。当来自受影响区域的神经信号到达我们的大脑时，人类就会感受到疼痛。但人类大脑的注意力是有限的。通过执行一些需要集中精神并占用一部分注意力的任务或活动，以分散我们的注意力，将可以使到达大脑的疼痛信号减少，从而起到一定的缓解作用。

VR设备经过专门设计，以捕捉我们的注意力，并提供沉浸式体验——让用户感觉自己完全置身于所看到的图像中。VR技术正是可以帮助疼痛患者分散注意力的有用工具。麻醉师兼疼痛管理专家Thomas Caruso博士解释道：“疼痛是一种与我们的注意力、情绪和情感相关联的感知。借助VR技术，我们可以帮助调节患者的精神状态，使他们减少对疼痛和焦虑的关注。”³

VR治疗可能无法完全消除疼痛，但如果与药物结合使用，则可以大大减少患者对阿片类药物及其他可能上瘾的止痛药的需求。举例来说，VR技术已用于帮助儿科烧伤患者在更换敷料时忍受疼痛。⁴在充分认识到这种虚拟疼痛管理方法的功效和益处后，美国食品药品监督管理局（FDA）于2020年将一款经过专门设计、可帮助缓解背部疼痛和纤维肌痛的VR系统认定为突破性设备。⁵

加速康复

现在，许多消费者都在使用VR应用程序锻炼身体，从舞蹈训练，到虚拟高尔夫游戏，再到逃离僵尸，VR市场提供丰富的选择，让用户离开沙发，开始锻炼身体。通过引入游戏元素，即使是缺乏动力的用户，也会发现锻炼变得更有趣、更具吸引力。

实践证明，同样的方法也非常有助于激励患者进行必要的物理治疗和康复锻炼，以帮助他们从损伤或疾病中恢复，或者治疗脑瘫等神经肌肉疾病。对于中风或创伤性脑损伤幸存患者而言，越早开始康复，将越有机会恢复失去的功能。Neuro Rehab VR是一家采用机器学习技术开发VR训练活动的公司，可根据每位患者的需求量身定制治疗方案。

一名中风患者利用VR康复计划在模拟购物之旅中改善平衡和协调能力。

“检查”VR设备

当人们的健康受到威胁时，患者和临床医生必须依赖VR设备的性能，就像他们依赖任何其他医疗设备一样。如果头戴式VR设备中内置的显示屏存在任何视觉缺陷，都可能影响设备的有效性。在现场外科手术等危急情况下，即使是微小的图像缺陷，也可能造成严重后果。

瑞淀光学系统提供一系列解决方案帮助头戴式VR设备设计人员和制造商们确保其设备的视觉性能。瑞淀AR/VR 镜头采用独特的光学设计，专门用于测量近眼显示器（NED），如头戴式VR、AR和混合现实（MR）设备中内置的显示器。镜头设计模拟人眼的大小、位置和视场，以准确捕捉和评估头戴式设备中内置元件的人类视觉体验。

AR/VR/MR（统称为XR）市场提供广泛的设备光学元件和架构选择。设备组件、技术和系统的快速发展（从microLED到超透镜）对设备开发人员提出了新的要求。瑞淀新型 XRE 镜头提供灵活的解决方案，可用于测量XR光学组件的完整生态系统以及XR设备的各种光学配置。

瑞淀这款镜头（正在申请专利中）设计包含独特的内部对焦机制和电子控制功能，可以即时将所连接成像系统的焦点调整到多个焦平面。XRE镜头与ProMetric^®ProMetric®成像色度计或亮度计和TrueTest™ 软件中的TT-ARVR™ 测试模块搭配使用，可用于根据不同的视觉性能标准测量各种设备中内置的XR显示器。

瑞淀AR/VR 镜头 与ProMetric® Y 成像亮度计（左）、TT-ARVR软件（显示了使用瑞淀XRE 镜头所采集图像的MTF斜边分析（后）以及XRE镜头（搭配潜望镜配置）与ProMetric® I 成像色度计er（右）。

如需了解更多有关最新VR设备和组件质量测试的信息，请观看瑞淀与 Photonics Media 合作举办的以下网络研讨会：“新型XR光学测试解决方案：显示器、波导、近红外及更多其他组件”。

 

 

 

 

 

 

 

引用文献

1. Delzell E, “Virtual Reality in Medicine,” WebMD, May 31, 2021. (Retrieved August 4, 2022)
2. Samadbeik M, Yaaghobi D, Bastani P, Abhari S, Rezaee R, Garavand A. "The Applications of Virtual Reality Technology in Medical Groups Teaching." The Journal of Advances in Medical Education and Professionalism, Vol. 6(3):123-129. July 2018. 
3. “Fool your brain, reduce your pain,” Harvard Health Letter, November 1, 2012.
4. Xiang H, et al. "Efficacy of Smartphone Active and Passive Virtual Reality Distraction vs. Standard Care on Burn Pain Among Pediatric Patients: A Randomized Clinical Trial," JAMA Network Open, Vol 4(6):e2112082, June 20, 2021. DOI: 10.1001/jamanetworkopen.2021.12082
5. Delzell E, “Virtual Reality in Medicine,” WebMD, May 31, 2021. (Retrieved August 4, 2022)