随着人口的增长与科技的迅速发展，人们对手术治疗的高要求、强需求极大地推动了增强现实和虚拟现实技术在医疗领域的应用。增强现实(AugmentedReality，AR)和虚拟现实(VirtualReality，VR)技术在医疗领域中获得了显著的吸引力，正在大量地应用于多个医疗场景。
虚拟现实和增强现实是利用计算机技术与现实环境交互的一项科技，成为能够提供医学环境的两种主要手段。医生可以看到真实手术部位和可视化虚拟三维解剖全息图并在全息图上对感兴趣的部位进行标记，为医生创建了一种虚实结合的半沉浸式手术环境。根据国际数据公司（IDC）全球半年增强和虚拟现实消费指南，AR/VR支出的五年复合年增长率（CAGR）将为78.3％。预计2023年全球增强现实和虚拟现实支出将达到1600亿美元，远高于2019年预测的168亿美元。在医疗领域，根据Research&Markets.com调查显示，AR/VR医疗正在经历大幅度的提升，其预期复合年增长率为33.36%，市场价值预计将从2018年的6.217亿美元增至2024年的34.97亿美元。
一、什么是AR&VR？
Lavallee等人早在1995年就提出了基于增强现实的混合构建模型（hybridmodelconstruction）构建一个虚拟模型对于医生实施手术是十分必要到，因此它提出了将CT/MRI/X光等医学影像数据、AR/VR头显设备、患者、手术机器人等构建T1、T2…Tn坐标系，将T1…Tn多个坐标系串联起来，用于为手术系统收集不同类别的信息。
对于AR/VR的具体区别，知乎大神说得很好——VR是梦到鬼了，AR是大白天遇到鬼了。虚拟现实技术为用户创造一个特定场景的虚拟空间，使用户完全沉浸在一个虚拟的合成环境中，无法看到真实环境，具有交互性（Interaction）、沉浸性（Immersion）和想象性(Imagination)三大特点，也被称为3I特点。增强现实技术能够把全息图、图片、视频、声音等融合在现实环境中虚实结合，真实的环境场景与虚拟的全息信息进行交互，两种信息交互补充和叠加。PokemonGo是增强现实技术的具体体现，玩家通过在现实世界中走动以抓取虚拟宠物角色。
下面就让我们就来看看AR/VR在医疗领域的具体应用吧！
二、AR医疗主要应用场景
1、术前模拟/规划/培训
ImmersiveTouch
ImmersiveTouch位于芝加哥的伊利诺伊州，成立于2005年，主要使用Vive和OculusRift头戴式显示器（HMD）以及触觉反馈设备设计多种AR/VR交互式医疗使用场景，已成功为到神经外科、矫形外科、眼科、耳鼻喉科等多科室的术前模拟、术中使用提供了帮助。目前公司业务主要分为三个模块：ImmersiveViewVR、ImmersiveViewSurgicalPlanning(IVSP)。
ImmersiveSim示意图
Medivis
AnatomyX示意图
TouchSurgery
TouchSurgery成立于2013年，由两位伦敦的外科医生创立。用户头戴微软的HoloLens头显，用户会看到一个专业外科医生的实时视频反馈，在这之上还会覆盖虚拟指导，告诉手术是如何进行的。目前已开发出数百个外科手术的视频教程，较为著名的是GoSurgery，用户能直接使用iPhone/ipad，它将为医学生提供全息逐步指南，手把手地手术教学，每一项手术操作包含详细的介绍，包括解剖位置、麻醉方式、适应症及禁忌症、术后并发症等，现已成功在英国和美国的医院完成了测试。
PanteleimonPantelidis等人发表了《VirtualandAugmentedRealityinMedicalEducation》论文，其中列举了不少在AR&VR医疗领域的产品，在解剖、内窥镜手术、神经手术、骨盆手术等领域的应用产品，如下图所示。
2、术中诊断/导航/手术
Medivis在成立初期就收到了InitializedCapital、DELL、微软等公司的大力支持，获得了230万美元的投资，并推出了第一代产品SurgicalAR，随后SurgicalAR一路风生水起，在今年6月获得了FDA认证。目前外科手术仍然主要依靠二维成像技术来理解和操作极其复杂的病人病理。Medivis将全息可视化和导航技术引入外科手术，为外科医生提供增强现实数据集成和可视化工具，从根本上推进了手术干预，彻底改变了外科医生对病人的安全操作方式。Medivis能够访问患者数据，并将其可视化地表示为三维模型，供医生在计划手术时参考。这种模型被映射到病人身上，从而为外科医生提供一种最佳的手术方案。Medivis首席执行官、神经外科医生乔杜里Choudhry表示“全息可视化是手术成像和导航的最终前沿。”
SurgicalAR示意图
EchoPixel
EchoPixel在2017年的第103届北美放射学会(RSNA)会议上展示了最新版本的交互式的混合现实医疗软件True3D，目前True3D已获FDA认证。该软件利用DICOM图像数据创建器官、血管和其他结构的真实尺寸的全息版本，允许医生旋转、调整大小、解剖和作出切口，以虚拟病人特定的解剖。这一功能使医生能够更快地读取图像，从而更快地进行诊断，并提供更好的术前规划，还扩展了计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)之外的支持模式，多种医学影像数据能够有助于更好地评估植入式装置的大小、子宫肌瘤和子宫血管的分布以及胎心的评估。该公司在2017年获得了由英特尔领投的850万美元A轮融资。
ImmersiveViewVR将患者的CT、CBCT、3D血管造影和MRI扫描等术中实时医学影像呈现在医生佩戴的头显上，使医生看见另一个数字化患者(digitaltwin)。该平台可用于放射室、手术室、医生办公室，使医生查看患者术中的关键扫描信息，也能使患者更清楚诊疗情况，目前这款平台已通过FDA及CE认证。
IVSP沉浸式手术规划平台将DICOM数据转换为高保真的三维VR模型进行可视化，在此基础上提供了相应的可视化手术工具，帮助医生团队研究、评估、规划手术并在手术中使用，并且能够与医学数字成像数据(DICOM)以及患者档案和通信系统(PACS)兼容，可使用OculusRift手柄可以实现切割、测量、标记等手术操作。该平台能使医生进入到耳鼻喉腔道、神经束等细微视角，也有上帝视角观察全局解剖结构，由深及近地进行手术规划。目前IVSP已通过FDA认证，HIPAA认证及CE认证。
IVSP示意图
SurgicalTheater
3、术后康复
VividVision
VividVision公司成立于2014年，公司成立动机是想应用VR技术治疗弱视和斜视类眼疾。目前成功推出康复治疗类游戏《VividVision》，借助VR让患者通过特定设计的视觉效果去影响大脑感知能力，在游戏过程中通过正确的康复动作训练用户眼部内未被使用过或正在休眠的肌肉组织，从而达到治疗效果。除此之外，借助VR技术恢复视力，避免了痛苦、乏味的物理治疗方式。目前产品仅在北美的41家眼科诊所提供服务，且必须由医生处方才能获取，预计今年晚些时候推向国际市场，目前在申请FDA认证。