新興技術在冠脈介入手術仿真中的應用與研究

王 玓 聯通（江西）產業互聯網有限公司 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），嚴重威脅人民健康。而介入手術是行之有效的重要診療方法，醫生在X線下，經外周血管使用專用的醫療器械進入心血管的病變部位，然而復雜的介入手術、術者學習門檻高，周期長術者學習門檻高、風險高。至今，介入手術技能的訓練教學還是以師帶徒的傳統模式為主，在導師的指導下，學習醫生直接對病人行侵入性操作學習和實踐。這種傳統培訓方式有太多不足之處，如效率低、風險不可預測、花費大，不利于患者及技術的健康發展。2020年國家衛健委統計，心血管疾病患者為3.3億人口，每年遞增速度為15%，人均醫療費用為4.5萬元每人次。利用5G、云、AR（VR）等新興技術先進性、創新性構建的血管介入手術仿真平臺是醫療科學技術的一大進步，造?；颊?，切實為患者減輕經濟負擔。

1 實踐內容

構建基于云+5G的分布式的架構，研究面向全國范圍的、開放式在線手術訓練仿真技術，以便于手術流程和技術更新，同時為實時遠程診療構建平臺。

打造VR模擬血管內手術介入培訓環境來為受訓醫生提供介入手術和血管造影之類逼真的實踐仿真操作平臺。

對模擬操作進行評價的參數包括一些臨床的參數、X光線透視照射時間、總的相關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技訓練優化結果。

2 研究內容及方向

研究使用區域內的5G網絡以及云資源服務承載移動互聯網服務應用以及各類應用平臺（如VR仿真實訓平臺）要求。

研究在云端利用模型幾何特征識別與優化方法實現三維模型的建模與表達，結合多精度模型組織與管理方法實現云端三維模型的訪問控制，為云端業務承載能力保障奠定基礎。在這兩個研究的基礎上，為終端提供內容投送。實現數據資源快速加載，實現實時交互，實現計算云端化，終端設備輕量化。

研究基于計算機圖形學為基礎的三維數字環境虛擬仿真，利用虛擬仿真環境的技術來建模獲得三維數據在真實環境及真實的人體心血管系統當中，從而構建出虛擬的、沉浸式高仿真模擬手術環境。最終通過實時三維圖形生成技術完成整個模擬手術環境，為整個模擬培訓裝置提供相關的虛擬環境與視覺圖像支撐。

研究建立仿真手術考核測評體系，以5G 云+AR（VR）醫療手術仿真交互為基礎，打造仿真操作評價平臺。操作者進行虛擬仿真手術操作時，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行，在系統中體現，包括對仿真操作過程中一些例如支架置入精準度、血管內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行收集和記錄，系統內自動生成相關過程報告。

采用模糊綜合評價法對整個操作流程的質量給出相應評價，建立完整過程類的評價體系，經過反復一段時間的虛擬仿真的手術操作，操作者可以發現實際操作與自身思維路徑的偏差，可以及時調整自己的思路；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合，能夠提升整體臨床技能與醫技優化。

融合5G+云VR技術和遠程實驗室技術打造面向全國范圍的血管介入手術仿真操作程序，將擬人仿真手段和云端交互式實驗方式應用到血管介入手術的應用當中，將改變傳統單機模擬培訓操作模式。

結合虛擬仿真平臺，通過頭戴式眼鏡，將三維病理解剖學影像投射到臨床醫生的視網膜上和患者的生理體征相結合，達到虛實融合的目的，從呈現上比原先屏幕更直觀有效和具象，在醫學臨床和教學呈現形式上實現重大突破。依據真實血管介入手術流程與標準，基于模糊綜合評價法建立的血管手術仿真測評考核體系與系統，是為操作者知識和技能改進提供的支撐服務，是對仿真操作程序人性化服務的體現，更是對我國仿真手術程序建立標準評價體系的案例參考。

在仿真手術過程中，操作者的手術視頻、評分信息等數據在平臺內傳播，如果缺少保密技術手段，缺乏保密威懾，數據的接收者可對數據任意拍照轉發，極易造成數據泄露。同一份數據發給多個單位后，一旦數據發生泄露，很難追查到泄露源。本項目通過建設基于區塊鏈的數據溯源系統，可將需要流通的數據加入水印標識，水印標識包含數據所有者標識，授權的使用方標識，以及加注時間戳等信息。讓數據拷貝、轉換、截取等數據處理過程中，標識信息依然有效。對于發現的可疑數據進行數據溯源，通過數據中的水印信息，可確認數據泄露者。對于發現的可疑數據進行數據自鑒，通過判斷數據中是否存在水印信息，可確認數據是否從本單位流出。

3 主要創新點及功能亮點

應用5G技術搭建云平臺，通過5G、云、VR、AR虛擬仿真等新興技術模擬虛擬的病人、整體手術室的環境以及手術流程的思維訓練和臨床把病歷的情況，通過病歷數據庫的建立，模擬出不同病例下的手術操作來達到醫學?？婆嘤栆约芭R床術前規劃的效果，5G、云、VR、AR虛擬仿真等新興技術會在未來的住院醫師的教育以及心血管醫師的培養中發揮越來越重要的作用。

構建基于云+5G架構的血管介入手術仿真平臺，首先規范模擬手術流程和模擬數據資源，以云數據庫和分布式存儲方式存儲基礎信息數據庫和模擬數據資源。其次以手術仿真培訓需求為出發點，依據手術培訓流程，結合虛擬培訓考核標準，進行設計和研發。

使用云平臺+5G MEC方式進行部署，使用5G網絡進行通信，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，降低終端設備的運算負擔。

4 應用成效

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

搭建醫療病例的數據庫以及虛擬手術交互平臺，在手術標準依據下，建立高仿真高精度的病例、手術環境、醫療器具及手術專業流程等，讓受訓者通過平臺反復地操作訓練，有利真正意義的手術操作，從而在短時間內培養出更多的醫療人才，有豐富經驗的醫師還可以利用平臺深化操作步驟以及探索嘗試新的技術。

建立了嚴格標準的考核測評平臺，通過測評報告可以做出客觀的評價，醫生等操作人員測評達標后再進行真實病患的接觸，能更好地保障患者的安全。

5 經濟社會效益

能夠在醫學領域進有效的專業教學，實現產、學、研多點的融合，能夠突破時空限制，模擬虛擬的真實環境避免教學風險。

可以對冠心病的介入領域進行有效的?？婆嘤?，提高基層市縣醫院心血管?？漆t生的冠脈介入技術以及提高醫師救治和醫療服務能力水平，進一步實現“大病不出縣”目標。

還可以針對建設VR病案以及醫療資源相關大數據庫，組建新型醫療信息化人才隊伍，通過研究產出自主知識產權的論著、軟著和專利等。

6 結束語

通過5G、云、VR、AR虛擬仿真等新興技術實現的針對冠脈介入手術領域仿真交互技術的應用能夠有效系統地針對血管疾病的介入領域進行教學，同時實現快速和自主學習，將會在未來的住院醫師的教育以及心血管醫師的培養中發揮越來越重要的作用。同時可以結合江西本省VR 產業優勢，賦能醫療產業，驅動產業創新，提高教學人才培養的效率和能力，為實踐健康中國戰略，為醫學教育事業的發展以及進一步保障人民生命安全和身體健康發揮積極的推動作用。