讓醫(yī)療技術走向普惠：VR時代來自芯片的技術溫度

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來源：雷峰網(wǎng)

作者：李雨晨

醫(yī)療與各行各業(yè)一樣，實現(xiàn)數(shù)字化轉型和智能化發(fā)展，是推動公立醫(yī)院高質量發(fā)展的核心內涵。英特爾與火山引擎的合作踏出了先行的一步，盡早尋找VR和醫(yī)療結合的最佳實踐，推動VR醫(yī)療乃至數(shù)字化醫(yī)療的大發(fā)展。

早在1935年，科幻小說家斯坦利·溫鮑姆的小說《皮格馬利翁的眼鏡》中，就構想了一款實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實（VR）的眼鏡。近年來，除游戲、娛樂等大眾熟知的應用場景外，VR逐漸涉足醫(yī)療、教育、生產(chǎn)制造等各種領域。

以醫(yī)療為例，VR可能幫助減輕醫(yī)療資源有限且分布不均、診斷方式單一等問題，實現(xiàn)遠程診療、遠程醫(yī)療教學等一系列新的業(yè)態(tài)，從而進一步成為傳統(tǒng)醫(yī)學手段的有效補充。

2016年，一名八十多歲的右半結腸癌患者成功接受了腫瘤切除手術，并首次通過VR對手術全程進行了直播，這也是國內較早用虛擬現(xiàn)實身臨其境般“圍觀”的手術。

盡管在此之后，不少醫(yī)院都開展了VR方面的研究。但在2016年之后經(jīng)歷了起起伏伏，甚至受到了諸多質疑后，VR的風頭遠不及同時期的人工智能創(chuàng)業(yè)。

一位業(yè)內專家表示，“我們不得不承認，VR技術還并沒有到實質生產(chǎn)的真正成熟期，尤其對于醫(yī)療這樣特殊的行業(yè)，真正走向高可用階段，還有很長一段路要走，也要經(jīng)歷不斷的試錯和驗證。”

不過，外界對VR在醫(yī)療行業(yè)的期待，也正在慢慢走向現(xiàn)實。根據(jù)Perkins Coie的一份數(shù)據(jù)，2021年VR/AR在醫(yī)療健康領域的應用滲透率最高，超過35%，頗有一種“雖遲但到”的感覺。引入VR系統(tǒng)之后，一些走在前列、勇于嘗試的醫(yī)院體驗到了技術帶來的真實便利，為自身以及行業(yè)的智慧醫(yī)療之路開了一個好頭。

VR與醫(yī)療的結合，是不是鏡中之花？

自“Virtual Reality”概念被提出以來，各行業(yè)陸續(xù)開展了豐富的有關VR設備的研究，而VR在醫(yī)療領域的應用可以追溯到上世紀80年代。

1985年，美國國立醫(yī)學圖書館就開始人體解剖圖像數(shù)字化研究，并利用虛擬人體開展虛擬解剖學、虛擬放射學及虛擬內窺鏡學等學科的計算機輔助教學。1994年英國曼斯特皇家醫(yī)院成立了歐洲第一個虛擬現(xiàn)實開發(fā)中心，用于最小刺入療法。

2003年初，我國第一軍醫(yī)大學宣布完成了國內首例女虛擬人的數(shù)據(jù)采集。

而在此后的多年里，VR技術的發(fā)展經(jīng)歷了一段蟄伏期，在醫(yī)療領域似乎也未掀起太多水花。難道VR與醫(yī)療的結合終究只是“鏡中之花”？

火山引擎的一位相關專家向雷峰網(wǎng)表示，“任何新技術的發(fā)展都會經(jīng)歷5個階段，科技誕生的促動期，過高期望的峰值期，泡沫化的低谷期，穩(wěn)步爬升的光明期和實質生產(chǎn)的高峰期，這也就是為什么大家感知到了VR概念和技術從熱潮到了低谷。而如今，VR重新走進大家的視線，受到各行各業(yè)的重視。從發(fā)展史來看，VR已經(jīng)進入了穩(wěn)定爬升的光明期。”

從行業(yè)數(shù)據(jù)也可以看到，融合VR技術的各類前沿應用在醫(yī)療領域正在發(fā)揮越來越重要的作用。

國際數(shù)據(jù)公司（IDC）的數(shù)據(jù)顯示，全球AR/VR支出的五年復合年增長率為78.3％。預計到2023年，全球AR/VR支出將達到1600億美元，遠高于2019年預測的168億美元。而在醫(yī)療領域，AR/VR醫(yī)療正在經(jīng)歷大幅度的提升，其預期復合年增長率為33.36%，市場價值預計將從2018年的6.217億美元增至2024年的34.97億美元。

行業(yè)巨頭也正在進一步布局VR及其在醫(yī)療領域的產(chǎn)品和解決方案。2020年2月，強生發(fā)布了與OSSOVR合作開發(fā)的VR頭盔，專門用于培訓外科手術醫(yī)生；今年5月，西門子醫(yī)療開始提供沉浸式虛擬現(xiàn)實（VR）培訓服務，幫助外科醫(yī)生和技術人員進行術中質量控制和手術工作流程指導。

醫(yī)院能從VR應用中得到什么？

除了醫(yī)療巨頭的積極布局，VR技術也慢慢進入實際使用方，即醫(yī)院管理者的視野中。

近年來，一系列行業(yè)政策的發(fā)布對醫(yī)院的收支平衡能力、生存能力都提出了巨大挑戰(zhàn)。醫(yī)院需要主動求變，將目光投向醫(yī)院的智慧化升級，提高醫(yī)院的服務能力和生存競爭能力。對于更高級別的醫(yī)院來說，除了日常的診斷工作，他們還承擔了重要的醫(yī)學教學和基層幫扶任務。

北京某三甲醫(yī)院院長表示，“VR技術在醫(yī)療體系是十分重要的，尤其是醫(yī)學教育。而醫(yī)學教育既面向醫(yī)務工作者，也承擔面向老百姓的科普教育。通過VR技術，讓他們身臨其境地感受醫(yī)療知識，是一個非常好的途徑。”

他認為，醫(yī)療與各行各業(yè)一樣，實現(xiàn)數(shù)字化轉型和智能化發(fā)展，是推動公立醫(yī)院高質量發(fā)展的核心內涵。

2021年，英特爾攜手火山引擎，幫助北京某三甲醫(yī)院基于全新的VR醫(yī)療培訓應用，打造集人工智能、全息/VR和物聯(lián)網(wǎng)等技術為一體的醫(yī)學應急教育培訓中心，并有效提升了醫(yī)院在醫(yī)療培訓領域的工作效能。

火山引擎總裁譚待透露，合作有兩個部分：一個是VR遠程巡診，通過技術來解決時間和空間對專家資源的限制；另一個是VR急診培訓，通過仿真、沉浸式的VR場景，為急診人員進行輔導和培訓。

從系統(tǒng)部署的具體實施路徑來看，北京某三甲醫(yī)院VR醫(yī)療培訓方案的整體架構，由部署在第一現(xiàn)場 (病房)、邊緣云和第二現(xiàn)場的不同處理設備和顯示終端 (VR 眼鏡)組成。

其中，第一現(xiàn)場部署有音視頻采集設備 (如全景高清攝像頭)，這些數(shù)據(jù)將經(jīng)由5G網(wǎng)絡被高速同步到部署在醫(yī)療培訓中心附近的邊緣云中進行音視頻渲染和數(shù)據(jù)計算處理。

經(jīng)渲染后的VR視頻流，將在編碼壓縮后通過高速5G網(wǎng)絡推送到第二現(xiàn)場的VR眼鏡中，方便使用者 (教學中的醫(yī)生、醫(yī)學生以及志愿者等) 進行VR遠程查房、VR遠程指導、AED (自動體外除顫器) VR無線急救等行為。

而進行中的用戶行為數(shù)據(jù)也會被同步回傳至邊緣云進行處理，由此形成整個VR醫(yī)療培訓閉環(huán)流程。

合作過程中，VR培訓系統(tǒng)面臨著一些通用性的行業(yè)挑戰(zhàn)：

首先，遠程實時查房等VR應用帶來海量的數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸需求，如全部工作負載均通過遠端數(shù)據(jù)中心/云服務完成，勢必帶來巨大網(wǎng)絡壓力。而VR應用中的沉浸式、交互式體驗，也需要方案能有效縮短系統(tǒng)的端到端整體時延；

其次，醫(yī)療場景的特殊性需要VR應用能在現(xiàn)有網(wǎng)絡帶寬下，提供更高分辨率的視頻格式 (例如8K) 來展現(xiàn)各類細節(jié)，這對視頻編解碼過程的優(yōu)化能力提出了巨大挑戰(zhàn)。

面對兩大挑戰(zhàn)，方案的核心關鍵詞就是兩點：更快、更真。譚待表示，“快和真在很多時候是矛盾的，破解這個矛盾就需要有更好的算法，更強的工程能力和更好的基礎設施來支持。”

火山引擎與英特爾一起，通過引入英特爾® 高級矢量擴展512 (英特爾® AVX-512)，優(yōu)化BVC編解碼器，為邊緣云數(shù)據(jù)中心的渲染計算處理提供強勁支撐，來使VR應用加速增效，實現(xiàn)超清、高質視頻的實時快速解碼。

BVC編解碼器是火山引擎多媒體實驗室自研產(chǎn)品，在VR醫(yī)療培訓應用方案中，用以提高VR醫(yī)療培訓應用使用時的沉浸感和交互感，以及支持8K視頻分辨率帶來的編碼與傳輸壓力。

英特爾® AVX-512是由英特爾提供的單指令多數(shù)據(jù) (Single Instruction Multiple Data，SIMD) 指令集。 得益于其在寄存器位寬等方面的優(yōu)勢，內置英特爾® AVX-512 指令集的英特爾® 至強® 可擴展處理器，在音視頻處理、數(shù)據(jù)加密壓縮以及深度學習等高密度計算處理場景中有著出色的性能表現(xiàn)。

而最新一代的第四代英特爾® 至強® 可擴展處理器更內置一系列加速器，包括全新的AI加速器——英特爾®高級矩陣擴展（英特爾®AMX），覆蓋包括訓練和微調在內的更多深度學習使用場景，可以為不斷變化且要求日益增高的應用提供更為可觀的計算性能。

圍繞著醫(yī)院部署VR的需求，英特爾與火山引擎一起，分別針對BVC編解碼器中處理器資源占用比較高的插值模塊和一些基礎計算模塊，通過英特爾® AVX-512 指令集進行優(yōu)化，以提高視頻編解碼和壓縮的能力，從而滿足醫(yī)院VR醫(yī)療培訓應用影像壓縮率高、編碼速度快、占用帶寬低等的復雜需求。

英特爾云及行業(yè)解決方案集團首席技術官吳聞新表示，“總體來看，從視頻的采集、渲染到推送，我們最終達到了醫(yī)院的要求，延遲在20毫秒以內，也能在15M的低帶寬下，實現(xiàn)8K的效果，有效解決醫(yī)生教學間的畫面精細度問題，為帶教和問診提供了更加科學的現(xiàn)場參考環(huán)境。”

目前，在三方合力之下，該北京三甲醫(yī)院醫(yī)學應急教育培訓中心已經(jīng)獲得成功部署，并開展了大量的醫(yī)療培訓實踐，并且將培訓內容VR化重復使用，達到了一次投入、永久使用的效果。每次使用的邊際成本幾乎僅有5G流量費，有效幫助壓降培訓成本，提升經(jīng)濟效益。

除了大幅提升培訓效能外，這套VR應用解決方案還能為醫(yī)生們提供更為科學、真實的現(xiàn)場帶教環(huán)境，更能為邊遠、基層地區(qū)的受訓醫(yī)生提升業(yè)務水平提供前所未有的途徑。更重要的一點是，有別于傳統(tǒng)遠程會診，借助VR醫(yī)療培訓應用，可以讓專家通對一線醫(yī)生進行遠程指導，并能和病人實時交流，為遠程智慧醫(yī)療帶來了更多可能。VR技術在醫(yī)療健康領域的成功實現(xiàn)，對于國家一直倡導的區(qū)域醫(yī)聯(lián)體建設、強化基層診療能力，都將產(chǎn)生深遠的影響。

云邊協(xié)同，醫(yī)療VR如何普惠“健康中國”？

依托VR醫(yī)療培訓方案的成功落地和有效支持，醫(yī)學應急教育培訓中心實現(xiàn)了培訓模式創(chuàng)新，這也是近年來諸多醫(yī)療政策引導與醫(yī)院智能化轉型的真實寫照。

2021年11月3日，國家衛(wèi)生健康委印發(fā)《“千縣工程”縣醫(yī)院綜合能力提升工作方案（2021-2025年）（以下簡稱《工作方案》）。

《工作方案》明確，推動省市優(yōu)質醫(yī)療資源向縣域下沉，結合縣醫(yī)院提標擴能工程，補齊縣醫(yī)院醫(yī)療服務和管理能力短板，逐步實現(xiàn)縣域內醫(yī)療資源整合共享，到2025年，全國至少1000家縣醫(yī)院達到三級醫(yī)院醫(yī)療服務能力水平，發(fā)揮縣域醫(yī)療中心作用，為實現(xiàn)一般病在市縣解決打下堅實基礎。

而從另一方面看，以“東數(shù)西算”全面啟動、年中3000億新基建補充投資以及5G規(guī)?；瘧眉涌斓葹闃酥?，2022年的中國在重大算力與數(shù)字基礎設施建設工程上邁出了新步伐，進一步助推著企業(yè)的數(shù)智化轉型。

英特爾與火山引擎的合作，為這兩個宏觀建設目標踏出了先行的一步，在一定程度上驗證了VR在醫(yī)療健康領域的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

火山引擎相關專家認為，如今VR在醫(yī)療行業(yè)的創(chuàng)新應用和實驗，尤其是醫(yī)療培訓、輔助診療和臨床輔助中，正逐步顯現(xiàn)出其不可替代的優(yōu)勢和價值。

“我們不得不承認VR技術還并沒有到實質生產(chǎn)的真正成熟期，尤其對于醫(yī)療這樣特殊的行業(yè)，真正走向高可用階段，還有很長一段路要走，也要經(jīng)歷不斷的試錯和驗證。因此，更需要從現(xiàn)在開始探索和共創(chuàng)，在技術本身高速發(fā)展的同時，盡早尋找到VR和醫(yī)療結合的最佳實踐，推動VR醫(yī)療的發(fā)展，輔助整體數(shù)字化醫(yī)療發(fā)展。”

而從“技術與醫(yī)療結合的實踐”角度而言，吳聞新表示，將VR視為一個重要的用戶入口，也是英特爾云邊協(xié)同解決方案中的重要一環(huán)，推動醫(yī)療行業(yè)加速數(shù)字化變革。英特爾的云邊協(xié)同架構將在至少三個方面給醫(yī)療相關組織帶來價值。

“第一，讓數(shù)據(jù)處理更快速的同時，兼顧數(shù)據(jù)安全；第二，讓醫(yī)療應用更加智能，例如利用AI技術輔助基層醫(yī)生的診斷和治療；第三，讓醫(yī)療服務更加普惠，通過VR的沉浸式交互模式，讓邊遠地區(qū)、社區(qū)診所學到三甲醫(yī)院的診療經(jīng)驗，也可以讓患者得到大醫(yī)院的醫(yī)生診治，推動智慧醫(yī)療在中國的推廣普及。”

2021年12月28日，工信部等十部門聯(lián)合發(fā)布《“十四五”醫(yī)療裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，其中，提出要推進“5G+”醫(yī)療健康新模式發(fā)展：

推動智慧醫(yī)療健康裝備和應用創(chuàng)新，支持遠程問診、遠程會診等加快發(fā)展，為構建有序有效的分級診療格局、促進優(yōu)質醫(yī)療資源下沉服務基層打好基礎、做好支撐；加強臨床應用創(chuàng)新研究。支持醫(yī)療相關組織、科研機構、生產(chǎn)企業(yè)等深度合作，對標國際先進水平，強化醫(yī)工協(xié)同發(fā)展，開展醫(yī)療裝備臨床應用創(chuàng)新研究。

“支持醫(yī)療相關組織、科研機構、生產(chǎn)企業(yè)等深度合作”，這樣的產(chǎn)學研組合對于智能時代的行業(yè)轉型需求，都尤為重要。

近年來，英特爾和多方合作伙伴一起，持續(xù)探索醫(yī)療健康領域的技術創(chuàng)新應用。例如，中國移動5G遠程醫(yī)療，基于英特爾®至強®可擴展處理器和GPU，推出5G云網(wǎng)融合的整體解決方案設計，打造多網(wǎng)融合、原生安全、云網(wǎng)協(xié)同以及廣域互聯(lián)的一張網(wǎng)，幫助醫(yī)院實現(xiàn)遠程超聲、遠程會診、5G應急救援等，并通過遠程操作微型機器人進行遠程手術，助力醫(yī)療扶貧。

英特爾也一直活躍在“AI for Science”前沿，以內置AI加速技術的至強®可擴展處理器，以及容量數(shù)倍于傳統(tǒng)內存的傲騰™持久內存的組合，在CPU平臺上對AlphaFold2實施了端到端的高通量優(yōu)化，助力以晶泰科技為代表的AI制藥公司，突破新藥研發(fā)的算力瓶頸，廣泛賦能更加數(shù)字化的、智能化的藥物研發(fā)效率升級。

這種技術與行業(yè)的完美契合，對于國家的“健康中國”戰(zhàn)略而言，將有著重要的推動作用。

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