馮家祺 謝勝芬 張晨 廣東省醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 （廣東 廣州 510663）

內(nèi)容提要： 近來，元宇宙作為一個(gè)新興概念受到各界的廣泛關(guān)注。元宇宙是具有自身經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的、內(nèi)容可創(chuàng)造的、與現(xiàn)實(shí)緊密聯(lián)系的、能提供沉浸式感官感受的虛擬世界。醫(yī)療器械是最常見的一類醫(yī)療產(chǎn)品，在診斷及治療疾病方面發(fā)揮了重要作用。質(zhì)量檢驗(yàn)是保證醫(yī)療器械安全有效的重要一環(huán)，元宇宙帶來的虛實(shí)融合的互聯(lián)網(wǎng)新體驗(yàn)或?qū)⒖梢灾︶t(yī)療器械檢驗(yàn)現(xiàn)代化的推進(jìn)，提升檢驗(yàn)現(xiàn)代化水平。文章將介紹元宇宙概念及相關(guān)技術(shù)，并探索元宇宙技術(shù)在醫(yī)療器械檢驗(yàn)中的應(yīng)用。

從2008年Arikan提出Polar碼，到2018年華為基于Polar碼的第五代移動通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）技術(shù)戰(zhàn)勝高通成為國際標(biāo)準(zhǔn)；從1990年Scott等提出分布式時(shí)間戳，到2008年中本聰創(chuàng)造性地提出區(qū)塊鏈概念并發(fā)布比特幣；從1956年MeCarthy等提出人工智能概念，到2016年AlphaGo戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍李世石……有的時(shí)候，并不是人類在等待技術(shù)的突破，而是技術(shù)在等待人類發(fā)現(xiàn)它的光芒。近來，業(yè)界圍繞元宇宙概念作出了一系列動作，包括臉書公司宣布全力投身元宇宙產(chǎn)業(yè)，并更名為“Meta”，都昭示了現(xiàn)實(shí)與虛擬同構(gòu)的時(shí)代正呼嘯而來。

醫(yī)療器械是最常見的一類醫(yī)療產(chǎn)品，在診斷及治療疾病方面皆發(fā)揮了重要作用。當(dāng)前，我國醫(yī)療器械的市場規(guī)模巨大，并在醫(yī)改深入、醫(yī)療科技快速發(fā)展、人口老齡化等因素的驅(qū)動下迅速擴(kuò)容。根據(jù)國家藥監(jiān)局公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年9月底，全國實(shí)有醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)2.80萬家，經(jīng)營企業(yè)102.92萬家。質(zhì)量檢驗(yàn)是保證醫(yī)療器械安全有效的重要保障，元宇宙帶來的虛實(shí)融合的互聯(lián)網(wǎng)新體驗(yàn)可以有效提升醫(yī)療器械檢驗(yàn)現(xiàn)代化水平，為檢驗(yàn)檢測工作帶來便利。本文將介紹元宇宙概念及相關(guān)技術(shù)，并探索元宇宙技術(shù)在醫(yī)療器械檢驗(yàn)中的應(yīng)用。

1.元宇宙概念

元宇宙是具有自身經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的、內(nèi)容可創(chuàng)造的、與現(xiàn)實(shí)緊密聯(lián)系的、能提供感官感受的虛擬世界。

北京大學(xué)陳剛教授這樣定義元宇宙：“元宇宙是與現(xiàn)實(shí)世界映射與交互的虛擬數(shù)字生活空間，通過科技手段進(jìn)行鏈接與創(chuàng)造[1]?！鼻迦A大學(xué)沈陽教授表示：“元宇宙是一種新型虛實(shí)融合的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和社會形態(tài)，它基于虛實(shí)融合技術(shù)提供沉浸式體驗(yàn)，基于數(shù)字孿生技術(shù)創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)世界的鏡像，基于區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建去中心化經(jīng)濟(jì)體系，將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界全方位、多層次整合，并允許用戶進(jìn)行內(nèi)容生產(chǎn)和編輯[2]?！?/p>

元宇宙是一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界平行的虛擬世界，擁有豐富的交互方式與沉浸式體驗(yàn)，每個(gè)用戶擁有一個(gè)虛擬身份，使用虛擬貨幣交易，并且虛擬世界中的感官感受、社會行為、經(jīng)濟(jì)行為等與真實(shí)世界高度互通。目前元宇宙還處于初級階段，其運(yùn)作方式與現(xiàn)實(shí)世界中的虛擬現(xiàn)實(shí)游戲非常相似，但元宇宙并不等同于游戲，而是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的下一站。

從技術(shù)角度上說，元宇宙是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的迭代，實(shí)現(xiàn)了從“在線”到“在場”的交互升級，在內(nèi)容載體、傳播方式、交互方式、參與感和互動性等方面都有了創(chuàng)新性的突破，能夠從最大程度上讓人擺脫肉體的束縛與時(shí)空的限制。

2.元宇宙技術(shù)

元宇宙不是一項(xiàng)新技術(shù)，而是現(xiàn)有IT技術(shù)的整合運(yùn)用，下面將逐一進(jìn)行介紹。

2.1 虛實(shí)融合技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）是通過VR眼鏡等裝置與計(jì)算機(jī)生成的模擬環(huán)境交互的一種技術(shù)[3]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augment Reality，AR）是通過顯示器等裝置將虛擬物體疊加到真實(shí)場景中的一種技術(shù)[4]。混合現(xiàn)實(shí)（Mixed reality，MR）是一種結(jié)合現(xiàn)實(shí)與虛擬的新型可視化環(huán)境[5]。XR擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（Extended Reality，XR），是AR、VR、MR等多種虛實(shí)融合技術(shù)的統(tǒng)稱。腦機(jī)接口將人腦與外部設(shè)備之間建立直接連接，實(shí)現(xiàn)大腦與設(shè)備的信息交換[6]。

虛實(shí)融合技術(shù)是元宇宙的入口，元宇宙通過虛實(shí)融合技術(shù)提供視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等沉浸式感知體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)交互。

2.2 高速無線通信技術(shù)

5G、6G是具有高傳輸速率、低延遲和大連接特點(diǎn)的第五、第六代移動通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物聯(lián)網(wǎng)的通信基礎(chǔ)設(shè)施。

網(wǎng)絡(luò)及傳輸技術(shù)是元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施，元宇宙所需要的沉浸式虛實(shí)融合體驗(yàn)，要求高同步、低延遲的網(wǎng)絡(luò)，以5G、6G為首的高速無線通信技術(shù)能夠?yàn)樵钪嫣峁┛煽康母咚偻ㄐ拧?/p>

2.3 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過網(wǎng)絡(luò)將信息傳感設(shè)備連接起來，進(jìn)行通信和信息交換，以實(shí)現(xiàn)萬物智能化的一種技術(shù)[7]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為元宇宙萬物互聯(lián)及虛實(shí)共生提供可靠的技術(shù)保障，通過各種信息傳感器采集信息，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人、人與人及現(xiàn)實(shí)與虛擬間的廣泛連接。

2.4 云計(jì)算

云計(jì)算是一種資源計(jì)算模式，運(yùn)算設(shè)施、存儲設(shè)備、應(yīng)用程序等共享資源以服務(wù)的方式通過網(wǎng)絡(luò)提供給用戶使用，用戶可隨時(shí)隨地、按需、便捷地訪問這些共享資源[8]。

元宇宙中虛實(shí)交互會產(chǎn)生難以想象的海量數(shù)據(jù)，這意味著元宇宙的運(yùn)行需要強(qiáng)大的運(yùn)算能力，云計(jì)算是一個(gè)很好的解決方案。

2.5 區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N分布式數(shù)據(jù)管理技術(shù)，具有去中心化、公開透明、可追溯、不可篡改及偽造等特性[9]。

區(qū)塊鏈?zhǔn)侵卧钪娼?jīng)濟(jì)系統(tǒng)的重要技術(shù)，可以在元宇宙中建立一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行且鏈接現(xiàn)實(shí)世界的安全可靠的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。同時(shí)，這種分布式互聯(lián)的方式大大地提高了數(shù)據(jù)和信息交易的安全。

2.6 人工智能

人工智能是一門集合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等學(xué)科的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于語音識別、圖像識別、自然語言處理等領(lǐng)域[10]。

人工智能為元宇宙大量的應(yīng)用場景提供技術(shù)支持，可以豐富元宇宙中的互動生態(tài)，通過人工智能創(chuàng)作、創(chuàng)造新的內(nèi)容，提供更飽滿的互動感受。

3.元宇宙醫(yī)療發(fā)展現(xiàn)狀

元宇宙作為互聯(lián)網(wǎng)的最新形態(tài)，提供了全息構(gòu)建、全息仿真、虛實(shí)融合、虛實(shí)互聯(lián)、沉浸式感知和智慧處理等功能，能夠突破肉體的束縛與時(shí)空的限制。隨著元宇宙生態(tài)的廣泛探索，元宇宙于醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已初見雛形。

阿聯(lián)酋醫(yī)療公司Thumbay Group推出了首個(gè)元宇宙醫(yī)院，患者將通過虛擬化身在虛擬空間享受醫(yī)療服務(wù)[11]；印度的Yashoda醫(yī)院在元宇宙應(yīng)用Decentraland中購買了虛擬地塊，計(jì)劃建造一家虛擬醫(yī)院，以實(shí)現(xiàn)患者與醫(yī)生之間的互動交流。

在中國，各界正積極投身到元宇宙醫(yī)療的實(shí)踐中。2022年2月，由上海復(fù)旦大學(xué)呼吸病研究所等機(jī)構(gòu)組建的“元宇宙醫(yī)學(xué)聯(lián)盟”正式成立，并與各國專家達(dá)成“元宇宙醫(yī)學(xué)共識”，以期聚攏數(shù)字新技術(shù)突破現(xiàn)有醫(yī)療模式的局限。同年7月，浙江省中醫(yī)院與華為、中國移動、?？低暤葦?shù)字化建設(shè)重量級單位簽署了合作協(xié)議，將該院作為研發(fā)中心和實(shí)驗(yàn)基地，打造中國首家元宇宙智慧醫(yī)院。同時(shí)，多地政府也相繼出臺相關(guān)政策支持元宇宙的發(fā)展：黑龍江省《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》中提到，將面向醫(yī)療領(lǐng)域需求，發(fā)展特色軟件產(chǎn)品，推動元宇宙在遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用；合肥市《政府工作報(bào)告》中提到，合肥將瞄準(zhǔn)元宇宙醫(yī)療等前沿領(lǐng)域，打造智慧醫(yī)療等優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)鏈；浙江省發(fā)布的《未來產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)建設(shè)指導(dǎo)意見》中提到，將圍繞醫(yī)療健康等目標(biāo)，以顛覆性技術(shù)為引領(lǐng)，構(gòu)建元宇宙醫(yī)療發(fā)展體系。

4.元宇宙于醫(yī)療器械檢驗(yàn)的應(yīng)用情境

目前，元宇宙應(yīng)用于醫(yī)療產(chǎn)業(yè)主要集中在醫(yī)療服務(wù)和醫(yī)療教育方面，在醫(yī)療檢測領(lǐng)域還鮮有探索。新修訂的《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l例》中提到，國家將在醫(yī)療器械監(jiān)督管理信息化、現(xiàn)代化方面加強(qiáng)建設(shè)，提升監(jiān)管效率、降低監(jiān)管成本。元宇宙帶來的虛實(shí)融合的互聯(lián)網(wǎng)新體驗(yàn)可以在以下場景助力醫(yī)療器械檢驗(yàn)現(xiàn)代化的發(fā)展。

4.1 檢驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)教學(xué)存在教學(xué)內(nèi)容枯燥單調(diào)、技能教學(xué)缺乏實(shí)踐等問題。元宇宙的出現(xiàn)重新定義了教育的教學(xué)模式與教學(xué)資源，在醫(yī)療器械檢驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用場景如下：①醫(yī)療器械專家隨時(shí)隨地提供沉浸式的科普教育與專業(yè)指導(dǎo)；②檢驗(yàn)學(xué)員通過虛實(shí)融合工具學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)知識、醫(yī)療器械檢驗(yàn)知識，并可實(shí)踐檢驗(yàn)操作；③檢驗(yàn)學(xué)員戴上VR頭戴式顯示設(shè)備就可以進(jìn)入到一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)用手接觸樣品時(shí)會感受到觸感，當(dāng)使用量具檢測樣品時(shí)會感覺到阻力；④檢驗(yàn)員可以通過元宇宙應(yīng)用遠(yuǎn)程指導(dǎo)送檢企業(yè)制備試樣、排除檢驗(yàn)問題等。

4.2 檢驗(yàn)檢測

元宇宙技術(shù)應(yīng)用于檢驗(yàn)檢測的應(yīng)用情境可貫穿檢驗(yàn)檢測全流程，具體情境如下。

在檢視樣品的情境中，檢驗(yàn)員可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用全方位、多角度地檢視樣品。如圖1所示，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用可以將樣品3D全息影像映射至現(xiàn)實(shí)場景中。在檢驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作及檢驗(yàn)過程中，檢驗(yàn)員可以使用虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用將樣品模型拆分，利用手勢縮放、旋轉(zhuǎn)、移動樣品，以檢視樣品外觀及結(jié)構(gòu)。檢驗(yàn)員甚至還能“觸碰”樣品，當(dāng)接觸到樣品時(shí)還能感受到阻力，感受接近于真實(shí)的體驗(yàn)。

圖1.交互式樣品3D全息影像

在檢驗(yàn)情境中，檢驗(yàn)員可以享受虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用沉浸式的交互體驗(yàn)。①虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用可以將樣品信息映射至現(xiàn)實(shí)場景中（見圖2a）：檢驗(yàn)員可以隨時(shí)隨地呼叫樣品信息彈窗來查閱樣品信息，不再需要攜帶紙質(zhì)資料或是通過計(jì)算機(jī)查閱資料，提高了檢驗(yàn)的速度與便捷性。②虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用可提供各種交互式控制提醒（見圖2b）：當(dāng)檢驗(yàn)異常中斷時(shí)，將檢驗(yàn)設(shè)備反饋的異常信息推送給檢驗(yàn)員；當(dāng)檢驗(yàn)設(shè)備執(zhí)行某項(xiàng)操作時(shí)，將操作內(nèi)容推送給檢驗(yàn)員；當(dāng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫濕度超出規(guī)定值時(shí)，將環(huán)境異常警告推送給檢驗(yàn)員；當(dāng)設(shè)備執(zhí)行危險(xiǎn)操作時(shí)，將危害警報(bào)推送給檢驗(yàn)員。③虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用還可以作為溝通工具與管理工具使用（見圖2c）：作為溝通工具，檢驗(yàn)員可以擺脫時(shí)空的限制隨時(shí)隨地“面對面”地與其他檢驗(yàn)員交流、與企業(yè)溝通、與專家學(xué)者討論問題；作為管理工具，可以對人員進(jìn)行管理、對設(shè)備進(jìn)行管理、對設(shè)備使用記錄進(jìn)行管理等。

圖2.檢驗(yàn)過程交互情境

在檢驗(yàn)操作情境中，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用可為檢驗(yàn)員提供沉浸式的檢驗(yàn)操作指引。虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用可將檢驗(yàn)操作指引映射至現(xiàn)實(shí)場景中，依照規(guī)定的步驟指引檢驗(yàn)員按要求執(zhí)行操作。如圖3所示，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用提示檢驗(yàn)員操作設(shè)備，按壓相應(yīng)的按鈕調(diào)整檢驗(yàn)設(shè)備的扭矩傳感器位置，使之與樣品接觸，并在接觸后提示檢驗(yàn)員終止該項(xiàng)操作。

圖3.操作指引

除此之外，遠(yuǎn)程檢驗(yàn)也將有望得以開展。目前，由于受條件的限制，醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測業(yè)務(wù)只能在線下有限的實(shí)驗(yàn)場所內(nèi)開展。元宇宙中產(chǎn)生的與物理世界中感知一致的虛擬活動可以有效地突破時(shí)空限制，隨時(shí)隨地提供“真實(shí)”的檢驗(yàn)檢測服務(wù)。通過智能可穿戴設(shè)備，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)可以與送檢機(jī)構(gòu)的人員“面對面”地溝通，在超仿真的全息構(gòu)建中，模擬出待檢樣品的模型，相關(guān)人員可以直接觀察甚至是觸摸樣品，直觀地了解樣品構(gòu)造及信息。對于復(fù)雜的問題，各地專家還可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)“齊聚一室”探討解決方案與交流經(jīng)驗(yàn)。

5.問題與展望

元宇宙技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療器械檢驗(yàn)將面臨以下幾點(diǎn)問題：①醫(yī)療器械檢驗(yàn)行業(yè)傳統(tǒng)上是一個(gè)相對依賴檢驗(yàn)員專業(yè)知識、經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際操作的行業(yè)，科技的發(fā)展可以帶來便利，但檢驗(yàn)檢測需要依靠經(jīng)驗(yàn)，科技只是輔助，無法取代檢驗(yàn)員的判斷和操作；②元宇宙將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，其中難免有一些私密的敏感數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、儲存，一旦泄露，將造成不良的后果；③檢驗(yàn)行業(yè)的運(yùn)作模式已相對成熟，現(xiàn)代化輔助設(shè)備不是檢驗(yàn)行業(yè)有效運(yùn)行的必備品，元宇宙基礎(chǔ)設(shè)施普及難度較大。

當(dāng)前，元宇宙仍處于發(fā)展的早期階段，基礎(chǔ)設(shè)施還有待普及，并且仍需要多學(xué)科、跨領(lǐng)域的交叉研究來持續(xù)支持。一個(gè)普適性的元宇宙體系目前還未能建立，但可以進(jìn)一步善用科技的發(fā)展來改進(jìn)醫(yī)療器械檢驗(yàn)的提供方式，前瞻性地布局未來醫(yī)療產(chǎn)業(yè)。