讓醫(yī)療技術(shù)走向普惠：VR時代來自芯片的技術(shù)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(zhuǎn)型和智能化發(fā)展，是推動公立醫(yī)院高質(zhì)量發(fā)展的核心內(nèi)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(jié)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(gòu)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(yīng)用場景外，VR逐漸涉足醫(yī)療、教育、生產(chǎn)制造等各種領(lǐng)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(xué)等一系列新的業(yè)態(tài)，從而進一步成為傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)手段的有效補充。

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

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(zhì)疑后，VR的風(fēng)頭遠不及同時期的人工智能創(chuàng)業(yè)。

一位業(yè)內(nèi)專家表示，“我們不得不承認，VR技術(shù)還并沒有到實質(zhì)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(lǐng)域的應(yīng)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(shù)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(jié)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(guān)VR設(shè)備的研究，而VR在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用可以追溯到上世紀80年代。

1985年，美國國立醫(yī)學(xué)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(xué)、虛擬放射學(xué)及虛擬內(nèi)窺鏡學(xué)等學(xué)科的計算機輔助教學(xué)。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(xué)宣布完成了國內(nèi)首例女虛擬人的數(shù)據(jù)采集。

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

火山引擎的一位相關(guān)專家向雷峰網(wǎng)表示，“任何新技術(shù)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(zhì)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(shù)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(shù)的各類前沿應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)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(fù)合年增長率為78.3％。預(yù)計到2023年，全球AR/VR支出將達到1600億美元，遠高于2019年預(yù)測的168億美元。而在醫(yī)療領(lǐng)域，AR/VR醫(yī)療正在經(jīng)歷大幅度的提升，其預(yù)期復(fù)合年增長率為33.36%，市場價值預(yù)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(lǐng)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(xùn)外科手術(shù)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(xùn)服務(wù)，幫助外科醫(yī)生和技術(shù)人員進行術(shù)中質(zhì)量控制和手術(shù)工作流程指導(dǎo)。

醫(yī)院能從VR應(yīng)用中得到什么？

除了醫(yī)療巨頭的積極布局，VR技術(shù)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(wù)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(xué)教學(xué)和基層幫扶任務(wù)。

北京某三甲醫(yī)院院長表示，“VR技術(shù)在醫(yī)療體系是十分重要的，尤其是醫(yī)學(xué)教育。而醫(yī)學(xué)教育既面向醫(yī)務(wù)工作者，也承擔面向老百姓的科普教育。通過VR技術(shù)，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(zhuǎn)型和智能化發(fā)展，是推動公立醫(yī)院高質(zhì)量發(fā)展的核心內(nèi)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(xùn)應(yīng)用，打造集人工智能、全息/VR和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為一體的醫(yī)學(xué)應(yīng)急教育培訓(xùn)中心，并有效提升了醫(yī)院在醫(yī)療培訓(xùn)領(lǐng)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(shù)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(xùn)，通過仿真、沉浸式的VR場景，為急診人員進行輔導(dǎo)和培訓(xùn)。

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(xùn)方案的整體架構(gòu)，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(shè)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(shè)備 (如全景高清攝像頭)，這些數(shù)據(jù)將經(jīng)由5G網(wǎng)絡(luò)被高速同步到部署在醫(yī)療培訓(xùn)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(luò)推送到第二現(xiàn)場的VR眼鏡中，方便使用者 (教學(xué)中的醫(yī)生、醫(yī)學(xué)生以及志愿者等) 進行VR遠程查房、VR遠程指導(dǎo)、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(xùn)閉環(huán)流程。

合作過程中，VR培訓(xùn)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(yīng)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(wù)完成，勢必帶來巨大網(wǎng)絡(luò)壓力。而VR應(yīng)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(yīng)用能在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)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(guān)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(chǔ)設(shè)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(yīng)用加速增效，實現(xiàn)超清、高質(zhì)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(xùn)應(yīng)用方案中，用以提高VR醫(yī)療培訓(xùn)應(yīng)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(nèi)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(xué)習(xí)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(nèi)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(xùn)練和微調(diào)在內(nèi)的更多深度學(xué)習(xí)使用場景，可以為不斷變化且要求日益增高的應(yīng)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(chǔ)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(xùn)應(yīng)用影像壓縮率高、編碼速度快、占用帶寬低等的復(fù)雜需求。

英特爾云及行業(yè)解決方案集團首席技術(shù)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(nèi)，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(xué)間的畫面精細度問題，為帶教和問診提供了更加科學(xué)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(xué)應(yīng)急教育培訓(xùn)中心已經(jīng)獲得成功部署，并開展了大量的醫(yī)療培訓(xùn)實踐，并且將培訓(xùn)內(nèi)容VR化重復(fù)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(xùn)成本，提升經(jīng)濟效益。

除了大幅提升培訓(xùn)效能外，這套VR應(yīng)用解決方案還能為醫(yī)生們提供更為科學(xué)、真實的現(xiàn)場帶教環(huán)境，更能為邊遠、基層地區(qū)的受訓(xùn)醫(yī)生提升業(yè)務(wù)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(xùn)應(yīng)用，可以讓專家通對一線醫(yī)生進行遠程指導(dǎo)，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(shù)在醫(yī)療健康領(lǐng)域的成功實現(xiàn)，對于國家一直倡導(dǎo)的區(qū)域醫(yī)聯(lián)體建設(shè)、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(xùn)方案的成功落地和有效支持，醫(yī)學(xué)應(yīng)急教育培訓(xùn)中心實現(xiàn)了培訓(xùn)模式創(chuàng)新，這也是近年來諸多醫(yī)療政策引導(dǎo)與醫(yī)院智能化轉(zhuǎn)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(zhì)醫(yī)療資源向縣域下沉，結(jié)合縣醫(yī)院提標擴能工程，補齊縣醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)和管理能力短板，逐步實現(xiàn)縣域內(nèi)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(wù)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(chǔ)。

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?yīng)用加快等為標志，2022年的中國在重大算力與數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程上邁出了新步伐，進一步助推著企業(yè)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型。

英特爾與火山引擎的合作，為這兩個宏觀建設(shè)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(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

火山引擎相關(guān)專家認為，如今VR在醫(yī)療行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用和實驗，尤其是醫(yī)療培訓(xùn)、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(shù)還并沒有到實質(zhì)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(shù)本身高速發(fā)展的同時，盡早尋找到VR和醫(yī)療結(jié)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(shù)與醫(yī)療結(jié)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(gòu)將在至少三個方面給醫(yī)療相關(guān)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(yīng)用更加智能，例如利用AI技術(shù)輔助基層醫(yī)生的診斷和治療；第三，讓醫(yī)療服務(wù)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(xué)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(yīng)用創(chuàng)新，支持遠程問診、遠程會診等加快發(fā)展，為構(gòu)建有序有效的分級診療格局、促進優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源下沉服務(wù)基層打好基礎(chǔ)、做好支撐；加強臨床應(yīng)用創(chuàng)新研究。支持醫(yī)療相關(guān)組織、科研機構(gòu)、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(yīng)用創(chuàng)新研究。

“支持醫(yī)療相關(guān)組織、科研機構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)等深度合作”，這樣的產(chǎn)學(xué)研組合對于智能時代的行業(yè)轉(zhuǎn)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(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)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(shè)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(yīng)急救援等，并通過遠程操作微型機器人進行遠程手術(shù)，助力醫(yī)療扶貧。

英特爾也一直活躍在“AI for Science”前沿，以內(nèi)置AI加速技術(shù)的至強®可擴展處理器，以及容量數(shù)倍于傳統(tǒng)內(nèi)存的傲騰™持久內(nèi)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(shù)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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