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数字化医疗技术的眼科应用研究

2018/09/21 09:55

医疗科技 人工智能 3D打印 物联网 智能可穿戴健康设备


数字化医疗技术的眼科应用研究

导读: 探讨数字化医疗技术在眼科的应用现状、存在问题及发展前景。对人工智能、可穿戴设备、虚拟现?#23548;?#22686;强现实、3D打印、有限元分析等数字化医疗技术在眼科的应用现状、存在问题及发展前景予以综述,并以数字化眼库建设为例介绍了如何将这些技术应用于眼科临床及科研工作。数字化医疗技术能有效提高眼科诊疗工作的效率,优化医疗资源。数字化医疗技术在眼科有广泛的应用前景,应进一步推动相关科研及临床应用工作进展。

数字化医疗技术是计算机、电?#21360;?#32593;络、信息等技术手段与临床诊疗过程的结合与应用,也是实现国务院提出的“智能医疗”发展规划目标的主要手段。本文主要探讨了人工智能、可穿戴设备、虚拟现?#23548;?#22686;强现实、3D打印、有限元分析等数字化医疗技术在眼科的应用现状及发展趋势。

数字化医疗技术在眼科的应用现状

人工智能技术 2016年谷歌公司研究人员在《美国医学会杂志》杂志发表论文,提出一种基于深度学习的算法,该算法能够根据眼底照片自动筛选糖尿病视网膜病变患者并进行分级,研究结果显示,计算机诊断的灵敏性和特异性与8名眼科医师处于同?#20154;健?

目前眼科的人工智能研究多集中于以糖尿病视网膜病变为代表的常见病,未来应结合临床需求来探讨在其他疾病诊疗过?#35752;?#30340;应用可能。例如:如何提供一种简单有效的智能化筛查?#27493;?#26174;微镜?#35745;?#30340;方法,以降低感染性角膜疾病的误诊?#22987;?#33268;盲率。如何将人工智能技术用于斜弱视筛查,通过上传儿童的照片及视频来初步诊断是否存在斜视,从而提高斜弱视儿童的检出率,避免错过最佳治疗时机。

智能可穿戴设备 目前,许多因素对近视发生发展的影响并不十?#32622;?#30830;,原因之一是很难采用客观的方法来监测这些相关指标,而智能可穿戴设备具有不影响患者日常生活,可?#20013;?#26816;测等特点,为积累高质量的眼科大数据提供了可能,或带来相关研究的突破。这些设备的普及有助于减少医?#21644;?#25968;据盲区,并让患者建立起对数字化医疗技术的信任,从而有利于数字化医疗技术的进一步推广。

虚拟现实(VR)及增强现实技术(AR) 国内已有多家医院利用EYESI等眼科手术模拟系统进行眼科显微手术的规范化培训,而基于HTC Vive等VR设备的交互式手术教学系统也在开发之中,VR技术或逐渐成为医疗培训的常规手段。?iak等报道了使用Oculus Rift头盔及配套的弱视治疗软件来治疗成人弱视的初步研究结果,该研究中,17名成年弱视患者在经过两个月治疗后部分弱视眼视力有所提高。孙兴怀等将AR技术与双眼分视训练结合,用于成人弱视治疗,经过四周左右的训练,大部分患者的弱视眼视力和不良的双眼间?#31181;?#22343;有所改善。

有研究显示,VR 设备可能给儿童的距离感知能力及平衡感带来一定的影响[5]。提示在未来应进一步评估VR、AR设备对健康的影响,以避免损害使用者的视力或视功能。

3D打印技术 目前3D打印技术在眼科的应用主要集中于眼眶骨折手术的术前模拟、手术规划、预成型钛网?#21462;?#30001;于目前CFDA仅批准了人工椎体及人工髋关节两类3D打印植入物的临床应用,故眼眶手术中个体化植入物的广泛应用?#34892;?#31561;待政策法规的进一步完善。作为3D打印技术的前沿应用,生物3D打印近年来在基础研究领域受到很大关注。在眼科,视网膜神经节细胞和胶质细胞、角膜上皮细胞已被成功应用于生物3D打印。

眼科的Pentacam、OCT等断层影像数据,理论上讲都可以比较容易的用于三维重建和3D打印,如厂商能在设备的软件中提供导出为DICOM或STL格式的选项,将大大简化眼科3D打印的流程,促进相关技术在眼科的推广。

有限元分析 李智东等在Abaqus软件中模拟散光性角膜切开术后的角膜形态、节点坐标、应力及顶点位移情况,并计算散光矫正量,为临床手术设计提供参?#23478;?#25454;。包芳军、王勤美[7]等人?#29366;?#23558;近视激光手术的有限元模拟结果和大批量临床数据进行比对,证明角膜生物力学的改变可影响近视激光手术后角膜形态及屈光力,而有限元分析可用于屈光手术效果的精确预测。

有限元分析在眼科的应用尚较为少见,其原因在于眼球结构较为复杂,很难建立精确的有限元模型。为简化计算,多数研究把眼部组织假设为线性、各向同性的弹性材料,这与眼组织?#23548;是?#20917;并?#29615;?#21512;。在有限元分析更好地应用于临床之前,?#34892;?#36827;一步建立更加精细的人眼整体模型,赋予模型各向异性、非线性和粘弹性的材料属性,并将模拟结果与临床检查结果相对照以优化参数设置。

数字化医疗技术在临床应用中存在的问题

尽管上述这些数字化医疗技术近年来发展?#35813;?#19988;受到广泛关注,但总体来说相关应用尚处在初级阶段,距离普及还有很大差距,分析其原因主要有以下几个方面。

首先,有些技术尚未成熟,?#20849;?#20855;备广泛应用的前提,例如生物打印、人工智能、有限元对人体软组织的建模及分析等;其次,有些技术虽相对成熟,但相关法规尚未完善,限制了技术的推广,例如3D打印个体化植入物在眼眶手术中的应用;再次,未形成有效的医工结合,工程师不了解医生的临床需求,医生亦不了解目前的技术能实现哪些临床应用,数字化医疗技术的进步和普及需要更多复合型人才。

上述问题及医疗行业的特殊性都使数字化医疗技术的应用不会像相关产业或普通民众期待的那样快速普及,如新技术发展曲线所示的那样,数字化医疗技术在医疗行业的应用更可能是一种渐进性增长而非爆发式增长(见图1)。

数字化医疗技术的眼科应用研究

图1 新技术发展曲线

就眼科来说,及时了解新技术,新动向,结合眼科特点来开展数字化医疗技术的相关研究及临床应用,是未来眼科发展的重要方向。以数字化眼库建设为例,可用人工智能技术对角膜捐献者的数据进行分析,对角膜植片的利用做更好的规划;用智能小型设备记录角膜取材及保存过?#35752;形露取?#28287;度等变化,以最大限度保持角膜内皮细胞的活性;用增强现实技术来辅助角膜移植,减少散光,实现角膜移植手术从复明手术向精准的屈光手术转变;用3D打印技术帮助那些行眼球摘除的患者实现个体化义眼定制,以改善外观和提高舒适性;用有限元分析的方法来分析和预测角膜移植后伤口的愈合过程,以减少并发症。

中国作为一个发展中国家,医疗资源相对不足,发展不平衡的问题较为突出[8],数字化医疗技术很好地契合了医疗发展的需求,有助于提高医疗行业的效?#22987;?#36136;量。随着技术的发展,数字医学必将在包括眼科在内的广阔医疗领域大有作为。


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文章来源:中国数字医学

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