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數字化醫療技術的眼科應用研究

醫療物聯網

2018/09/21   編號:1409404

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數字化醫療技術的眼科應用研究

導讀: 探討數字化醫療技術在眼科的應用現狀、存在問題及發展前景。對人工智能、可穿戴設備、虛擬現實及增強現實、3D打印、有限元分析等數字化醫療技術在眼科的應用現狀、存在問題及發展前景予以綜述,并以數字化眼庫建設為例介紹了如何將這些技術應用于眼科臨床及科研工作。數字化醫療技術能有效提高眼科診療工作的效率,優化醫療資源。數字化醫療技術在眼科有廣泛的應用前景,應進一步推動相關科研及臨床應用工作進展。

數字化醫療技術是計算機、電子、網絡、信息等技術手段與臨床診療過程的結合與應用,也是實現國務院提出的“智能醫療”發展規劃目標的主要手段。本文主要探討了人工智能、可穿戴設備、虛擬現實及增強現實、3D打印、有限元分析等數字化醫療技術在眼科的應用現狀及發展趨勢。

數字化醫療技術在眼科的應用現狀

人工智能技術 2016年谷歌公司研究人員在《美國醫學會雜志》雜志發表論文,提出一種基于深度學習的算法,該算法能夠根據眼底照片自動篩選糖尿病視網膜病變患者并進行分級,研究結果顯示,計算機診斷的靈敏性和特異性與8名眼科醫師處于同等水平。

目前眼科的人工智能研究多集中于以糖尿病視網膜病變為代表的常見病,未來應結合臨床需求來探討在其他疾病診療過程中的應用可能。例如:如何提供一種簡單有效的智能化篩查共焦顯微鏡圖片的方法,以降低感染性角膜疾病的誤診率及致盲率。如何將人工智能技術用于斜弱視篩查,通過上傳兒童的照片及視頻來初步診斷是否存在斜視,從而提高斜弱視兒童的檢出率,避免錯過最佳治療時機。

智能可穿戴設備 目前,許多因素對近視發生發展的影響并不十分明確,原因之一是很難采用客觀的方法來監測這些相關指標,而智能可穿戴設備具有不影響患者日常生活,可持續檢測等特點,為積累高質量的眼科大數據提供了可能,或帶來相關研究的突破。這些設備的普及有助于減少醫院外數據盲區,并讓患者建立起對數字化醫療技術的信任,從而有利于數字化醫療技術的進一步推廣。

虛擬現實(VR)及增強現實技術(AR) 國內已有多家醫院利用EYESI等眼科手術模擬系統進行眼科顯微手術的規范化培訓,而基于HTC Vive等VR設備的交互式手術教學系統也在開發之中,VR技術或逐漸成為醫療培訓的常規手段。?iak等報道了使用Oculus Rift頭盔及配套的弱視治療軟件來治療成人弱視的初步研究結果,該研究中,17名成年弱視患者在經過兩個月治療后部分弱視眼視力有所提高。孫興懷等將AR技術與雙眼分視訓練結合,用于成人弱視治療,經過四周左右的訓練,大部分患者的弱視眼視力和不良的雙眼間抑制均有所改善。

有研究顯示,VR 設備可能給兒童的距離感知能力及平衡感帶來一定的影響[5]。提示在未來應進一步評估VR、AR設備對健康的影響,以避免損害使用者的視力或視功能。

3D打印技術 目前3D打印技術在眼科的應用主要集中于眼眶骨折手術的術前模擬、手術規劃、預成型鈦網等。由于目前CFDA僅批準了人工椎體及人工髖關節兩類3D打印植入物的臨床應用,故眼眶手術中個體化植入物的廣泛應用尚需等待政策法規的進一步完善。作為3D打印技術的前沿應用,生物3D打印近年來在基礎研究領域受到很大關注。在眼科,視網膜神經節細胞和膠質細胞、角膜上皮細胞已被成功應用于生物3D打印。

眼科的Pentacam、OCT等斷層影像數據,理論上講都可以比較容易的用于三維重建和3D打印,如廠商能在設備的軟件中提供導出為DICOM或STL格式的選項,將大大簡化眼科3D打印的流程,促進相關技術在眼科的推廣。

有限元分析 李智東等在Abaqus軟件中模擬散光性角膜切開術后的角膜形態、節點坐標、應力及頂點位移情況,并計算散光矯正量,為臨床手術設計提供參考依據。包芳軍、王勤美[7]等人首次將近視激光手術的有限元模擬結果和大批量臨床數據進行比對,證明角膜生物力學的改變可影響近視激光手術后角膜形態及屈光力,而有限元分析可用于屈光手術效果的精確預測。

有限元分析在眼科的應用尚較為少見,其原因在于眼球結構較為復雜,很難建立精確的有限元模型。為簡化計算,多數研究把眼部組織假設為線性、各向同性的彈性材料,這與眼組織實際情況并不符合。在有限元分析更好地應用于臨床之前,尚需進一步建立更加精細的人眼整體模型,賦予模型各向異性、非線性和粘彈性的材料屬性,并將模擬結果與臨床檢查結果相對照以優化參數設置。

數字化醫療技術在臨床應用中存在的問題

盡管上述這些數字化醫療技術近年來發展迅猛且受到廣泛關注,但總體來說相關應用尚處在初級階段,距離普及還有很大差距,分析其原因主要有以下幾個方面。

首先,有些技術尚未成熟,還不具備廣泛應用的前提,例如生物打印、人工智能、有限元對人體軟組織的建模及分析等;其次,有些技術雖相對成熟,但相關法規尚未完善,限制了技術的推廣,例如3D打印個體化植入物在眼眶手術中的應用;再次,未形成有效的醫工結合,工程師不了解醫生的臨床需求,醫生亦不了解目前的技術能實現哪些臨床應用,數字化醫療技術的進步和普及需要更多復合型人才。

上述問題及醫療行業的特殊性都使數字化醫療技術的應用不會像相關產業或普通民眾期待的那樣快速普及,如新技術發展曲線所示的那樣,數字化醫療技術在醫療行業的應用更可能是一種漸進性增長而非爆發式增長(見圖1)。

數字化醫療技術的眼科應用研究

圖1 新技術發展曲線

就眼科來說,及時了解新技術,新動向,結合眼科特點來開展數字化醫療技術的相關研究及臨床應用,是未來眼科發展的重要方向。以數字化眼庫建設為例,可用人工智能技術對角膜捐獻者的數據進行分析,對角膜植片的利用做更好的規劃;用智能小型設備記錄角膜取材及保存過程中溫度、濕度等變化,以最大限度保持角膜內皮細胞的活性;用增強現實技術來輔助角膜移植,減少散光,實現角膜移植手術從復明手術向精準的屈光手術轉變;用3D打印技術幫助那些行眼球摘除的患者實現個體化義眼定制,以改善外觀和提高舒適性;用有限元分析的方法來分析和預測角膜移植后傷口的愈合過程,以減少并發癥。

中國作為一個發展中國家,醫療資源相對不足,發展不平衡的問題較為突出[8],數字化醫療技術很好地契合了醫療發展的需求,有助于提高醫療行業的效率及質量。隨著技術的發展,數字醫學必將在包括眼科在內的廣闊醫療領域大有作為。


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