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点击“子弥实验室” 关注我们   大家好，我是子弥。 被新冠病毒笼罩的近两年中，疫情反反复复，使得医疗成为了全球资本与技术市场最为关注的赛道。而新科技条件下的医疗，是知识驱动和数据密集的，是更依赖于新用户实时大数据分析的人工智能工具。 元宇宙发展的最大机遇之一或许正是医疗。 让我们来聊聊医疗与元宇宙。  医疗行业是元宇宙中最重要的行业应用方向之一  良医 改编自韩剧的美剧《良医》中，肖恩·墨菲患有自闭和社交恐惧症，然而却拥有极强的空间感、洞察力和记忆能力，有时候这被称为“学者症候群”，仅在艺术或学术某个领域内有超乎常人的能力。肖恩·墨菲根据诊断和手术中反馈的信息，能视觉化的推演病情和并提供相关的治疗方法。如果克服其他的障碍，他就是一个天生的外科医生。  科幻短片《视界》 第一季一开始，肖恩·墨菲在入职的路途上，在机场中遇到一名小男孩意外被玻璃砸中，立刻上前实施救治。他预演了静脉扩张的原因，就像一台储备丰富、算力过人的计算机，很快得出左肺受伤的结论。如果不及时救治，病人可能支撑不到到达医院。肖恩·墨菲通过自制简单的单向阀，在设备简陋的机场帮助男孩恢复了呼吸，脱离了生命危险。令人叹为观止。  肖恩·墨菲如同精密的超强的AI 肖恩·墨菲如同精密的机器，超强的AI，只要握住病人的手，就能在脑海里自动构建病理图，推演对方身体状况与可能存在的病症。 《良医》中也包含了一些新的医疗方面的设想，比如通过3D打印骨头，但可以帮助本来可能瘫痪的病人站起来，跑步、爬山，甚至游泳。  在手术前，可以通过AR模拟进行手术的推演。  虚拟影像可以按照真实情况进行编辑模拟，远胜于模型 以上这些虽然只是想象，但其中蕴含的技术已经工程化，或者已经完全有了实现可能性。 如今，XR技术已广泛运用于外科手术中；医学院使用VR技术为学生进行解剖教学；妇产医院利用VR技术帮助孕妇减轻分娩疼痛。这些都是现代医疗快速发展的成果。  国外孕妇用VR技术减轻分娩的痛苦  术前模拟图 在外科手术过程中，避开错综复杂的人体结构去定位病灶，是手术的一大难关。如果在术前能进行1:1比例的模拟操作，再对患者实施手术，或者在术中有精确的引导，那么将极大地提高手术成功率。  先进的医学影像技术 通过为手术提供增强现实平台，使患者及外科医生能够看到隐藏的解剖结构视图，在手术过程中提供实时、更加清晰的视野，从患者参与、手术计划、医生跨学科合作到进入手术室，可在患者的整个诊治过程中提高精度和效率。 新的3D视觉平台会在术前为家属提供模拟解释，去除家属和病患的害怕和困惑。 斯坦福ICU 人类的大脑是十分复杂且敏感的器官。对脑部肿瘤手术而言，成功不仅仅是简单的成功摘除肿瘤，脑部手术必须在非常精准的状态下进行，并最大限度减少对周围脑组织的损害，该手术被称为现代医学界最棘手的手术之一。 在过去，术中导航技术虽有利于外科医生处理复杂器官手术，但因脑部手术极为复杂，所以手术仍高度依赖外科医生的手术水平。而混合现实技术可以在此方面为外科医生提供更多的帮助。 Hololens2混合现实技术 AR设备搭载SLAM手势识别和追踪功能，支持语音控制，能在手术中帮助外科医生查看由患者早期医学扫描生成的3D影像视图。 AR技术辅助治疗 在手术过程中，外科医生使用头显设备，可以看到影像视图以交互式全息图的形式叠加在患者现实中相对应的身体部位上。 医生移动虚拟影像视图，能够有效穿过颅骨及脑组织，让患者大脑内部的肿瘤细节更为直观。在手术过程中，医生还能够使用穿戴设备访问患者资料、数据或调用视频，甚至联合其他医学专家诊治等。 访问患者资料、数据 另外，在使用混合现实技术的操作中，由于患者大脑的全息图像视图位置是固定的，因此渲染效果视图不会因医生观察位置和角度的不同而受影响。此外，该技术支持多位外科医生佩戴头显设备，同时准确查看同一张全息图像视图，对加强手术室团队合作有显著效果。 多位外科医生协作 混合现实技术不仅能够帮助医生提高临床诊疗效果，更能够在确保患者安全就医的同时推进康复进程。除神经外科以外，混合现实技术未来经研究及开发后，将在各类复杂的医学手术中被广泛应用。 其他外科手术中 一旦混合现实技术在医疗行业所看重，它的更多用途就会被专家们不断研发出来，并在全球范围内共享该项技术。这一切已经在悄然发生着。元宇宙的相关技术，让这一切“不可思议”的技术变成现实。 AI超级医生 医疗行业在许多人眼里是一个传统而保守的领域，但围绕医疗行业的高科技创新却从未止步。19世纪人类平均寿命61岁，随着医疗技术的提升，现在已达到75岁。科技发展推动医疗进步。 AI从诞生的那一刻起，就与医疗联系密切。随着大数据、互联网和信息科技的发展，医疗AI的想象力逐渐被释放，AI也被广泛试点应用于医疗领域。如今，医疗AI技术及理论取得了颠覆性进展，主要应用于健康管理、辅助诊断（医学影像、体征数据等）、药物研发、疾病预测等领域。 随着越来越多的体征数据比如睡眠、血液、脑波等采集并进入云端，就像拼图一样，一个实时反应真实身体状况的虚拟人体会逐渐构建起来。 人体数据量化图 元宇宙的愿景是万事万物的数据化，包含人的身体。这样就可以在生理健康、精神健康、营养健康、个性化管理等各个领域实现健康管理。AI超级医生甚至可以连接冰箱等智能设备，根据健康状况采购符合需要的食材。 通过AI超级医生进行医学影像的智能分析。由于肺癌开放数据最多，目前根据CT影像对肺结节的智能检测已经超过95%。这方面的筛查和辅助诊疗还包含糖尿病、乳腺癌、宫颈癌等。 SenseCare@商汤 接下来，AI在医疗健康领域有着巨大的潜力，不仅能够提升癌症治疗与诊断水平，还可以应用于众多的医疗场景:如胎儿监护、败血症早期发现、组合药物风险识别以及疗效预测等。 AI与影像优化技术 “AI+医养健康”逐渐被视为极具发展潜力的新兴领域。该程序对于提升人类的健康状况和生活质量，改善医患关系有很大作用。借助大数据和超级算法，医疗与技术深度融合，“AI超级医生”正在走进人们的生活，为人们就医带来了更多便利，为疾病诊断提供支持。 未来的AI超级医生 未来80%的疾病治疗流程面对的将会是“AI超级医生”，我们可能看不到物化的具体的肉身的医生，只能看到一个在屏幕上表情丰富，可以定制个性和昵称的“AI超级医生”，他们背后有强大云计算引擎支撑，经扫描全身，几秒钟内就可以给我们身体出一份体检报告。“AI超级医生”的无微不至的关怀已经超越了实体医生，AI正是弥补人类医疗技术的缺失和冷漠。 早在1981年，《财富》杂志就对计算机辅助的药物发现进行了专题报道《下一次工业革命：默克公司通过计算机设计药物》。 2019年6月，AI药物研发的联盟组织MELLODDY（机器学习编排的药物发现）开始运行。汇集了包括10家制药公司在内的17家合作伙伴，创建了一个建模平台，在该平台上可以利用多家制药企业的数据，创建更准确的模型，来寻找最有效的化合物。 石油污染的智能监测和治理 2020年7月，MELLODDY跨过了一个关键的里程碑：在第一个保护隐私的机器联合学习中启动来自10家制药企业的海量数据集，证明了技术的可行性。 MLDPS，机器学习药物发现和合成联盟，是13家生物制药和化学公司与麻省理工学院之间的合作。这项合作将促进小分子药物发现和合成自动化的软件设计。 核污染的智能监测和控制 2019年，Insilico Medicine、药明康德、以及多伦多大学的科学家们在《自然》子刊发表文章，从选择一个靶点，到形成潜在的新药候选分子，仅仅需要21天。并在46天内初步完成生物学验证。 自然子刊药物研发新方法 而据塔夫特药物发展研究中心报道，一款药物从第一阶段推进到通过FDA审批，平均需要花费96.8个月的时间。 2020年，英国AI制药企业Exscientia与日本药企Sumitomo Dainippon由AI人工智能研发的新药候补化合物进入第一阶段临床，这是世界首次使用人工智能AI开发药物的临床试验。因此2020年被称为“AI制药元年”。 2020年，由DeepMind开发的AI系统AlphaFold解决了50年未决的蛋白质折叠问题。 随着疫情爆发，加速药物研发变成了迫在眉睫的事情。遥望未来，AI药物研发必将会成为主流。 纳米机器人 新冠疫情极大的推动了基于信使RNA，即mRNA技术的发展。 一般稳定的基因结构是双链结构。而经过编辑的特定核酸片段制备为药物（即治疗性核酸），一般为单链结构，目前有两个技术瓶颈，一是容易分解，在运送到身体的响应位置之前，已经分解了；二是无法准确的运送到身体的指定的位置，比如目前一种脂质纳米粒（LNPs）可以将治疗性核酸递送至肝脏。现有的研究工作尽管取得了一些进展，但是最大的问题是尚无法预测和合理地设计出选择性靶向特定组织的纳米颗粒，以完成mRNA安全高效的递送至肝脏以外的其他组织。 如果利用器官选择性靶向技术，对纳米粒子进行系统的设计，用于核酸递送的载体。就可以选择性的递送到其他的器官。 德克萨斯大学西南医学中心Daniel J. Siegwart教授课题组 可以形象化的把纳米材料（一种医疗器械）理解为一种缩小版的胶囊，而基因编程技术和细胞疗法生成的核酸片段，理解为胶囊中包裹的药物，过去的胶囊变成了成千上个小的“胶囊机器”，精确的运送到各个器官之中。 CAR-T 1959年诺贝尔奖得主理论物理学家理查德·费曼率先提出纳米技术，并提出用微型机器人治病的想法，在他看来，就像是“吞下外科医生”。而后，专家们一直致力于研究用纳米机器人治病救人，甚至是替代人体内部结构。未来，比“蚁人”还小的医用纳米机器人,正走在抗肿瘤的路上。 中国纳米机器人研发团队 医用纳米机器人作为医疗领域的新星，在医学上，无疑是一个很大的突破。它能够携带药物进入人体内，依靠磁场的驱动，实现自主导航，以每秒十微米的速度，在血液中流动，可以钻到身体的每个位置。在装载药物后，纳米机器人可以向病灶位置移动，能够发现并精准杀死变异细胞、细菌或病毒，极大程度推动了肿瘤的靶向治疗。完成任务后，医用纳米机器人还会在体内“巡逻”，待彻底完成使命之后，它会自动与人体血液融合，无需排除体外，既方便又安全。目前该技术已经投入使用，完全攻克癌症，未来不再是天方夜谭。 赵宇亮院士团队纳米机器人结构图 中国纳米机器人团队利用DNA折叠技术，装在凝血因子和药物，当纳米机器人巡逻到微血管中时，如果遇到癌症细胞，就会释放凝血因子造成给癌细胞供血的微血管血栓，同时释放靶向药物精准打击癌细胞。纳米机器人的终极价值并不在于终结所有疾病，专家们正在研究如何将其运用在人类的生理机能提升方面。理论上，纳米机器人可以依照给定的程序提升人体的某项机能，比如，修复或替换人体中已经失去活性的细胞，达到延长寿命的功效。 在不久的将来，纳米机器人将会带来一场医学革命，它已经不仅仅是一种生物机器人技术，更可能会作为一种与人类未来息息相关的工具。 而元宇宙的结构可视化模拟和背后的AI算力，无疑是未来医学发展的重要工具。 元宇宙医学密码 “救死扶伤”是医生的天职，“逆天改命”是元宇宙的潜能。 元宇宙医疗将会为我们减轻疾病带来的痛苦，让我们在物理世界中更加长寿，让我们在虚拟世界中永生。如同美国科幻片中《上载新生》（Upload）一样，即便被宣告医学死亡后，精神意志在数字世界中依然被延续下来。 美国科幻片中《上载新生》 医疗的世界需要元宇宙，如同心脏需要跳动。 研究医疗行业的发展历程，就会发现长久以来被压抑的元宇宙已经开始萌芽。元宇宙并不是现实世界的补丁，医疗元宇宙的世界对现实世界的一种映射，这种映射不是一对一的信息的映射，而是在高维重塑后再对现实社会的一种反向作用，继而现实的关系。 原服务深刻改变生活 一个切实可行的医疗元宇宙，个人应秉持积极乐观的态度。真实世界残酷而迷离，特别是医疗资源稀缺的21世纪，这个现代社会让我们每个人都充满了焦虑，以至于再豪华、再先进的医疗设备都无法弥补人与人之间的心灵鸿沟，人与人的关系亟待重塑，医疗与人的关系也需要更为紧密，更具亲和力。 那么可以通过建立元宇宙这样的虚拟与现实交融的空间解决该问题。 其实我们身体的所有数据都是可以量化的，只是无处安放，亟待有一个空间让我们自己能够彻底自主地掌控。 我们需要的不是一个虚拟人。 银翼杀手中虚拟人joi 我们需要的也不是一个虚拟偶像。 S1m0ne中的虚拟偶像 我们需要的量化我们身体特征的“自我”。 身体特征检测一例 未来，我们将会进入硅机生命与碳基生命共融的世界，元宇宙是必要的，不仅仅是医疗，还包含运动、健康、教育等等所有行业。世界离不开元宇宙。在链接资产和价值及能量转移的过程中，我们需要一个能够自治的、由硅机生命与碳基生命都予以妥协的资产，而这些资产可能是我们生命运转中产生的资产，也可能是数据共享或者分析产生的价值资产。 硅基生命想象图 这些资产的形成依托于元宇宙的生成，即便在资产累积的初始阶段就被现实世界挤压，但资产的价值会越来越高，越来越与我们关系到我们自身的生存境况。例如：在元宇宙中，以个人生命单元的数据产生增值，那么必然会对现实世界的生活方式产生影响。 时代的车轮滚滚向前，技术的浪涌从不停息，新技术给人类生活与社会发展带来的巨大改变，对于医疗元宇宙，我们怀抱着巨大的期待，期待它其能帮助我们更好地解决我们面临的各类的难题，改善人的境况。 而更多的元宇宙密码也值得我们去探索。 （未完待续） 子弥实验室是广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院的下属一级单位。由中科院院长白春礼于2020年11月21日在黄埔揭牌成立，中科院院士赵宇亮任实验室主任。 “子弥”一词来源于传统佛教宇宙哲学——“芥子须弥”，意思是微小的芥子中能容纳巨大的须弥山。子弥实验室“小”中“生”大“，思考、设计、产生人类没有的技术和产品，成为改变人类思维模式、改变人类科技进程、改变人类工作模式、改变人类生活方式的发源地。 子弥实验室致力于研究面向未来的关键共性技术，希望寻找对科技充满痴迷，思想未被格式化的人、行为未被同步化的人、认知未被标准化的人、情怀未被世俗化的人，共同用思想创造人类没有的技术和产品。 email：tony@cannano.cn |
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