医疗界的元宇宙「MeTAI」，现在是共创这样一个元宇宙的时候了-今日头条

　　编辑  绿萝

　　近年来，元宇宙一直是工业界和学术界关注的主要焦点。「元宇宙」一词最早出现在 1992 年的科幻小说《雪崩》（Snow Crash）中，2008 年，该术语首次列出在牛津英语词典：元宇宙是「[一种] 计算机生成的环境，用户可以在其中与彼此及其周围环境进行交互，即虚拟世界」。

　　元宇宙最近以社交媒体和娱乐平台的形式出现，但扩展到医疗保健可能会对临床实践和人类健康产生深远影响。

　　近日，来自美国的一个由学术、工业、临床和监管研究人员组成的团队，发现了医疗保健领域元宇宙方法的独特机会。研究人员设想了一个「医疗技术和人工智能」（MeTAI）生态系统，可以促进基于 AI 的医疗实践的开发、原型设计、评估、监管、转化和完善，尤其是医学影像引导诊断和治疗。

　　在这里，研究人员展示了元宇宙用例，包括虚拟比较扫描、原始数据共享、增强监管科学和元宇宙医疗干预。讨论了 MeTAI 元宇宙生态系统的相关问题，包括隐私、安全和差异。还确定了具体的行动项目，以协调努力构建 MeTAI 元宇宙，以提高医疗质量、可及性、成本效益和患者满意度。

　　该文章以「Development of metaverse for intelligent healthcare」为题，发布在《Nature Machine Intelligence》上。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s42256-022-00549-6

　　元宇宙整合了物理和虚拟现实，使人类和他们的化身能够在高速互联网、虚拟现实、增强现实、混合和扩展现实、区块链、数字孪生和人工智能 (AI) 等技术支持的环境中进行交互，所有这些都因有效的无限数据而丰富。

　　在这里，研究人员设想了一个 MeTAI 生态系统，包括关键要素，例如在个性化患者化身上使用扫描仪的数字双胞胎进行虚拟比较扫描、无处不在且安全的医疗数据访问（包括原始断层扫描数据）共享，一个增强的监管框架以适应这种转变，以及「元化」医疗干预以实现前所未有的可访问性和卓越性能。他们认为，现在是开发 MeTAI 元宇宙的时候了，它远远超出当前的医疗 VR、AR 和远程医疗。

　　图 1：具有四大医疗保健应用的 MeTAI 生态系统。（来源：论文）

　　该团队提议的 MeTAI 元宇宙有许多前身。1983 年，1983 年，本《Perspective》的合著者 Vannier 是第一批为手术计划生成人类颅骨三维 (3D) 计算机断层扫描 (CT) 可视化的人之一。2012 年，在Second Life 平台上为弗吉尼亚理工大学先进的 X 射线 CT 设施开发了一个虚拟环境，以促进纳米 CT 用户的沉浸式培训。2010 年，伦斯勒理工学院与布莱根妇女医院合作制作了腹腔镜可调节胃束带模拟器原型，与高级多模态图像引导操作套件 (AMIGO) 协同作用。

　　图 2：元宇宙的两个前身。（来源：论文）

　　尽管上述和其他先驱贡献了价值，但理想情况下，MeTAI 元宇宙应该有助于改进孤立的单个系统并将其集成到统一的医疗保健基础设施中。随着支持元宇宙的技术不断进步，元宇宙的新颖方面将会出现，从而重新定义生物医学和社会。

　　MeTAI 应用

　　鉴于元宇宙在医疗保健领域可以发挥的革命性作用，确定了 MeTAI 的四个重要应用，重点是：虚拟比较扫描、原始数据共享、增强监管科学和元宇宙医学干预。尽管这些应用有前身，但它们的新颖之处在范围、规模、深度和集成机制方面令人兴奋。

　　虚拟对比扫描

　　先进的人体计算机模型和对其成像的机器的持续发展最终形成了数字双胞胎计算范式，它集成了来自物理和虚拟对象的数据。与孤立的 XR 相比，MeTAI 部署的 XR 的一个优势是基于大规模协作的工作流程的可用性，因此可以公平地比较和改进各种品牌的硬件和软件，并在患者和专业人员之间进行生动及时的互动。

　　这将将带来明显的临床益处。首先，每个患者都可以匹配到性能最佳的成像资源和最合适的成像协议。此外，患者头像允许「奇妙的航行」来查看人类或 AI 放射科医生识别的任何病理。MeTAI 与活动追踪器相结合可以让人们过上更健康的生活方式。最终，面临多种选择的患者将启动平行世界来评估他们的结果。这些预测应提高对规定治疗的信任度并促进依从性。

　　原始数据共享

　　医学成像数据的主要来源是医学断层扫描仪，它会生成大量多维测量数据，然后使用复杂的算法将这些数据重建为图像。缺乏对断层扫描原始数据（如 CT 正弦图）的研究访问权限一直是研究人员长期存在的问题，并且在基于 AI 的医学成像时代变得更加有害。

　　在 MeTAI 中，所有物理 CT 扫描仪模型的虚拟双胞胎可以扫描数字患者以生成虚拟「原始」数据。然后可以在虚拟数据和图像域中执行 AI 分析。在不泄露特定于供应商的敏感信息的情况下，这种逼真的模拟数据应该比来自真实机器的原始数据更容易共享。

　　增强监管科学

　　AI，尤其是深度学习，极大地促进了医学成像，考验着监管科学在此类人工智能医疗设备上市前审查中的局限性。人们普遍认识到，深度神经网络通常存在泛化性问题，并且容易受到对抗性攻击。必须解决这些挑战以优化收益和安全性。

　　为了提高在监管提交中使用计算建模的信心，FDA 发布了一份「评估医疗器械提交中的计算建模和仿真的可信度」指南草案。此外，FDA 还启动了「医疗器械开发工具」(MDDT) 计划。非临床评估模型可以作为 MDDT。医疗设备供应商和开发人员可以在指定的上下文中使用合格的工具来支持其产品的上市前审查，而无需进一步的验证证据。沿着这个方向，MeTAI 可以更全面地从患者、他们的化身和幻影生成数据集，无缝集成这些数据集，广泛共享信息并实现基于 AI 的 SaMD 的动态评估。此外，MeTAI 可以协同多任务处理和系统生物医学的数据集。在 MeTAI 等前所未有的混合环境中使用计算方法可能比传统的临床试验提供更多信息、更稳健且负担更小，以评估医疗设备的性能。

　　元界医学干预

　　MeTAI 最深远的影响将在于从业者和患者如何使用医疗数据和应用工具来了解疾病、选择疗法和进行干预。

　　这些潜在的好处都不是免费的，在采用的早期阶段，忙碌的从业者可能会因 MeTAI 感到压力或分心。随着 MeTAI 的开发和部署，将出现对从业者进行培训和认证的需求。自然地，MeTAI 与协作和持续学习以及多机构项目相兼容，并且通过与现实世界中的虚拟世界相媲美的交互，便于团队培训和共同开发。

　　特别感兴趣的是 embodied AI，其中 AI 代理不仅从数据中学习，还通过交互学习。MeTAI 中的化身可以升级为具体的 AI 代理，促进双向价值对齐，因此化身可以对辐射剂量、医疗成本和各种治疗方案的副作用概况有偏好。这种化身个性还可以实现基于元宇宙的调查、决策和利益集团的形成。

　　MeTAI 生态系统

　　就像社交媒体变得无处不在一样，随着上述和其他用例的实现，MeTAI 可以成为医疗保健的变革支柱。重要的是，MeTAI 生态系统与其他医学影像模拟管道的区别在于无与伦比的数量和类型的数据集、庞大的社会规模以及对用户沉浸、交互和协作的强调。因此，虚拟世界需要一种架构和基础设施，能够和谐地集成患者、医生、研究人员、算法、设备和数据。鉴于 MeTAI 的革命性，显然存在可预见的挑战，需要我们迅速采取行动，为 MeTAI 元宇宙的发展制定最佳路线。

　　隐私和安全

　　隐私和保密对 MeTAI 至关重要。在元宇宙中获取的一些医疗数据必须受到现有或未来隐私立法的保护。一个设计良好且具有安全计算能力的 MeTAI 系统可以在不泄露敏感或私人信息的情况下利用原始数据。以联合学习作为初始步骤，可以探索更多机会来保护患者数据的完整性，并利用这些信息来推进临床实践和医疗保健。我们提倡患者在区块链技术的支持下，掌控自己的数据和虚拟形象，让自己的数字医疗资产随心所欲地共享。

　　网络安全是一个成熟的领域，它不断发展以应对不断涌现的新挑战。社会元宇宙已经遇到了骚扰问题。在 MeTAI 中，骚扰可以表现为对算法的对抗性攻击、对化身的修改和传统的人类不当行为。这些是所有元宇宙中固有的。

　　正在制定方法和规则来解决这些问题。MeTAI 受到与任何其他软件或硬件产品相同的安全问题的影响。然而，我们乐观地认为所有这些问题都可以逐步得到解决。MeTAI 提供的证据质量有望迅速提高，而由此产生的数字证据一旦得到验证，将促进各种创新的临床转化。

　　经营与投资

　　当使用 XR 和其他工具的基于虚拟世界的交互和干预可用时，我们设想的基于虚拟世界的应用程序和新场景将带来额外的责任和运营开销。最终，将实现医疗保健节省，这些与通过付费专区将某些 MeTAI 数据货币化相结合，将补偿增强的工作流程。

　　采用 MeTAI 需要对软件、硬件和基础设施进行投资。一个问题是如何为 MeTAI 开发提供资金。据设想，MeTAI 的开发和采用将分阶段进行，每个阶段的资金来源可能不同。首先，在探索阶段，许多支持 MeTAI 的技术将需要由公司和大学开发。在此阶段，资金主要来自政府和行业的赠款。一旦确定了可行性，MeTAI 就会进入早期采用阶段，在此阶段可以采用 MeTAI 的应用程序，这些应用程序提供了具有明显优势的渐进式改进，以实现成本节约。由于其直接价值和潜在的财务节省，老牌公司和风险资本家将有强烈的动机为 MeTAI 的发展提供资金。在下一阶段，将采用更多 MeTAI 技术以获得高潜在回报，但也可能存在风险。这些努力可能会通过风险投资获得资金。技术创新者和早期采用者将开发、测试和展示优势，以证明和吸引投资。可以调整为其他情况开发的评估方法以确定 MeTAI 的价值。

　　缩小差距

　　上述识别最佳扫描仪的应用可能与只有一台机器可用的地区的患者无关。然而，成像数据采集、重建和后处理参数仍然可以在可用扫描仪上针对患者进行优化。学术界和工业界应该通过努力实现公平的医疗保健来应对这种不平等的挑战。

　　相关研发需要迭代，MeTAI 提供了一个理想的环境和及时的反馈路径。由于 MeTAI 可能会进一步提高低成本扫描仪的性能，因此可以预期由此产生的差异减少。目前，扫描仪仍由技术人员亲自操作。MeTAI 提供了一个共享优质资源和专业知识的场所。在 MeTAI 中，人工智能模型和专家可以在任何地方监督成像仪的使用。

　　在治疗方面，过去几十年改善全球健康的努力极大地增强了低收入和中等收入国家的软件和硬件，尽管提供人类专业知识以最好地利用它们的需求仍然具有挑战性。MeTAI 将有可能帮助克服这些障碍。据预测，从 MeTAI 获得的知识将使设备和算法的进化成为更快、更便宜和更好的过程。我们希望，在 MeTAI 的推动下，医疗保健方面的差异最终将在未来消除。

　　结论

　　元宇宙是快速而深刻的技术和社会学发展的汇合点。它包含代表我们的化身并复制我们周围的许多物体，例如医学成像设备，并且有可能涵盖许多学科。

　　我们相信，医疗元宇宙 MeTAI 最终将成为现实。现在是集体努力开创这样一个元宇宙的时候了。这些努力包括但不限于收获唾手可得的成果，将 MeTAI 开发成具有成本效益、用户友好的，高性能、可靠、安全、公平和道德，同时以可衡量和可衡量的期望来缓和「元宇宙炒作」。