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AR/VR的风往哪个医疗领域吹?又一AR手术导航系统获3000万美元融资

肖倩 2022-07-16 08:00

最新一波的AR/VR热潮要从元宇宙说起。

 

元宇宙,一个关于虚拟世界的新词,指运用科技手段制造一个与现实世界平行的虚拟世界。去年下半年,Facebook的CEO扎克伯克宣布进军元宇宙,这个来自科幻小说的名词引发全网热议。元宇宙是概念炒作还是实际趋势我们尚且不论,但是作为元宇宙底层技术的AR/VR行业着实又被带火了一把。

 

前几年AR/VR行业资本市场惨淡,但其“祖上也曾富过”。2012年,谷歌发布谷歌眼镜,AR/VR技术走进大众视野,其后微软等大厂也加入战局,一路发展到2016年迎来第一个热潮,全年该领域产生了203次交易。

 

但没想到“出道即巅峰”,2017年AR/VR市场斗转直下,其在医疗领域的风头也被人工智能、机器人等新技术超越。

 

回顾2016年,AR/VR医疗的热门项目集中在个性化健身、教育培训、临床辅助、心理障碍这四个领域。随着技术发展、市场变化,手术部门成为主导AR/VR医疗市场的新需求。

 

传统介入X线辐射“避无可避”,Centerline开发AR手术导航系统


Centerline Biomedical是一家开发AR影像介入导航的医疗企业,由创始人Vikash Goel成立于2014年,总部位于美国俄亥俄州克利夫兰。其旗舰产品IOPS系统于2019年7月获得FDA批准,用于主动脉腔内修复术(EVAR)术中AR导航。

 

影像导航在介入中起着重要作用。目前绝大多数的介入治疗都是徒手穿刺,就像一辆车行驶在陌生的复杂道路上。汽车需要GPS,GPS上显示地图和车辆定位,介入手术也需要通过各种方式显示患者解剖结构,定位手术器械所在位置。

 

目前介入中使用频率较高的影像引导方式有数字减影血管造影(DSA)、超声、MRI、CT等。

 

其中DSA使用频率较高,但是X线辐射影响最大;超声引导经济、实时、不用造影无辐射,但是清晰度低,视野有死角;MRI视野清晰但价格昂贵;CT引导经济且图像清晰,但是存在X线辐射和延迟。

 

X线辐射是介入科医护人员常见的职业危害因素。介入科医护人员日常工作暴露在超剂量的X线辐射中,短期头痛、头晕、免疫力低,长此以往就存在造血、免疫、神经方面的影响,比如X线之父伦琴就死于癌症。

 

为了减少传统介入手术中“避无可避”的X线辐射,Vikash Goel成立Centerline Biomedical开发低辐射术中导航系统,这其中还有一个悲伤的故事。

 

Vikash Goel在康奈尔大学计算机系求学时,认识了导师的儿子Roy Greenberg博士,一位克利夫兰诊所的主动脉修复医生。二人志趣相投,Roy Greenberg博士邀请Vikash Goel参与克利夫兰诊所的一个项目——介入影像导航IOPS技术。其后十年他们一直在一起工作,直到Roy Greenberg博士因癌症去世,此时距IOPS技术问世只差临门一脚。

 

许多人都认为Roy Greenberg患癌是因为长期暴露于超量的X射线中,2014年,Vikash继承好友的遗志成立Centerline Biomedical,致力于减少介入科辐射暴露,并推进术中导航成像。

 

2016年,Centerline Biomedical进行首次临床前研究,证实即使没有X线透视,也能通过手术导航系统掌握内部结构。

 

3D彩色图像+电磁定位技术,实现低辐射无造影术中导航

 

2019年,FDA批准IOPS系统用于主动脉瘤腔内修复术(EVAR)术中AR导航。

 

主动脉瘤腔内修复术(EVAR)是治疗腹主动脉瘤(AAA)的常用的方法,一般认为腹主动脉内径 ≥ 3 cm时构成腹主动脉瘤。EVAR的主要步骤是从股动脉或者髂动脉置入导管,然后在数字减影血管造影(DSA)监控下向AAA置入一枚或者多枚可折叠支架。支架横跨动脉瘤上下从而阻止血流流入动脉瘤瘤腔,最终将动脉瘤瘤腔栓塞封闭。

 

一次介入手术的X线辐射对于普通患者来说影响不大,但一台EVAR通常要用150ml左右的造影剂,这对造影剂严重过敏的患者来说已经危及生命。

 

 IOPS技术摈弃了传统的DSA导航,将术前CT动脉造影图像转化成3D彩色图像,再将3D图像呈现在手术室的显示屏上。

 

影像3D重建可以让医生透过皮肤看清患者的解剖结构,那如何知道手术器械的位置?目前的定位技术有机械定位、光学定位和电磁定位。机械定位发展最早,精度不高;光学定位利用带有标记物的手术器械定位,多用于外科。电磁定位技术提出时间最短,在微创介入领域有独特优势。

 

 IOPS®系统采用电磁定位技术,在操作台下方放置一台电磁场发生器,配备磁场定位传感器的手术设备,磁场会使传感器产生电信号,再耦合影像图像和电信号,即可得出穿刺针运动轨迹。为了减少误差, IOPS®系统在患者腰部放置定位校准贴片。


dquidfj【.jpg  IOPS®系统示意图 图源官网

 

根据Centerline Biomedical官网介绍,使用IOPS®系统进行穿刺所需时间仅为传统2D导航的53.4%。并且IOPS®系统采用3D彩色图像,实时跟踪穿刺针,优于传统的2D灰色图像。

 

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IOPS®系统与传统2D图像对比 图源官网

 

2020年4月,IOPS®获批后首次在诊所中使用,此后开始了商业化道路。Centerline Biomedical提供三种支付方式:固定费用按月支付、使用设备后分期支付、个性化定制支付方案。

 

即将推出LOPS技术两类新应用:外周血管疾病、结构性心脏病

 

除了EVAR,Centerline Biomedical还有四条研发管线:外周血管疾病、结构性心脏病、神经血管疾病、血管内&血管外应用,其中前两项已经启动。

 

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Centerline Biomedical研发管线 图源官网

 

Centerline Biomedical近期完成了一项关于AR技术在心脏手术中导航的可行性动物研究,Centerline Biomedical给新的AR技术命名为4D-GNC技术,该技术建立在IOPS®产品的基础上,使用四维结构映射和通过心脏的增强现实引导。

 

事实上,Centerline Biomedical对结构性心脏病的关注早在2018年就开始了。

 

2018年初,Centerline获得了NIH / STTR I期拨款,以利用HoloLens® AR技术进行主动脉瘤修复手术(直到现在HoloLens®仍未被FDA批准用于IOPS®系统)。又在2018年8月获得另一项NIH拨款,重点研究IOPS技术应用于心脏瓣膜置换,同时进一步开发AR技术。

 

创始人Vikash Goel认为,结构性心脏病是一个价值数十亿美元的超级市场,也是医疗保健领域增长最快的细分市场之一。如果有一款辐射量不高,成像精准的手术导航系统,将会使复杂的结构性心脏病手术变得简单。

 

近日,Centerline Biomedical宣布完成3300万美元B轮融资,本轮融资由克利夫兰诊所领投,GE Healthcare、RIK Enterprises、JobsOhio、Jumpstart Ventures和G2 Group Ventures参与。值得注意的是GE医疗也参与了本轮融资,作为其医疗AR/VR布局的一部分。

 

据Centerline Biomedical介绍,本轮融资将用于新的产品研发,加速获批产品商业销售,并增加临床证据库。

 

AR手术导航快速发展,已有多个细分领域

 

AR技术最初只存在于人们的描述中:面前空无一物却悬浮有影像,大手一挥影像改变。随着科技进步,AR走进现实,如今AR已经被运用在各行各业。也是得益于AR/VR技术的大量运用,元宇宙这一想法才不至于听上去荒诞不羁。

 

据Global Market Insights数据,2020年,全球医疗AR/VR行业市场规模在19亿美元以上,未来几年将以超35.8%的年复合增长率增长,手术部门将是最大的增长动力,其中就包括手术导航系统。

 

手术导航系统在过去二十几年得到了快速发展,CT、超声、X线、MRI都是手术导航系统中的重要技术,如今AR技术也在手术导航系统中占有一席之地。

 

目前AR手术导航显示技术有以下几类:

 

一是直接输出视频显示,将解剖结构经过3D重建,生成影像叠加其他场景显示在视频中,这也是目前最主流的AR显示方式。分为固定显示器和手持移动显示器,本文所介绍的IOPS®系统就是典型的固定显示器。在普通视频显示基础上,又发展出3D视频,医生佩戴3D眼镜观看,这种一般需要手术室环境昏暗,所以常用于内窥镜手术。

 

二是立体显示,毕竟视频再清晰也不如人眼清晰,立体显示技术将3D重建影像直接叠加在医生视野中。立体显示又分两类,半透明式屏幕和可透视的头盔。例如,美国HoloSurgical研发的手术导航系统便是使用半透明式屏幕,透过手持屏幕可以肉眼看到手术部位,同时3D图像呈现在屏幕上。微软的Hololens透视头盔被常用于AR手术导航,例如Novarad近期获FDA批准的AR手术导航系统VisAR,就是使用微软HoloLens 2头盔引导脊柱手术。

 

最后是直接投影AR显示,即3D图像直接投影在人体上。

 

GEQRGFWE.png AR手术导航显示技术


可以预见,手术导航技术未来还会不断发展,尤其是在介入治疗领域,不仅提高准确性和工作效率,而且减少X线辐射和造影剂并发症。

注:文中如果涉及企业数据,均由受访者向分析师提供并确认。
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肖倩

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