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

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。

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。

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。

  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。

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。

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。

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。

 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。