探索丨葛均波院士：元宇宙在心血管健康中的应用

葛均波院士：“人工智能（AI）的出现促使我们心血管医生停下忙碌的脚步，深入思考究竟怎样的医生可以被称为一名好医生。或许，作为一名心血管医生，保持与时俱进、与时代同频的步伐，利用现代化技术，才能为患者提供更好地服务，成为患者口中的好大夫！”在CCIF&CCPCC 2023开幕式中，复旦大学附属中山医院葛均波院士把握时事热点，从临床心血管医生的角度出发，深入思索元宇宙在心血管健康中的应用。

 

在本届CCIF&CCPCC 2023的展会中，展示了一种新颖地心电图监测仪，你只需要近距离靠近这个“化妆盒”一般大小的仪器，它就可以不受任何干扰的监测你的心电图。这种虚拟应用于现实世界的高科技是医疗领域的一种元宇宙应用模型。

仔细想想，其实现实世界的一切现象都可以在虚拟世界中寻到踪迹。一些当时被描述的虚无缥缈的世界，随着时间的推移，都会逐步演化成一些有迹可循的现实存在。

广义来说，Metaverse的四种形式、两个维度，同样适应于心脏元宇宙。在“增强-模拟”、“外部-内在”的两种维度下，心宇宙可以实现：1.增强现实，3D心脏动画及AR眼镜；2.生活记录，心血管健康可穿戴设备；3.镜像世界，实时医学教育空间；4.虚拟世界，虚拟医院和虚拟诊疗室四种形式。

当然，上述四种形式也是心血管医生努力追求完成的目标，由Metaverse到CardioVerse才可以真正助力心血管领域的临床应用。

在早期常规的临床诊疗中，医生对患者要进行“望触叩听”四个步骤，以及完善的体格检查来识别疾病，协助诊疗。但随着科技的发展，这些远远不够。人工智能的出现，结合了患者生活方式、遗传学、肠道菌群、社交媒体等大数据，全方位、多角度对患者进行疾病筛查、风险预测、辅助诊断、辅助治疗和随访监测。这大大提高了临床诊疗效率，减少了漏诊、误诊疾病的发生。

元宇宙人工智能是渗透在医疗领域全方位应用极其重要的存在。

从常规检查早期发现重要疾病。你可以想象，心血管内科常用的12导联心电图，在通过人工智能的深度神经网络学习后，居然可以帮助我们诊断一些隐匿性疾病，像心脏瓣膜病、LVEF↓/收缩功能障碍、舒张功能障碍、肥厚型心肌病、贫血等。

心电图筛查主动脉瓣狭窄。你可以想象，12导联心电图通过AI的智能学习后，可以精准的诊断主动脉瓣狭窄。

你还可以想象，元宇宙人工智能整合多组学精准预测风险；能按照年龄融合多维参数用于一级预防；能用于诊疗路径指导。可以说，这些应用对未来医疗领域都是革命性的转变。当然，它的优势不仅于此。

慢性心力衰竭优化药物治疗的提醒系统。它可以根据EF值、当前血压、心率、血清钾、肌酐、eGFR，系统自动提醒心衰GDMT，选择BB、ARNI/ACEI/ARB、MRA和SGLT2i，结果就是显著提高GDMT的使用。

促进房颤抗凝药物的规范使用。它可以嵌入电子病历系统，链接医嘱系统，根据诊断、病史等关键字段自动计算卒中高危评分，自动识别抗凝药物医嘱，对有抗凝指征而未处方的病例自动弹出提醒，以及要求医师写明不抗凝的理由。

扩展现实技术是贯穿到每个患者疾病诊疗的全过程，从患者教育，到术前评估，到治疗康复，再到术中过程，现在的虚拟现实、混合现实和增强现实很多软件可以帮助我们进行这个步骤。

指导血管腔内治疗。扩展现实技术可以帮助我们通过VR眼镜，模拟血管内场景，熟练各种血管腔内病变进行手术操作，避免一些并发症发生。

虚拟现实技术用于远程医疗。Metaverse通过虚拟办公室补充远程医疗访问，患者和医生可以在3D诊所或任何其他虚拟地点会面。例如，由牛津大学丹尼尔·弗里曼博士和同事开发的虚拟现实系统gameChange使用虚拟现实技术，使用一种被称为数字疗法或DTx的医疗技术来治疗精神病。

在元宇宙世界中，万物互联，这就是物联网技术的核心原理。医生借助远程医疗、数据分析（可视化）、可穿戴设备、社交网络、远程监测和移动健康，将患者所有数据整合到一个综合系统或平台上，最终再做出全面判断或诊疗。

机器人辅助介入操作系统

借助物联网可实现上海→海南→任意地点。2021年3月13日，西门子医疗Corindus途灵最新一代CorPathGRX介入手术机器人在海南博鳌超级医院完成其国内首例机器人辅助下冠状动脉介入治疗(PCI)手术。

元宇宙：可穿戴设备互联，助力慢病管理。在万物互联的元宇宙世界里，建立患者-多功能可穿戴监测设备-互联网医疗平台-电子病历系统-医师的衔接。通过患者穿戴的智能手表、袜子、手机、血压仪等互联设备，实时监测生命体征变化，随时调整对患者的管理。

元宇宙：慢性心力衰竭的远程心脏康复。临床慢性心力衰竭重在患者管理，医生可以通过蓝牙连接3导联心电图、外周血氧饱和度、血压、体重、软件等，进行检测及上传、远程通讯、电子病历记录信息。

区块链是医疗元宇宙领域的重要组成部分，因为它允许通过智能合约控制去中心化，并记录数字世界中的环境甚至物品的“所有权”。高价值的健康数据的管理和安全经区块链在医疗保健领域最突出的应用。目前，在数据所有者看来，数据经常以低效和不透明的方式在许多公司之间传输。由于健康数据保存于中央计算机，患者信息很容易被盗。因此使得需要合理使用数据的人(比如医生)也很难获取数据。

区块链技术整合患者个体化的数据，可授权访问。通过区块链技术，患者从出生到老年的全生命周期数据均可以安全地整合到患者自己独有的电子病历系统中，患者还可选择何时向何人授权访问其医疗记录。

区块链技术具有多种应用场景，例如门诊医生通过图像共享技术获取患者历史数据；医疗从业者、医疗顾问、学者研究人员和护士通过图像共享满足多方需求的图像检索；手术医生通过图像共享加深建模和机器学习，实现从临床到诊疗过程；实验室研究者和第三方医疗机构通过图像共享完成辅助治疗和健康咨询。

Digital twins在医学中的应用就是元宇宙在医学应用中的核心。数字孪生是使用真实世界数据创建的任何对象、过程或系统的虚拟模型或模拟，以此了解更多关于其真实世界对应对象的信息，在元宇宙中，患者的数字孪生可能是患者自己。

构建个体化的数字孪生

通过数字孪生技术在元宇宙空间构建患者个性化的映射体，用于诊断，预后判断和治疗优化。也就是结合患者生物学机体、器官、组织、细胞的数据后，转换到模型里，在数字孪生的虚拟患者身上预测疾病发生率，患者诊断和预后，以及最佳治疗措施。

元宇宙构建患者的数字孪生，基于AI监测泛血管健康。数字孪生患者汇集老王的所有数字健康数据(泛组学数据)，并与人工智能交互，以监测老王的泛血管健康状况。人工智能不断地将老王的数据与其他人的健康数据进行比较。通过这种方式，数字孪生患者模型可以模拟、预测老王未来健康状况，以及下一步可能的诊断和治疗。数字孪生患者模拟未来的情景，在老王的病情恶化之前采取预防措施。人工智能为老王和他的医生提供针对性的预防或后续检查建议。医生在远程医疗场景与老王会面后批准适当的检查。

患者心悸，数字孪生通过多维参数，认定与饮用咖啡有关。老王通过数字孪生患者、数字孪生环境、居家检测、可穿戴设备等，在数字空间建立网络。老王的智能手机和可穿戴设备为他的数字孪生患者提供医疗和生活方式数据，以监测老王的病情，包括血压、氧饱和度、心率、心电图，以及泛血管多维度信息，甚至连老王的智能咖啡机也连接到网络上，收集他的咖啡饮用数据。突然，老王的心率短暂上升，但通过对他的咖啡机和智能手表数据的综合评估，人工智能将这归因于老王几分钟前喝的一杯非常浓的浓缩咖啡。

数字孪生建议患者购物途中进行心脏超声检查，便捷的同时又能很好的预防。朋友今晚要来参加烧烤，老王要去购物中心买些肉。此时他的智能手机上弹出一条消息:“你可以去购物中心时进行心脏超声检查”。他的数字挛生患者建议道：“你应该进行预防性检查，你的心脏病专家已经同意了本项检查”。老王认为这是个好主意，他甚至不需要绕路，因为诊断中心正好位于他要去的购物中心，在进行心脏超声检查后，老王的数字孪生患者未发现异常。

数周后，患者突发不适，数字孪生判定为心律失常。一个炎热的夏天，老王在花园工作，已经开始在耀眼的阳光下出汗了。他的数字孪生患者注意到了这一点，并通过智能手机警告老王即将出现电解质失衡:“请立即喝水”。然而，老王全神贯注于除草，以至于错过了这一信息。突然，老王出现头晕、大汗、胸部不适。数字孪生患者提示:“你的心跳不规律，这次与浓缩咖啡无关”。人工智能立即将老王的当前数据与持续监测的数据进行比较，并得出结论，当前出现心律失常。

数字孪生与患者交互，安抚患者。老王担心自身健康状况，老王的数字孪生患者立即通过他的智能手机联系他。与老王一起，数字孪生患者进一步回顾了发生心律失常的可能原因。老王的血压怎么样?他的心电图有什么变化吗?异常节律是否属于早搏?是否是房颤?人工智能为老王提供了下一步怎么做的建议，老王可以向人工智能提出问题。通过这种方式，人工智能获得了事件发生全貌，并根据情况安抚老王的不安情绪。

数字孪生将数据发送给医生，制定下一步诊疗策略。老王的数字孪生患者向老王的“真正”心脏病专家发送警报和当前数据，并提供基于数据的可能诊断概率和下一步检查建议。心脏病专家审查了这些信息，并得出结论，老王目前的情况危急生命的可能很低。医生同意人工智能的观点，为老王预约了心血管CT检查。

人工智能早期识别心脏事件，警报并提醒开展急救。10年过去了，老王未发生心血管事件，他庆祝了自己的75岁生日。几天后，老王在花园工作，人工智能通过传感器记录到心电信号的改变，而此时他尚无症状。人工智能通过所有数据资料，预测他很快会发生心脏事件，立即发出警告，同时呼叫救护车。人工智能识别最近的可进行心血管介入的医院，并向医院提供所有数据，让医院做好准备同时通知家属，并告知病情。

In the near future，上述一些元宇宙应用慢慢实现并应用于临床。

In the future，虚拟医院依赖可穿戴设备远程获取数据以及一滴血多组学测试，人工智能辅助，实现精准诊疗。

作为一名心血管医生，我们时刻在思索，如何为患者带来最大的获益。在科学技术突飞猛进的今天，逐渐衍生出的医学元宇宙激发了我们的好奇心，渴望征服的野心也推动者我们不断向前。

作为元宇宙最核心的应用，上述老王的数字孪生患者，清晰地为我们展现了患者的整个生活和诊疗过程，这种完全可控、预测式的诊疗方式切实为患者带来了生存受益。未来，我们都将做到将患者当作一个医学整体来对待，而不再是头疼医疼，脚疼医脚。

 专家简介 

葛均波 院士

复旦大学附属中山医院

中国科学院院士，中国心血管健康联盟主席，主任医师，教授，博士生导师，复旦大学附属中山医院心内科主任，心导管室主任，上海市心血管病研究所所长。世界心脏联盟常务理事，亚太介入心脏病学会主席，国际心脏病大会顾问委员会委员。致力于冠心病病人心肌微循环灌注障碍方面的研究，他对冠状动脉血流缓慢综合征的研究阐述了假性冠状动脉血流储备正常的机制，获九三学社抗击新冠肺炎疫情先进个人荣誉称号、全国先进工作者。

科室主页