本文内容如下e-collection /主题问题:

生物医学工程评论(10) 增强现实(包括b谷歌Glass)应用(78) 数字健康评论(826) 虚拟现实与虚拟世界(384) 远程保健和远程监测(1204)

发表在在第八卷（2023）

本文的预印本(早期版本)可在https://preprints.www.mybigtv.com/preprint/42709，首次出版．
远程医疗服务中的混合现实平台:范围审查

远程医疗服务中的混合现实平台:范围审查

远程医疗服务中的混合现实平台:范围审查

本文作者:

Hemendra Worlikar1 作者:Orcid； 肖恩·科尔曼1、2 作者:Orcid； 杰克凯利1、2 作者:Orcid； Sadhbh奥康纳1、2 作者:Orcid； Aoife穆雷1 作者:Orcid； 特里麦克维3. 作者:Orcid； 詹妮弗·多兰1 作者:Orcid； 伊恩•麦凯布1 作者:Orcid； 德里克·奥基夫2,4,5 作者:Orcid
文章 作者 引用的 Tweetations (2) 指标

    审查

    1健康创新工程实验室，Cúram科学基金会爱尔兰医疗器械研究中心，戈尔韦大学，戈尔韦，爱尔兰

    2爱尔兰戈尔韦，戈尔韦大学医院医学部

    3.英国伦敦皇家马斯登国家卫生服务基金会信托癌症遗传学组

    4爱尔兰高威大学医学护理与健康科学学院医学院

    5利默里克大学科学基金会爱尔兰软件研究中心，利默里克，爱尔兰

    通讯作者:

    Hemendra Worlikar，理学硕士

    健康创新工程实验室

    Cúram科学基金会爱尔兰医疗器械研究中心

    高威大学

    拉姆研究所

    戈尔韦，H91 TK33

    爱尔兰

    电话:353 899413431

    电子邮件:worlikarhemendra09@gmail.com


    背景:数字现实平台的特点，即增强现实(AR)、虚拟现实(VR)和混合现实(MR)，已经扩展到医学教育、培训、模拟和患者护理。此外，这种数字现实技术与信息和通信技术无缝融合，创造了丰富的远程医疗生态系统。这篇综述提供了在临床环境中使用磁共振平台提供远程医疗前景的综合概述。

    摘要目的:本综述确定了高保真数字显示技术的各种临床应用，即AR, VR和MR，使用远程医疗功能交付。接下来，本文将重点介绍远程医疗中AR、VR和MR组成中使用的技术特征、硬件和软件技术。

    方法:我们使用方学框架和报告设计进行了范围评价，并使用PRISMA-ScR(系统评价和范围评价扩展元分析的首选报告项目)指南进行了范围评价。全文英文文章来自Embase、PubMed和Web of Science数据库。搜索协议基于以下关键字和医学主题标题获得相关结果:“增强现实”、“虚拟现实”、“混合现实”、“远程医疗”、“远程保健”和“数字健康”。制定预定义的纳入-排除标准，对获得的结果进行筛选，最终选择文章，然后进行数据提取和综述构建。

    结果:我们确定了4407篇文章，其中320篇符合全文筛选的条件。本综述共收录了134篇全文文章。远程康复、远程监护、远程会诊、远程监测、远程精神病学、远程外科和远程诊断是远程医疗部门探索使用AR、VR和MR平台的部分。在纳入的研究中，使用VR的远程康复是最常见的重复部分。AR和MR主要用于远程监护和远程会诊。随着远程医疗而出现的数字现实技术最重要的技术特征是虚拟环境、游戏、3D化身、远程呈现、锚定注释和第一人称视角。技术的不同安排——3d建模和查看工具、通信和流媒体平台、文件传输和共享平台、传感器、高保真显示器和控制器——构成了大多数系统的基础。

    结论:这篇综述构成了使用远程医疗设置的各种临床应用中不断发展的数字AR和VR的最新概述。远程医疗与增强现实、虚拟现实和核磁共振相结合，可以远程促进临床专业知识和家庭治疗的进一步发展。本综述探讨了数字卫生部门用户可用的快速增长的技术套件，并审查了它们带来的机遇和挑战。

    中国生物医学工程学报(英文版);2009;31 (2):591 - 591

    doi: 10.2196/42709

    关键字

    增强现实； 虚拟现实； 混合现实； 远程医疗； 电子健康； 移动健康； 移动健康


    背景

    远程医疗是指通过信息和通信技术(ICT)渠道远距离提供临床保健服务。远程医疗在促进远程医疗服务方面克服了地理障碍。在此基础上，远程保健的概念扩展到包括医疗专业人员的继续健康教育、研究和评估，同时促进个人和社区的健康成果[1]。远程保健广泛包括提供远程保健服务，包括医疗提供者培训等非临床服务;医学教育;公共卫生教育;行政会议;临床数据的电子交换使诊断、评估、咨询、治疗和护理管理成为可能。随着现有技术的改进，远程保健一词也在不断发展，因此“数字保健”一词现在经常被用作一个更具包容性的术语，反映了各种不同类型的技术和电信系统在卫生保健服务中的应用。数字保健平台可以是由信息通信技术基础设施支持的供应商对供应商或直接面向消费者的系统[2，3.]。在过去几年中，远程医疗部门得到了有效的发展，并由于COVID-19大流行的限制而呈指数级增长。根据《财富商业洞察》(Fortune Business Insights)发布的报告，2020年全球远程医疗市场规模估计约为1443.8亿美元，到2028年可能达到6363.8亿美元[4]。

    从现实-虚拟连续体模型来看，根据Milgram等人[5(见图1)，真实的环境是在没有任何计算机生成实体覆盖的情况下看到的，而在这个连续体的另一端，沉浸式虚拟现实(VR)是通过头戴式显示设备观察到的完全增强的计算机生成环境。在基于增强现实(AR)的显示中，数字信息或实体被叠加在真实环境中，从而在真实环境和虚拟环境之间观察到现实的不同方面。这些增强现实可以通过光学透明头戴式显示器(hmd)、移动电话、平板电脑或计算机显示器来发现[5]。

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    图1所示。Milgram等人对现实-虚拟连续体的表征[j]5]。AR:增强现实;AV:增强虚拟;MR:混合现实;VR:虚拟现实。

    在增强现实技术中，数字生成的数据直接与用户的现实环境相吻合，用户可以看到计算机生成的2D或3D实体，如全息图。叠加或映射到现实世界空间的虚拟实体通常使用光学透明显示器(如hmd或基于移动设备)呈现，也允许立体可视化。下一个最先进的现实平台形式是混合现实(MR)，它跟随AR的脚步，允许通过手势输入、凝视识别或控制器与这些虚拟实体进行交互。VR平台是一个完全增强的数字表示，具有2D或3D虚拟环境或物体，可以复制现实生活中的环境。VR为视觉和听觉刺激提供了引人入胜的感官感知。沉浸式VR依赖于头显或独立的VR设备，而非沉浸式VR依赖于显示器显示[6]。

    VR和AR技术在医学上的引入一直集中在临床相关研究上。结合这种数字现实的关键领域是外科、心理学、神经系统疾病、康复和医学教育[7]。基于VR和ar的平台的3D成像功能已被用于科学实验成像数据的可视化、手术计划和研究解剖学的工具，以及教育和远程医疗的其他协作接口[8]。手术模拟使用了数字现实，而VR主要用于视觉和触觉渲染，而AR和MR主要用于跟踪系统和图形渲染，后者用于真实的手术环境[9]。采用模拟方法的虚拟现实教育培训对护生的有效性与标准教育培训模式在技能、信心、满意度和绩效时间方面的效果相当[j]。10]。目前AR软件在医疗标准中的应用前景是以治疗和培训为基础的[11]。使用磁共振平台的外科发展已被视为培训和模拟技术、先进成像和导航以及扩大临床应用范围的主要利用工具。最近，MR已被应用于神经外科、耳鼻喉科、眼科、泌尿科和牙科[12]。数字现实技术已被纳入神经外科亚专科几个颅脑应用的术前手术计划中[13]。基于vr的暴露疗法用于各种精神疾病，如焦虑、创伤和压力、神经认知障碍和几种精神障碍。研究表明，VR的效果对治疗具有持久的积极效果[14]。基于vr的训练在改善脑卒中患者执行肢体功能和认知功能方面效果显著[15，16]。

    目标

    许多已发表的研究审查了增强现实和虚拟现实能力在医学研究和实践中的应用，但没有详细说明其对远程保健的影响，从而弥补了这一研究差距。本系统的范围审查概述了临床环境中使用远程医疗平台交付的AR和VR应用的前景。这篇综述为最终用户和提供者提供了当前AR、VR和MR在远程医疗服务中有效使用的最新情况，并强调了这些技术在未来的前景。本综述旨在探讨以下研究问题:

    • 哪些临床专科将AR、VR或MR等数字现实平台专门与远程医疗相结合?
    • 远程医疗中AR、VR或MR中使用的不同硬件和软件技术格式是什么?
    • AR和VR的哪些重要技术特征已用于远程医疗?

    概述

    本次范围审查采用了PRISMA-ScR(范围审查的系统审查和荟萃分析扩展的首选报告项目)指南的框架[17]。数据库中纳入的研究仅涉及通过远程医疗平台提供的高保真仿真技术(如AR、VR或MR)的应用。这项研究没有书面或公开的协议。

    数据库与搜索策略

    文章从Embase, PubMed和Web of Science进行了探索，以获得相关的证据。在一位大学图书管理员的支持下，开发了一个爆炸搜索策略字符串。搜索字符串包括适当的关键词和医学主题标题术语——“增强现实”、“虚拟现实”、“混合现实”、“扩展现实”、“远程医疗”、“远程医疗”、“移动医疗”、“电子医疗”和“数字医疗”。搜索策略最初是在Embase数据库上开发的，并使用预定义的过滤技术在其他数据库之间复制。整个搜索策略可以在多媒体附录1．

    合格标准

    所包含的研究必须满足通过远程医疗方法提供的AR、VR或MR的主动组件使用，并应在2016年至2021年之间发布，因为具有此技术格式的此类设备已上市，并参考第一代微软HoloLens的发布日期进行标记[18]。在同一时期，可以观察到AR和MR技术在社交或数字通信渠道中的协作方面[19]。远程医疗或远程保健包括广泛的保健服务，包括教育前景;然而，这篇综述将集中在临床方面，包括模拟。仅包括网上可用的英文全文文章。来自同行评审文章的全文，如随机对照试验、可行性研究、探索性研究、叙述性综述、系统综述、病例和队列研究、书籍章节和技术报告，被认为符合纳入条件。任何强调上述技术用于游戏、娱乐或医学教育的研究都被排除在外。通讯论文、信件、会议摘要(无全文)、社论、评论、海报展示和灰色文献也被排除在本综述之外。

    研究选择和数据提取

    将应用搜索策略从信息库中获取的论文导入到参考文献管理器EndNote 20库中，并丢弃重复的论文[20.]。三位研究者(HW、SC和JK)根据标题、摘要和关键词搜索进行了初步筛选。作者HW进行了入选标准和全文筛选。然后根据文章类型、研究设计、研究中涉及的临床状况、远程医疗通信模式、接受标准以及研究中使用的硬件和软件对选定的研究进行审查，以指导数据合成。最后，将研究的相关信息制成Excel (Microsoft Corp)电子表格，并生成数据的描述性综合。在我们的综述中，我们根据所纳入研究的描述性统计结果，总结并分组了使用数字现实平台的各种临床状况的各种远程医疗分支。详细介绍了数字现实技术在临床研究中的应用。


    概述

    从检索协议中确定的4407篇摘要中，有134篇全文文章符合纳入标准。共有1079条重复记录被删除，2598条记录在标题、摘要和关键词搜索后被丢弃，410条记录在初步筛选后被认为不适合，因为这些文章不是关于感兴趣的主题，目标与本综述的结果不一致，不符合纳入标准。在接受全文审查的320篇文章中，177篇文章被认为不相关，因为它们要么包含数字现实技术，要么包含远程医疗策略，但不是联合发表的，9篇文章在认识到HW、SC和JK发表的多篇论文后被排除在外(图2)。

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    图2。结构化文献检索和选择流程图。

    通过远程医疗实现数字现实平台

    如图3，虚拟现实和增强现实涵盖了大多数列出的远程医疗领域的合格研究。目前研究最多的领域是利用虚拟现实技术实现远程康复。其他涉及虚拟现实应用的子领域包括用于评估和治疗的远程精神病学、远程诊断和远程咨询。此外，AR和MR是远程监控和远程会诊的现实技术平台的主流模式。最后，远程手术和远程监控是远程医疗的两个子领域，AR技术在这两个领域呈现上升趋势。

    以临床为基础的数字健康应用被视为远程医疗领域的各种特定分支(图4)。Telerehabilitation是一种以康复为目的在家中或远程提供的临床后护理服务，在纳入的研究中构成了大部分纳入的远程医疗组[21，22]。从纳入的研究中可以明显看出，中风康复已成为这些服务的主要医疗条件。康复的不同方面，如功能性运动训练，包括上肢训练和精细运动技能，认知功能训练，视觉运动跟踪训练，平衡和步态训练，主要用于治疗中风后幸存者[23-41]。反过来，为了康复目的而使用远程医疗的患者群体报告说，他们的生活质量有所改善，日常活动增加，积极性也有所提高[42]。从所包括的多项研究来看，远程康复已经被实验作为一种基于家庭的治疗各种神经和认知障碍或疾病的方法，如帕金森病、获得性脑损伤、多发性硬化症、脑瘫、轻度认知障碍、阿尔茨海默病和痴呆症[43-58]。

    传统的物理治疗和行为治疗是非药物治疗，使用了这个远程传输平台。在少数研究中，以新型远程康复形式的家庭康复已被用于接受外科手术的患者，如全髋关节置换术、全膝关节置换术和全膝关节置换术，作为一种康复后的治疗措施[59-62]。幻肢痛患者的镜像治疗和慢性躯体疼痛患者的物理治疗都采用了这种远程远程治疗模式[63-68]。该领域也被应用于肌肉骨骼疾病的物理康复，为平衡障碍患者提供前庭康复治疗，以及为有跌倒风险的老年人提供运动疗法[2，69，70]。小儿组的物理治疗和脊髓损伤患者的音乐治疗已经探索了这一技术流[71，72]。肺部康复治疗呼吸系统疾病，如慢性肺呼吸系统疾病、肺纤维化和心肌梗死;低视力康复提供功能性视觉辅助;和COVID-19大流行已成为推动远程康复治疗的重要因素[22，73-77]。

    Telementoring是远程医疗的一个子集，反映了对医疗和非医疗人员进行维持生命程序的远程专家指导，如培训或远程导航[78]。在模拟环境中，在使用HMD或谷歌Glass的远程导师的帮助下，远程监护技术在治疗心脏骤停时提供心肺复苏的影响和可用性已经被不同的作者证明[79，80]。其他作者探讨了远程导航在术中远程导航以及模拟战场和紧急创伤的术前规划中的应用。在复杂的紧急手部重建手术中，用于术前规划和术中远程导航的远程监控方法已得到证实[81，82]。在患者模拟器模型上执行的前方损伤控制程序描述了右侧股骨枪伤和模拟创伤损伤，如环甲状软骨切开术引起的气道阻塞，已经使用远程指导进行了，肺减压，气管切开术或REBOA(复苏血管内球囊阻塞主动脉)导管部署，以在远程医疗专家的帮助下处理特定的创伤损伤[82-86]。利用离体动物模型评估了远程监控在开胸、植皮和筋膜切开术中应用的可行性[78，87，88]。远程监控在各种骨科、颅面外科、脊髓外科、血管外科和心胸外科手术计划的不同阶段发挥了巨大的作用[6，89-One hundred.]。

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    图3。数字现实技术与远程保健之间在所纳入研究中的合作。
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    图4。在特定远程医疗领域分类的不同临床状况和组的概述。

    远程咨询是远程保健服务的一个主要部分，大致包括使用信息通信技术的远程咨询服务。这种远程会诊可以是同步的，也可以是异步的，可以在临床医生(提供者对提供者)之间进行，以共享决策，也可以在临床医生和患者(提供者对患者)之间进行[101]。该方法已应用于国立卫生研究院卒中量表对急性卒中患者进行患者评估，并应用于COVID-19患者隔离病房的远程临床查房，从而减少了工作人员的直接接触[102，103]。这项技术也在创伤和紧急情况下进行了评估，例如在阅读和解释与药物中毒或中毒有关的心电图报告时进行远程咨询[104，105]。在模拟重大创伤的分诊过程中，医护人员对医护人员远程会诊的有效性已得到证明[106]。远程会诊在外科护理中的应用是广泛的，通过高保真的沉浸式现实平台和设备，允许协作、情境和术前计划和可视化以及术中手术导航，并促进向患者远程传递复杂信息[107-115]。通过现实平台的远程会诊已被用于探索远程病理学在进行尸检，图像扫描和从小鼠连续切片的癌症组织转移中的可行性[116]。

    远程控制是临床护理服务的一种高级形式，提供以患者为中心的护理。这种方法允许医疗保健提供者收集和跟踪患者信息并提供远程护理协助[117]。远程医疗的这一分支已经在处理医院引起的压力的儿科队列中进行了评估，作为基于移动的AR游戏治疗的共享体验。这方面允许管理儿科患者档案，数据收集和进一步分析有效治疗[118]。通过全息会话代理进行远程监控;也就是说，一个电脑生成的角色为患有肌肉骨骼疾病和慢性疼痛的患者提供物理治疗家庭练习，已经证明可以提高他们的治疗依从性[119]。有监督的基于ar的家庭训练已用于幻肢痛患者，通过提供镜像疗法，从而通过重新激活与失去肢体相关的神经回路来促进视觉运动整合[120]。远程监护已在骨科和神经外科病例的术后护理和伤口评估中得到应用teleproctoring或远程监控腹腔镜手术基础考试飞行员模拟训练[j]121-123]。

    远程精神病治疗利用信息通信技术提供一系列临床和非临床服务，如精神病学评估、治疗(以个人或团体为基础)、患者教育和远程管理[124]。使用远程医疗和计算机生成的虚拟环境元素的研究评估了远程治疗的可行性，例如对恐高症患者的虚拟现实暴露治疗，以及评估了为蜘蛛恐惧症提供特定恐惧症治疗的技术系统[125，126]。心理健康专业人员远程提供的心理治疗包括行为干预疗法、认知行为疗法、正念疗法以及对面临压力、焦虑、公共演讲焦虑和社交焦虑障碍等患者的接受和承诺疗法[127-130]。在一项模拟研究中，对宇航员进行了认知和情感评估，以表征与太空的社会隔离[131]。对使用虚拟现实等现实平台与传统视频会议平台进行的远程精神病学评估，以及开发新的平台，如城市地区老年人的社交虚拟现实，表明这些技术可以通过减少社会隔离来改善生活质量[132]。经证明，由精神科医生、心理学家、持牌社工或精神健康顾问等精神健康专业人员提供的以家庭为基础的远程精神病学评估，可减轻临床医生的职业倦怠[133，134]。

    远程医疗领域另一个令人兴奋的分支，远程手术，使在一段距离上执行的操作域中的远程操作成为可能。远程外科涉及到各种学科，如通信技术、成像技术、运动控制系统、机器人技术、现实平台和数字信号处理[135，136]。例如，在实验装置中，由机器人导管操作系统组成的基于vr的远程手术系统可用于模拟动脉动脉瘤或其他血管疾病的血管介入手术。这种方法使不熟练的外科医生能够培训必要的导尿管技巧，并使经验丰富的医生能够合作进行手术[137]。此外，通过远程导航，利用肌腱驱动的连续体机器人进行了一项远程外科实验，通过跟踪坐标轨迹注册进行内窥镜和微创手术[138]。最后，在另一个模拟案例中，磁性驱动的内镜胶囊使远程操作员或用户能够在VR中获得视觉反馈，从而进行结直肠癌胶囊内镜检查[139]。

    此外，现实平台作为一个功能立体显示流，并在远程手术中导航空间。远程手术的这一方面已经被实验作为一个可视化的机会，使用智能手机提供的视觉和VR耳机来进行白内障和超声乳化的显微手术[140]。此外，使用达芬奇R手术系统进行腹腔镜手术的立体AR预测显示和AR辅助机器人手术进行肾移植手术是目前远程外科的一些实际应用[141-143]。Telediagnosis指使用远程信息技术检测或评估疾病或状况。当患者在本地使用远程诊断工具和设备时，可以远程实现[144，145]。例如，在实验分析中，在3D导航妇科手术中定位和评估含瘤子宫肌瘤坐标，当在医疗记录的3D用户界面上可视化时，有助于远程诊断[146]。另一项研究提出了一个基于双向触觉反馈和远程沉浸的框架，用于评估运动范围和最大等距力量，使用10个手臂运动方法诊断肌肉骨骼疾病，中风后康复或肩部手术后[147]。超声诊断学(USG)是利用高保真可视化系统进行远程诊断的一个领域。在模拟环境中对心脏USG的3D VR远程导航进行了评估。增强现实的额外好处是可以实现对程序性能的实时远程指导和对焦点超声检查(POCUS)的图像配准，以及扩展基于vr的远程诊断的注视点成像管道[148-150]。另一项研究提到，通过基于移动的AR引导投射AR视频通信，对腘神经阻滞进行POCUS，并根据可用的健康信息进行后续诊断[151]。

    纳入研究的硬件和软件单元概述

    为了体验MR，高仿真可视化硬件设备和所选研究中包括的一些商用硬件设备列于多媒体附录2．其中包括高端AR和VR设备，智能眼镜，移动设备，标准LED(发光二极管)和LCD(液晶显示器)电视或显示屏，3D电视和3D投影仪。通常包含的具有沉浸式现实功能的设备主要是可穿戴技术，如智能眼镜、VR或AR头显以及非沉浸式标准显示单元。然而，这些高保真仿真显示技术构成了任何系统的最后一部分，并且主要与光学捕获和跟踪设备以及输入设备结合使用。光学捕捉和跟踪系统或设备包含3D深度和颜色感应相机传感器。输入设备，如控制器、跟踪器或定制输入模块，有助于导航即时VR或任何MR环境。各种研究都将VR游戏元素纳入了他们的康复方案中，有些研究还开发了自己的VR康复系统。大多数纳入的研究都是使用生物识别设备进行特定的医学参数评估，绘制分析和仿真模型，进行各种培训。已使用的其他相关硬件设备和系统列在多媒体附录3．

    任何软件的图形表示都包含一个可视化平台，更具体地说，MR系统包含上下文3D图形和场景。在纳入的研究中使用的各种软件应用程序和源平台以表格形式列出多媒体附录4．这些应用程序被归类为3D建模和可视化软件、通信和流媒体软件、文件共享和传输应用程序以及其他特定和个性化的软件应用程序。利用计算机图形设计软件和游戏引擎平台，创建了MR技术的三维合成图像和环境。处理和访问3D计算机生成的环境或图像需要设备支持的特定且兼容的可视化文件应用程序。特色的3D建模和查看应用程序允许创建和编辑静态和交互式多维模型和VR场景，动画和游戏，将生成的扫描图像转换为计算机辅助设计模型，以及立体3D显示内容。远程医疗领域在利用各种低带宽平台提供的流媒体设施的同时，探索信息通信技术提供有效的远程临床服务。该领域允许任何专用临床服务的离线或实时交互通信和协作。许多通信和流应用程序允许远程一对一或组视频通话和消息传递、屏幕共享、文件共享、托管通道和视频广播。其中一些平台允许直接集成和接受AR和VR。文件共享和其他特定的应用程序被同步地显式地用作整个系统的顺序片段。 The developed software from the studies mentioned in the table encapsulates the combination of AR and VR cooperatively with the remote telehealth applications.

    虚拟环境

    虚拟环境(VE)再现了代表物理环境的感官信息的协调外观，该物理环境可以是不真实的，交互式的或完全想象的环境，当用户佩戴适当的小工具时感知[152]。此外，术语虚拟世界与VE可互换使用。开发这种最先进的感知环境是使用电脑游戏技术产生的工具子集，特别是通过商业游戏引擎。场景可以是2D或3D插图，这是一个复杂且耗时的创建过程[153]。VR平台几乎在每个方面都重现了VE的这一元素。例如Levy等人的研究[125展示了利用地铁站和24层高层建筑等虚拟世界作为背景场景来克服恐高症的VR暴露疗法。同样，Cikajlo等[127]开发了一个名为ReCoVR(实现健康和自我修复的协作虚拟现实)的项目。参与者作为小组的一部分参加一个远程指导的正念计划。这个正念计划被组织成360°的视频场景，在那里他们执行不同的任务和练习。最初，所有加入的参与者都坐在虚拟的壁炉房间里;随着项目的进展，他们被切换到其他3D ve，如杜尼岩，河帽，或山景。邵与李[132]研究了一个社交虚拟现实平台，该平台使用VE中的3D场景在不同的遥远地点进行实时面对面交流，以了解其在城市老年人中的价值和紧迫性。Tamplin等[72]开发了一个基于网络的音乐治疗远程医疗平台，使用社交虚拟现实，vTIME (vTIME Limited)，允许在VE进行团体音乐治疗，例如在森林篝火旁唱歌。

    Gaming-Based已经

    此外，许多研究将VE用于基于互动游戏的康复运动项目。在Meca-Lallana等人描述的一个程序中[53]，患者被要求在两个不同的场景中完成特定的任务:一个是中世纪的幻想世界，另一个是荒岛。再一次，在另一个练习设置中，VR练习描绘了赫拉博瓦罗兹托卡的一座木制教堂。患者使用VR头显探索这个特定的地方，从而促进下肢康复[36]。Telerehab VR是一款使用游戏引擎Unity (Unity Technologies Inc .)开发的定制应用程序，可以在基于移动的平板电脑或PC上运行。该系统为多发性硬化症患者提供上肢康复。他们在现实的家庭环境中执行VE中发生的各种日常生活任务。跳跃运动控制器(Ultraleap)用于跟踪和控制在执行游戏任务时执行的手部运动[48]。

    网真

    网真描述直接与实际物理状态交互的特性，从远程用户的第一人称视角体验[154]。Tian等[147]使用在患者和医生两端设置的H-TIME (Haptic Enable远程沉浸式肌肉骨骼检查)进行肌肉骨骼检查的远程诊断。在这两个地点，由于双向力反馈机制，医生和病人可以感受到对方的动作。他们可以在VE中相互查看和交流，虚拟地将他们带到同一个考场。在另一个例子中，在治疗恐惧症，特别是对蜘蛛的恐惧时，患者被允许在虚拟现实中互动，治疗师逐渐将恐惧的生物添加到场景中。这种治疗是通过触觉互联网通过VR头显或标准电脑屏幕使用手部跟踪和触觉设备(如手套)远程执行的[126]。

    遥控操作指远程执行指定的高技能手动任务，类似于微创外科中的远程机器人医疗系统[155]。在一项模拟研究中，内窥镜医师使用一种触觉装置来控制位于机械臂末端的外部永磁体的位置，从而执行远程操作过程。用户佩戴VR头显，从内窥镜胶囊的摄像头接收相应的视觉信息，然后在结肠内进行导航过程[139]。另一项模拟研究使用了远程操作超声检查，该研究基于VE开发的真实USG探针的3D表示和模仿患者身体的人体模型，该模型用几何网格突出显示，目的是跟踪检查。用户佩戴Oculus Rift DK2 HMD (Oculus)来执行这种远程usg模拟[148]。Syawaludin等[150]介绍了通过HMD观看360°注视点管道成像的使用。通过使用全向变焦摄像头模块，便于图像或视频采集，远程医生可以通过360度放大和检查来远程诊断伤口◦HMD上的视图。

    通过VR进行游戏和严肃游戏

    在虚拟远程康复的背景下，exergaming和严重的游戏是两个最流行的应用程序。简单地说，exergaming是一种与玩电子游戏有关的体育锻炼活动。70]。相比之下，严肃游戏遵循游戏的目标，含蓄地侧重于提高技能和能力以及获得经验和知识[156]。TELEKIN系统是一个测试版，使用严肃游戏的界面，使用基于网络的框架来恢复认知和肌肉骨骼疾病[43]。训练课程是在3D VE中进行的，其中包括许多游戏。其中两项涉及身体动作——当医生选择控制球和平台时，手腕、臀部或肩膀的屈伸。另一款游戏侧重于认知康复，通过随机单词，用户必须将它们排列成一个句子，这可以通过基于手势的控制来实现[43]。Gandolfi等[44使用Tele Wii Lab平台作为家庭平衡训练，而Sheehy等人[28]和Allegue等人[30.]使用Jintronix系统(Jintronix, Inc)对慢性脑卒中后患者进行上肢康复，该系统使用exergaming平台。Triandafilou等人的研究[24开发了一种网络多用户游戏格式，即康复游戏练习的虚拟环境(VERGE)，进行了可行性试验，以确定该开发系统与其他潜在家庭治疗的有效性。VERGE系统的特点是一组3个练习，即球碰撞，用户在桌子上来回传递球;在《Food Fight》中，多人模式的用户可以捡起桌子上的食物并互相投掷;在“轨迹追踪”游戏中，一名玩家在空间中绘制轨迹路径，而另一名玩家则追溯轨迹以抹去轨迹。Burdea等人[32包括一个带有新型治疗游戏控制器的商业康复系统，BrightBrainer(光明云国际公司)。该系统提供多种互动游戏(Breakout 3D和Card Island Towers of Hanoi等)，为慢性中风后患者训练运动、认知和执行功能。邱等[35]展示了一种基于家庭的VR系统的可行性，该系统包含12种针对中风后患者上肢康复的开发游戏，重点是肘肩、手、手腕和整个手臂(手指游戏:汽车、保龄球和钢琴;手游:钢琴、摘水果;手腕游戏:Wakamole和手腕飞行;最后是肩肘游戏:迷宫、飞臂、破砖和足球守门员)

    化身表示或虚拟代理

    这个词《阿凡达》是人体形态的可区分的数字特征(具体的或随机的)[128]。此外，这些化身可以是2D或3D插图，代表身体的特定部位，通常是手臂或具有特定面部表情的整个身体结构。3D化身一直是VR和AR领域的核心代表。Anton等人的研究[59实现基于kinect的远程康复(即KiRES)界面，提供两个3D化身来指导患者进行物理治疗。其中一个化身分别代表远程治疗师和本地用户或患者，颜色分别为红色和蓝色，因此患者可以跟随并执行3D远程治疗师化身(红色)执行的练习。病人可以看到他们的动作反映在他们的蓝色化身根据治疗的场景改变他们的位置。在Jung等人的研究试验中[74]，在一个远程康复项目-虚拟现实肺康复(PR in VR)项目中，每位患者都配备了一个VR头显，pico G2 4k (pico Immersive Pte Ltd)，预装了PR in VR应用程序。本应用程序包含教育和康复模块，慢性阻塞性肺疾病康复模块包括由3D化身实施例中的虚拟教练指导的若干体育锻炼。

    REWIRE自主远程康复平台提供基于家庭的强化康复，由医院临床医生进行离线远程监测。该系统的特点是植入了人工智能的虚拟治疗师，并提供实时反馈以保持正确的姿势。此外，患者所做的运动在屏幕上以3D化身的形式展示。这个智能系统用不同的颜色来突出锻炼的每个身体部位，绿色表示正确的姿势，红色表示不正确的姿势。23]。VERGE系统允许使用虚拟角色来控制和操纵虚拟游戏环境中的对象，允许包含多个虚拟角色和不同用户来操纵同一对象的能力[24]。在社交虚拟现实应用vTIME (vTIME Limited)中，虚拟角色用于自我描述，以便在沉浸式虚拟现实中进行交流[128]。Afyouni等[65描述了RehaBot的使用，这是一个虚拟助手，可以向用户演示如何正确地进行练习(治疗师和患者都可以在3D化身中回放会话)。RehaBot将实时模式和手势识别与动态校正模块结合在一起，该模块考虑游戏难度和虚拟助手的阅读，以产生一套量身定制的练习，非常适合患者的天生能力。

    通过AR和MR传送和注释

    Telestration允许在任何图像或视频提要上绘制徒手表示，也称为注释(例如线、圆或任何其他符号或草图)。借助最新的AR和MR技术，可以在2D和3D中实现这种显示，并在视频通话期间将该注释叠加在实时视频流中[157]。虚拟交互呈现和增强现实工具是一个基于移动或平板电脑的增强现实平台，运行在iPad设备(苹果)上。它结合了透视功能，允许远程专家外科医生冻结屏幕，然后使用2D笔工具绘制图像。这种在本地和远程站点上观看的合成视频馈送，使术中实时远程协作成为可能[90]。在Wang等人的可行性研究中[One hundred.]，学员在模拟的远程会议中使用HoloLens进行POCUS。播送了学员的磁共振成像录像。由专家导师提供的现场指导有助于受训者在创伤检查中使用超声完成右象限聚焦评估。广播是使用VSee实现的，VSee是一种专有的低带宽、群组视频会议和屏幕共享应用程序。在黎巴嫩的一名专家外科医生和加沙的一名当地外科医生之间建立了一个远程监控网络，以对一名受炸弹爆炸伤害的病人进行复杂的手部重建。本次会议使用基于云的AR平台Proximie (Proximie Limited)主持，允许远程外科医生将自己的手或一系列注释和绘图工具叠加到虚拟手术领域[82]。

    Mitsuno等[93]在一项模拟研究中演示了远程监控，该研究使用远程会议装置Skype(微软公司)用于全息透镜，使远程特征和图像覆盖在接收者的视野上。使用一款新型智能手机应用Vuforia Chalk (PTC Inc)进行POCUS检查，这是一款用于远程AR辅助的AR视频平台，将AR注释锚定在彼此假定的视觉环境中[151]。在这项研究中，Ritcher等[141提出了第一个预测显示与AR注册和渲染使用立体显示器设计的远程操作手术机器人被称为立体AR预测显示。仿真研究测量了在达芬奇R手术系统(Intuitive Surgical)上进行的立体AR预测显示完成钉转移任务的有效性。AR远程监控系统(STAR)平台现在结合了光学透明显示器HoloLens AR HMD。类似地，该系统允许通过在学员的手术视野视图上叠加3D图形注释来进行远程监控指导，即使在学员移动头部位置后，手术视野仍然固定在同一位置[95]。

    Zhang等人的实验[110旨在通过使用AR技术ARkit(苹果)创建顾问的身临其境的复制品来增强远程咨询。使用Kinect传感器(微软公司)捕捉咨询师的骨骼特征点，患者可以在他们的iPad设备上看到出现在患者远程呈现环境中的3D动态虚拟化身医生。本研究采用定性研究的方法，了解肺部疾病患者在家庭远程康复中使用AR眼镜的体验和感受。基于网络的远程康复系统Optimov (Optimov)通过AR眼镜设备Laster WAVƎ耳机(Laster Technologies)提供使用3D虚拟代理的运动指导[73]。HOLOBALANCE是一种新型的医疗保健平台，为平衡障碍患者提供前庭康复治疗，在HOLOBALANCE中部署了全息虚拟治疗师[158]。在Kowatsch等人的设计与评价用户研究中[119]，介绍了一种基于移动和全息会话代理的混合泛在教练模型。3D虚拟对话代理演示了深蹲练习，参与实时音频反馈以计算重复次数或提供错误或不完全遵循练习的自动错误检测。创新的3D点跟踪模块和独特的AR系统与HoloLens集成，用于外科应用。该模块允许由经验丰富的外科医生远程处理的虚拟手术刀的实时3D位置跟踪。没有经验的受训者戴上HoloLens可以看到叠加在实际手术场景中的手术注释;在幻臂模型上共同注册的虚拟路径[78]。面向儿科医疗保健的下一代基于移动的AR游戏允许与多个其他支持AR的设备共享体验，以使用相同的局域网进行检测和交互。使用Unity游戏引擎和ARCore Unity (Android操作软件的软件开发工具包)开发了几款游戏。《Jungle Adventure》、《Map explorer》和《Wakamole》都实现了AR交互，而《Map explorer》和《Wakamole》则特别支持2人共享协作体验。118]。

    第一人称视角的AR捕捉视频馈送

    Noorian等[102展示了智能现实眼镜，可以使用美国国立卫生研究院中风量表评分进行中风评估，从而进行远程咨询。现场医生戴着现实眼镜，b谷歌眼镜。这款谷歌眼镜嵌入了XpertEye平台(AMA XpertEye)，能够辅助现实，允许佩戴该设备的人在双向实时视频会议中分享他们的视野。同样，Nikouline等[123]展示了一项可行性研究，该研究使用来自现场监控员的谷歌玻璃实时视频流，参与者的任务与腹腔镜基础相关，由远程监控员完成评分和评估。在他们的实验中，Lin等[84实施投影视频纹理映射，以补充从学员的第一人称视角获得的强大的高级稳定视频馈送。这种有效的格式为远程专家提供了有效的工作空间可视化，允许在有效的AR手术远程监控中无缝集成注释。Martin等人的前瞻性观察研究[103使用HoloLens 2磁共振设备在COVID-19病房进行远程临床会诊。一名高级工作人员将进入新冠肺炎病房进行临床查房，工作人员团队的其他工作人员将虚拟加入，从而最大限度地减少接触和感染传播。Dynamic 365 Remote Assist(微软公司)软件允许双向音频和视频功能，远程工作人员团队可以通过HoloLens 2设备看到第一人称视角。此外，该平台允许将相关成像和电子健康记录数据置于用户视野中，从而提高态势感知和更好的临床决策。最后，它显著降低了病毒直接传播的风险。

    基于网络和云的远程医疗交付模式

    随着数字通信网络和服务的发展，这些正在迅速应用于卫生保健服务。基于网络和云的应用程序在远程医疗中已经变得普遍。远程保健依赖于使用各种宽带连接(如数字用户线路、光纤宽带和无线连接，包括固定无线宽带、蜂窝网络或移动宽带以及卫星通信)支持的互联网基础设施骨干。因此，信息和通信技术已成为提供一系列数字保健解决方案的核心，如实时音频和视频会议、远程病人监测、存储和转发技术以及移动保健等[159，160]。基于web的应用程序主要在web服务器上运行。它是通过互联网连接的网页浏览器访问的，而基于云计算的应用程序与网页应用程序类似，在客户端和服务器端或两者同时运行[161]。定制开发的系统KiRES [59]及STAR [85依赖于WebRTC框架，这是一个开源的应用程序编程接口，允许实时音频-视频和多媒体连接。此外，da Silva等人的研究[55]，包括一个基于网络的游戏应用程序MoveHero，以评估脑瘫患者在家进行非沉浸式严肃游戏的可行性。

    有趣的是，任何基于网络的虚拟应用程序都可以提供这些信息;因此，数据存储和托管成为所有在线服务不可或缺的一部分。Kato等人的研究[42]，采用基于云的存储和文件托管服务Dropbox (Dropbox Inc .)，在VR远程康复过程中使用3D光学相机采集各个关节的空间坐标数据。Sirilak等人的概念验证研究[107]，利用HoloLens设备在重症监护环境中实施基于AR和MR系统的电子会诊系统，提供远程会诊服务。该电子咨询平台依赖于一个基于云的数据中心，该数据中心充当信息交换并为终端设备提供服务。它还包括身体区域网络技术，将来自不同客户端设备的重要生理信息集成到数据中心。Prvu betger等[62]，使用虚拟远程医疗系统——虚拟运动康复助手或虚拟运动康复助手(reflex Health, Inc)——进行全膝关节置换术的术后护理，Tsiouris等[2包括一个定制开发的平台HOLOBALANCE系统，用于管理平衡障碍，两者都使用技术领先的基于云的平台。


    主要研究结果

    这一范围审查探讨了在临床环境中使用的最先进的扩展现实平台和远程医疗解决方案。本综述强调了已报道的基于证据的远程医疗扩展和磁共振平台的实际应用和可能的应用，这些应用在不同的临床专业中使用。本综述还讨论了远程医疗服务中使用的AR和VR功能的技术特征，包括各种硬件和软件安排。

    中风是结合远程康复、远程医疗服务和数字虚拟现实的主要临床疾病[23-41]。从搜索策略中纳入的研究中，约有一半采用了远程康复(图4)。其他临床疾病，如神经或认知障碍、肌肉骨骼疾病和术后恢复，也采用家庭或远程环境中的远程康复设施来继续治疗。远程康复利用游戏和严肃游戏的技术属性来提高运动和认知功能技能[j]。43-58]。

    远程保健的其他部门，即远程监护、远程会诊和远程监测，更频繁地用于与外科有关的程序、紧急情况和创伤，以及用于灾害反应和备灾的若干灾害模拟[162]。AR和MR技术在远程监护、远程会诊和远程手术中更为普遍(图3)。远程精神病学下的暴露疗法使用虚拟现实技术为患者提供克服他们对恐惧的病理反应的逼真体验[126]。

    通过在实时和空间中锚定注释来显示AR功能，通过各种通信渠道远程执行:远程手术的有用辅助[81]。VE的数字现实技术、数字化身、遥视或注释的3D渲染、第一人称视角等技术特征展示了远程医疗的能力。基于网络和云的应用程序在基于网络的临床领域具有各种潜在用途[110]。纳入的研究大多依赖于现有的商用高保真仿真技术硬件设备，如头戴式AR和VR显示器。大多数纳入的研究的研究和软件设计是由各自的研究团队共同开发的，通过使用多个支持平台作为项目目标的直接要求。

    AR、VR和MR这些新颖的现实技术实现了3D可视化，从而创造了高度生态有效性的视觉感受和体验[163]。这项技术已扩展为病人的远程居家解决方案，从而使病人获得自主权[164]。这项技术对病人的远程康复反应具有高度的吸引力和激励作用，因此，需要初步的病人培训需求可能成为调解人的一项艰巨任务[42，165]。网络连接、互联网和服务器安全问题以及技术限制是本综述中包含的几项研究中最常见的一些陷阱[99，166]。硬件和软件平台之间缺乏互操作性，对实现这项技术的潜力构成了重大挑战[2]。对改进网络基础设施和可扩展性的需求对远程保健服务提出了挑战和目标;然而，存在完全网络故障的风险，这可能会影响此类系统在重症监护应用中的使用[83]。在电子交换健康相关数据的任何阶段，患者保密都是不可或缺的;因此，网络和数据安全保护是获取远程保健服务的关键因素，应严格遵守管理条例[66，149，167]。

    爆炸式搜索策略捕获了这种高保真现实技术和远程医疗设施的广泛重要临床应用。这篇综述介绍了数字现实技术和远程医疗在临床领域的当前路线图和前景。提出的决定因素使读者和研究人员能够评估这项技术的相关性及其随后在临床卫生部门的应用。研究方案未注册，纳入的研究未进行偏倚风险评估分类，纳入研究的一般特征未被介绍。此外，审查只包括以英语进行的研究，没有考虑灰色文献中的其他相关信息。从广泛的文献证据来看，大多数纳入的实验研究都是小样本量的试点可行性研究，导致报告偏倚。

    结论

    本综述独特地详细介绍了虚拟现实和增强现实等数字现实技术和远程医疗解决方案的当前和潜在应用。探讨了AR和VR在数字临床领域的可行性和实际应用，以及这种多方技术在有效实施和采用中所面临的挑战。这套技术为医疗保健专业人员及其患者群体提供了协作体验。具有高保真数字现实的远程医疗组件为医疗点对点群体之间的远程咨询、远程外科手术和远程监控提供了身临其境的综合手段，从而实现了有效的决策和治疗方法。在各种远程康复项目中采用虚拟现实和游戏为后处理措施开辟了新的途径。远程医疗的这一基本应用使远程提供临床护理和服务以及制定家庭治疗方案成为可能，从而增强了传统的医疗保健提供方法。需要进一步的验证研究来评估这一趋势技术的整体评估，从而引导商业途径。强大和安全的通信基础设施将改善远程医疗功能的可及性，并扩展数字现实平台的互操作性，从而实现多样化的数字医疗生态系统。

    致谢

    本综述由爱尔兰科学基金会资助(13/RC/2073)和(13/RC/2094)。作者要感谢大学图书管理员Rosie Dunne，她提供了关于搜索策略的反馈，并帮助我们找到了合适的数据库来进行搜索。

    利益冲突

    没有宣布。

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    多媒体附录1

    搜索策略。

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    多媒体附录2

    增强、虚拟和混合现实硬件设备。

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    多媒体附录3

    其他相关硬件设备。

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    多媒体附录4

    软件和源平台列表。

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    基于“增大化现实”技术:增强现实
    头盔显示器:头戴显示设备
    H-TIME:触觉使远程沉浸式肌肉骨骼检查
    信息通信技术:信息与通信技术
    液晶显示器:液晶显示器
    领导:发光二极管
    先生:混合现实
    巫师:关注超声
    PRISMA-ScR:系统评价和荟萃分析的首选报告项目扩展范围评价
    REBOA:复苏性血管内球囊阻塞主动脉
    ReCoVR:实现协同虚拟现实的健康和自我修复
    明星:增强现实远程监控系统
    美国政府:超声
    已经:虚拟环境
    边缘:康复游戏训练的虚拟环境
    虚拟现实:虚拟现实

    编辑:A Mavragani;提交14.09.22;J Hogg, A Asadzadeh的同行评审;对作者14.10.22的评论;修订版本收到03.11.22;接受16.11.22;发表24.03.23

    版权

    ©Hemendra Worlikar, Sean Coleman, Jack Kelly, Sadhbh O 'Connor, Aoife Murray, Terri McVeigh, Jennifer Doran, Ian McCabe, Derek O'Keeffe。最初发表于JMIR生物医学工程(http://biomsedeng.www.mybigtv.com)， 2023年3月24日。

    这是一篇在知识共享署名许可(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)下发布的开放获取文章，该许可允许在任何媒介上不受限制地使用、分发和复制，前提是原始作品首次发表在JMIR Biomedical Engineering上，并适当引用。必须包括完整的书目信息，到https://biomedeng.www.mybigtv.com/上原始出版物的链接，以及版权和许可信息。
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