虚拟现实如何帮助医生治疗癌症

虚拟现实头戴设备尚未普及，但它们已经有可能彻底改变我们生活的许多方面——我们如何观看电影和视频游戏等娱乐节目，我们如何看待世界，甚至我们如何进行科学研究。

现在，纽约市威尔康奈尔医学院的研究人员已经开始使用这项技术来更好地了解导致癌症的基因突变。他们为 Oculus Rift VR 耳机开发了一个新程序，让用户可以看到微观蛋白质的 3D 模型并与之互动。这个名为“IPM VR”的程序是精准医学 VR 研究所的缩写，旨在让研究人员更容易确定一个人的 DNA 在哪里以及如何发生突变导致癌症。他们的目标是帮助全国各地的医生更好地了解这些突变，以便快速找到阻止疾病的最佳治疗方法。

《大众科学》的几位成员最近有机会亲自测试 IPM VR，并从开发该程序的研究人员那里了解有关该程序的更多信息。以下是我们的发现。

为什么我们需要关注蛋白质？

为了了解 IPM VR 在抗癌方面的价值，您首先需要了解癌症在体内是如何形成的。这一切都要追溯到 DNA，它是您的身体以及地球上所有生物的身体制造蛋白质的蓝图。

每个人的 DNA 中都会有一些突变。有些是遗传的，有些是吸烟或日晒等环境因素所致，有些则是新细胞自发形成的。大多数突变都是良性的，但错误的突变组合有时会导致特定器官或区域的细胞失控生长，最终会抑制身体的正常功能。这种失控的生长过程就是癌症，以各种形式出现。

肿瘤通常含有大约一千种基因突变，但只有少数突变会促使癌症生长并扩散至全身。找出哪些突变是特定癌症的驱动因素，就像大海捞针。但如果医生能做到这一点，他们就可以只针对那些具有特定突变的细胞，让健康细胞继续发挥作用——这对患者来说是一个更好的结果。这就是精准医疗领域。

威尔康奈尔大学迈耶癌症中心的精准医学专家奥利维尔·埃利门托 (Olivier Elemento) 表示，只有通过观察蛋白质（人体根据 DNA 中的遗传指令产生的分子构件），才能发现基因突变。“DNA 层面的突变不会产生任何影响，只有当基因转录并转化为蛋白质时，突变才会表现出来，突变的功能才变得重要，”他说。

蛋白质是三维结构，但它们在纸上通常是平面的。埃利门托说，如果临床医生看不到三维的蛋白质，他们就无法完全理解突变的作用。当临床医生试图确定新的突变是否会导致癌症时，他们会检查它是否接近热点，热点是基因突变的集中点，表明这种错误在其他患有相同类型癌症的患者中很常见。

“在蛋白质的一维表示中，如果突变落在热点中，那就毫无疑问了——这很重要，”埃利门托说。但由于蛋白质会折叠，在二维表示中看似很远的突变实际上可能位于三维蛋白质中非常靠近热点的位置。

这听起来可能只是很小的差异，但对患者来说意义重大：它向临床医生表明突变可能是导致癌症的原因，而这种知识可能有助于他们选择可以针对突变的药物。毫不夸张地说，这些信息可能决定患者的生死。

利用虚拟现实寻找致癌突变

康奈尔大学的科学家使用 Oculus Rift VR 耳机和游戏软件的早期开发版本开发了 IPM VR，为研究人员和临床医生提供了一种身临其境的方式来探索患者独特的基因突变。

Oculus Rift VR 耳机配备了运动传感器，可以检测您的视线方向。IPM VR 还依赖于耳机中未包含的几个外部摄像头，这些摄像头可以进一步跟踪您的身体和手部的运动。

研究人员对患者肿瘤中的所有基因进行测序后，软件会将所有突变投射到特定蛋白质上，研究人员从蛋白质数据库（一个 3D 蛋白质形状的数字档案）中下载该蛋白质的形状。

佩戴耳机的临床医生可以改变视图，只查看突变热点或相关突变，通过手势和手臂动作浏览模拟蛋白质。如需更多信息，临床医生可以从电子病历中调出与患者有关的二维“文档”——癌症类型的报告或患者病史。

在我短暂的使用过程中，我发现这款软件的操作确实令人印象深刻。这是我第一次使用 Oculus VR 耳机，我笨拙地在蛋白质中移动，而我 VR 经验更丰富的同事 Dave Gershgorn 则适应得更快。他轻松地导航到突变热点。您可以在本文底部的视频中观看我们的体验。

如果我的无能可以说明什么，那就是临床医生需要一段时间才能更广泛地适应 IPM VR 和 Oculus Rift 耳机。威尔康奈尔医学院计算生物医学研究助理 Alexandros Sigaras 表示，该软件的研究人员仍在调整其中一些功能，以了解哪些功能最适合临床医生的需求。尽管全国各地的许多研究人员都在研究精准医疗的不同方面，但 Sigaras 和 Elemento 认为，他们是唯一将患者信息整合到虚拟现实中的研究人员。

VR 如何改变医疗行业

Sigaras 表示，目前该工具主要用于研究，但康奈尔团队希望它能很快普及到全​​国各地的临床医生。“使用 Oculus 的想法不是要取代每台电脑，而是要增强那些否则很难获得的信息，”Sigaras 说道。

他的目标是让临床医生能够立即直观地了解基因突变和蛋白质形状等复杂信息，而不必学习使用计算机上的其他软件。此外，临床医生将能够更加无缝地协作——使用自己的耳机，不同学科的专家可以看到相同的信息，以讨论特定病例。

理想情况下，Sigaras 希望软件能够包含患者的所有信息，这样临床医生就可以在不受电脑干扰和技术要求的情况下进行分析。这对于精准医疗来说尤其重要，因为大量的基因和健康数据很容易让医生不知所措，无法找到治疗患者的最佳方法。

当然，大多数医生还没有虚拟现实耳机。但 Sigaras、Elemento 和他们的团队坚信这些平台很快就会普及。“这些 Oculus 设备很快就会普及，”Elemento 说。

他说，即使最近发布的 Oculus Rift 消费者版售价为 599 美元，加上运行它们所需的单独高性能图形 PC，与其他医疗设备相比，这套设备也不算太贵。他和其他人相信，随着更多竞争对手进入虚拟现实领域，价格也肯定会下降（尽管 HTC 即将推出的 Vive Pre VR 耳机实际上略贵一些，为 699 美元）。

“我认为，也许再过 5 年，也许再过 10 年，每位临床医生都会拥有一台这样的设备，”埃利门托补充道。他希望，他的团队开发的软件将成为首批让虚拟现实吸引医生的先驱之一。

不过，为了实现这一目标，精准医疗软件需要为临床医生提供明显的优势，Sigaras 表示。他们仍在研究医生希望在虚拟现实中看到哪些信息，以及他们更喜欢在电脑甚至纸质版上看到哪些信息。

Oculus Rift VR 头戴设备只是这个团队实现目标的一种手段，似乎与平台无关。Sigaras 在其他虚拟和增强现实平台上测试过类似的软件，包括谷歌眼镜，甚至智能手机驱动的 VR 头戴设备，如谷歌 Cardboard。他还试图获得微软 HoloLens，以便在增强现实中试用他的软件。

最终，Sigaras 和 Elemento 最关心的是更快更直观地向临床医生提供更多信息。“真正的问题是：如何让你的临床医生更有效率？”Sigaras 说。“我们希望让临床医生能够以更快的速度浏览大量信息。”他补充说，抗击癌症往往是一场与时间的赛跑，如果虚拟现实工具可以让医生更快地找到正确的治疗方法，那么患者将从中受益。