元宇宙(metaverse)^[1]一词出自于Neal Stephenson 1992年的作品《Snow Crash》，当时被翻译为“虚拟实境”。而早在1990年，我国科学家钱学森便将Virtual Reality意译为“灵境”，用以指代与现实世界相对应的虚拟空间。目前，元宇宙已逐渐进入现实，成为科技、金融、社交媒体等各大领域关注的热点。

对于元宇宙的定义，目前仍然众说纷纭。基于构词法，元宇宙(Metaverse)可以被拆分为“元”(meta)和“宇宙”(universe)两部分，从而被定义为一个通过数字孪生，与现实平行的虚拟实境^[2]。人们可以通过虚拟替身在元宇宙的虚拟实境中生活、工作、娱乐和社交。但是，元宇宙并不仅限于虚拟现实，而是一个虚拟时空的集合^[3]，是整合多种新技术而产生的新型虚实相融的互联网应用和社会形态^[4]。它基于扩展现实技术为用户提供沉浸式体验，基于数字孪生技术生成现实世界的镜像，基于区块链技术搭建经济体系，将虚拟世界与现实世界在经济系统、社交系统、身份系统上密切融合，并且允许每个用户在其中进行内容生产和编辑。因此，维基百科将元宇宙定义为“一个集体虚拟共享空间，由虚拟增强的物理现实和物理持久的虚拟空间融合而创造，包括所有虚拟世界、增强现实和互联网的总和”。

总而言之，元宇宙是基于数字孪生技术生成的现实世界的镜像、与现实世界紧密交互的平行世界。然而，元宇宙的概念随着技术的革新和社会的进步，仍在不断地变化和发展。本文对元宇宙在医学领域的应用进行综述，并讨论元宇宙在放射医学领域的可能应用。

一、元宇宙的构成要素

1. 技术构成：元宇宙并非某项具体技术，而是一个几乎囊括了所有数字技术的集合体^[5]。元宇宙由一系列的交互显示、互联网(移动互联网、卫星互联网和触觉互联网等)、5G、WiFi、人工智能、区块链^[6]、仿真技术等关键技术组成。交互显示负责解决物理与数字世界的交互问题，其中，虚拟现实(virtual reality，VR)是全虚拟环境，增强现实(augmented reality，AR)将虚拟信息与真实世界巧妙结合，混合现实(mixed reality，MR)则是深度叠加了虚拟物体的真实环境，虚实结合、浑然一体。正如虫洞是连接两个遥远时空的空间隧道，互联网是人类穿越现实世界和元宇宙的通道^[7]。区块链作为技术支撑底座，保证了元宇宙持续、稳定、高效、透明地运转。通过相应的可穿戴配套硬件设施等，人们可以在元宇宙中创建新的宇宙和文明。

2. 理论基础：元宇宙是相关理论、方法、解决方案、标准等方面的创新与突破，具有变革人类社会的巨大潜能^[8]。可以预见，元宇宙将会对人类社会的发展产生重大影响。

3. 特点：元宇宙的要素包括身份、社交、沉浸感、多元、创新、文明等，通过低延迟和拟真感让用户拥有身临其境、沉浸式的感官体验^[9]。元宇宙可以实现虚拟化分身，现实世界的用户将在元宇宙中拥有一个或多个ID身份，根据个人爱好定制个性鲜明的虚拟形象，增加独特感和代入感^[10]。元宇宙的社交属性强，能够提供多元化的虚拟社交场景，现实社交关系链也许会在虚拟世界发生转移和重组^[11]。元宇宙具有和现实世界相似的经济运行体系，在其特有的运行规则下，用户在虚拟世界中的权益可以得到保障，资产可以脱离平台束缚而流通。元宇宙包罗万象，用户通过终端进入虚拟世界，可利用近乎无限的资源自由创造。

二、元宇宙在医学领域的应用

1. 元宇宙在医疗实践方面的应用：元宇宙能满足开发完善数字化平台的需要，克服了物联网的限制，给予医疗物联网足够的VR和AR的技术支持^[12-14]。医疗元宇宙定义为通过AR技术实施的物联网医学，通过全构建、全息仿真、虚实融合与虚实联动技术结合物联网全面感知、可靠传输和智能处理技术的策略，实现医疗物联网中的专家全时空地指导临床医生解决各类医学问题，高效、精准地开展医疗服务，提高人们的健康水平^[15-16]。

2022年为医学元宇宙年^[15]。2022年2月19日，我国元宇宙医学协会创立^[16]，医疗元宇宙通过构建医疗云平台，由云专家与各地医生进行专业性互动，开展一系列元宇宙教学、科普、会诊、分级诊疗和临床研究，最终实现医疗模式的革新，推动医疗水平的进步^[17]。未来，元宇宙医学联盟将进一步探索全息构建-全面感知、全息仿真-智能处理以及虚实联动-人机融合等技术，将数字技术与区块链技术相结合，搭建全新的医疗体系，通过增强医护人员与患者之间的互动，促进真实情景与虚拟现实的融合，达成大众就医体验与医院管理模式的划时代变革，最终实现医疗元宇宙的惠众愿景^[18]。

医疗元宇宙凭借其特有的技术优势，包括医疗大数据、智慧医疗可穿戴设备、医疗信息化等，成功搭建一个服务于医生和患者的元宇宙医疗平台，逐渐形成了全面信息化、智能化、个性化的医疗模式。

相对于传统医疗模式，元宇宙医疗模式提供更丰富的就诊选择和更高效便捷的就诊体验，帮助患者将自己的医疗信息存储至云端，通过元宇宙的增强和VR乃至MR技术与门诊专家进行远程的“面对面”交流。所有就诊中涉及的病历、开具的检查和药物都真实有效，为患者突破地域限制，解决挂号难和排队时间长等难题，大幅提高医疗资源的分配效率^[19]。这种远程医疗模式在疫情时代，意义尤为突出。自新型冠状病毒疫情暴发以来，全国多地依托远程医疗平台，建立了跨地区的远程即时多学科协作诊疗(multiple disciplinary team，MDT)机制，医学专家们在远程医学中心的技术支持下，利用所在医院的远程医疗系统，进行多学科协同即时诊疗，实现医院之间跨区域的新冠肺炎救治指导工作，有效降低了感染风险，提高了疫情防控质量和效率。

随着人口老龄化的加剧，慢性病已经成为当前医疗卫生领域的新难题。慢性病的诊疗不仅增加社会负担，而且占用大量医疗资源^[20]。医疗元宇宙提供智慧医疗终端设备，对慢性病患者进行实时监护，并将每一位患者的生理信息实时传输至信息管理平台，进行实时分析和研究，实时修正个性化医疗方案。研究表明，对心力衰竭和慢性阻塞性肺疾病的患者进行远程监测，可以显著降低住院人数和天数^[21]，大大节约医疗成本。因此，在元宇宙医疗模式下，对慢性病患者的智能化实时监控，将显著提高健康管理的效率，有效预防和控制疾病的发生发展，在节约医疗资源的同时，大幅提高疗效，对建设健康中国而言意义重大。

另外，医疗元宇宙为心理疾病的患者提供了新的治疗模式。一种名为Bravemind的虚拟现实暴露疗法，将患者置身于虚拟现实中，重新体验当时的场景、人物、环境、天气，甚至能够感受气味和震动等，显著缓解创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder，PTSD)患者的症状，相比于传统治疗仅限于对创伤场景的回忆，效果显而易见^[22]。

凭借元宇宙平台的AR、VR与临床影像学技术的结合，外科医师可以从解剖学的各个角度，对患者的局部组织和病变结构进行更清晰、更透彻、更全面的观察和分析，从而制定更精准的手术方案，并且可以在手术前进行反复仿真模拟，做好各种突发情况的预案，提高手术的成功率^[23]。Gao等^[24]认为，数字剪影血管造影(DSA)等多模态影像联合可视化的AR手术，有助于血管微创治疗。美敦力医疗器械公司与增强现实初创公司Surgical Theatre合作，将MR辅助诊疗用于神经外科手术，为神经外科手术医生提供术前精准模拟，为手术过程中提供实时3D视图，降低了手术的操作难度和风险^[25]。2021年6月，美国约翰霍普金斯大学的外科医生首次对患者进行了AR手术，通过头戴式扫描成像设备显示患者的骨骼、肌肉和其他组织的深部解剖结构，在患者的脊柱中成功放置了6颗螺钉，并切除了一个肿瘤^[26]。

可以预见，医疗元宇宙将是元宇宙中发展最快、最为人们接受、受益人群最广的应用。

2. 元宇宙在医学教育方面的应用：元宇宙不仅为临床诊疗提供了全新的模式，也通过VR和AR等技术为医学教育提供高级平台。受新冠疫情影响，医学生和进修医生们难有机会进入医院，参与手术观摩或者与患者直接接触来提升临床技能。元宇宙的出现为医学教育和医疗培训行业提供了更直观、更自由并且容许反复试错的培训机会和途径^[27]。

基于元宇宙的智能手术室突破现场教学的地域和人数限制这一优势，能够真正做到让学生身临其境地体验手术的过程和“零距离”观察手术操作的细节，还能为学生提供仿真模拟和试错的机会。加拿大PrecisionOS医疗软件公司开发了骨科手术虚拟现实培训课程^[28]，学员不仅能够通过VR可穿戴设备观看一系列外科手术演示，而且可以亲自动手完成在骨折处打钉固定等实践操作，还可以随时得到老师的远程指导和反馈。由于这些过程是虚拟的，不会对患者造成伤害，可以反复尝试，提升操作技能^[29]。2021年5月，韩国首尔国立大学本当(Bundang)医院邀请来自世界各地的胸外科医生，参加了虚拟环境智能手术室的观摩和培训。在本当医院的真实手术室中，高分辨率VR摄像机将现实手术画面实时同步到虚拟空间，200多名在线参会的医生们在各自办公室里通过头盔式VR设备进入虚拟手术场景，同时观看了真实的肺癌手术全过程。在线医生们可以清晰地观看手术细节，并且可以随时交流^[20]，甚至可以自由调节观察角度，比现场观摩的效果更好。

目前的临床教学通常将病理机制通过文字、图片等方式进行讲授，这种教学方式存在概念抽象、描述不精准以及难以深入理解的弊端。医疗元宇宙采用全息模拟技术，以沉浸式教学向学生展示某种疾病发生发展的全过程及其机制。以吸烟诱发肺癌的病理过程为例，学生们能够清晰地观看从正常的肺泡呼吸活动，到吸烟引起肺泡损伤，最终演化为肺癌的病理过程^[30]。此外，疾病全息模拟技术还可以帮助学生更快地掌握临床常用的治疗技术，例如支气管镜检查、胃镜检查等。

随着AI技术的发展，模拟患者已经被广泛应用于临床教学。医生可以任意选择模拟患者所患的疾病种类、精神状态以及激素水平等生理指标，实现对各种病情的真实还原，改变了目前临床试验的方式，满足患者和医生对安全性、有效性和深入交流的需求^[31]。以口腔医学为例，学生与模拟患者进行诊疗互动时，通过佩戴智能触觉手套，在对患者进行根管手术、拔牙手术、缝合以及神经阻滞时感觉到虚拟物体的触感，模拟患者也会对操作进行实时反馈^[32]。经过临床教学实践，模拟患者的使用可以显著提高学生的操作技术，锻炼学生的心理素质和抗压能力，并缩短了口腔医生的培养周期。模拟患者将是元宇宙医学教育的数字化主角，为学生提供病理解剖、门诊实习、操作演练和康复预后等的仿真对象。

三、元宇宙在放射医学领域的可能应用

放射医学属于临床医学的范畴，但不仅限于临床医学。它一方面涉及电离辐射在疾病诊断与治疗中的应用，例如肿瘤放射治疗和核医学；另一方面涉及电离辐射导致的辐射损伤和健康问题，例如放射性职业病诊疗、辐射防护、核辐射事故医学应急等^[33]。鉴于电离辐射对人体的危害^[34]，辐射防护必须遵照实践的正当性、辐射防护的最优化和个人剂量限值三原则。因此，核辐射场所有严格的安全规范和人员限制^[35]。在这些情况下，元宇宙将发挥重要作用，对放射医学相关的诊疗、教学等方面的推动作用将不逊于其他医学。

1. 放射医学诊疗方面：放射治疗室以及核医学影像室都属于放射性场所，具有一定的辐射危害。使用期间，医生可以通过元宇宙突破地域限制，无论身处何地，均可以虚拟形象出现在工作现场；除此之外，能够借助元宇宙随时随地陪伴在患者身边，同时避免长时间身处放射性场所工作带来的健康风险。不仅受检者或接受治疗者可以获得心理方面的支持，而且医生可以实时确认操作的准确性和可靠性(图 1)。核医学科主要应用放射性核素对患者进行诊断、评估及治疗。然而在临床上，核医学科的医护人员在日常诊疗的过程中需要长期接触放射性药物，放射性物质有可能经呼吸道、消化道和皮肤渗透进入体内，从而造成放射性核素的内照射^[36]，产生健康危害。通过元宇宙，核医学科的医护人员能够以虚拟形象进入病房，在人工智能的帮助下进行远程给药，从而避免了放射性物质对其造成损伤。

2. 核应急救援方面：在核辐射事故的救援中，放射源项识别、威胁类型的确定以及辐射监测评估是医学应急救援的基础。面对未知的核事故现场，抢险救援人员如果贸然进入辐射区域实施救援抢险，极易遭受严重的辐射危害，甚至危及生命^[37]。元宇宙通过增强现实的技术，实现核辐射剂量分布的可视化，将裸眼无法看见的辐射按照危害程度以不同的颜色呈现，对现场的危险进行评估，为救援人员规划救援路线；同时确定放射源的类型，帮助人们选取合适的屏蔽材料和探测器，为救援提供充分保障。在救援过程中元宇宙通过人工智能技术，派出性能优良的救援机器人代替工作人员进入核辐射现场开展救援工作；救援工作完成后，元宇宙还会对事故现场及周边地区进行实时放射性监测，以防核事故的再次发生^[37]。

3. 放射医学培训与教学方面：在放射性工作场所，元宇宙可以为相关从业人员培训、核辐射事故应急演练的定期举行提供条件，成为核能和平利用和核医学普及的安全保障。此外，元宇宙还可以对核辐射事故进行模拟，以确保在不造成人员伤亡和环境污染的前提下，对核辐射事故应急预案、程序和处置措施，以及相应的物资设备、检测技术等应急准备进行演练和评估，确保对于各种类型的放射源和不同规模的核事故都有充分的准备和应急预案。放射医学的教学和人才培养亟需树立“新医科”发展理念，多学科交叉融合，依托新技术新平台来拓展放射医学优质教学资源^[38]。元宇宙可以通过MR技术，将机体核辐射损伤从微观到宏观的动态演化过程进行跨尺度四维呈现，为放射医学教学和科普提供独特高效的平台支撑。

4. 放射医学其他方面：元宇宙也是现实与虚拟的平行宇宙，可以实现现实世界与虚拟世界的链接。在我国航天科学领域，元宇宙凭借虚拟现实技术，可以将地面的工作者“送”上外太空，他们可以通过元宇宙进入虚拟中国空间站，借助机器人与中国空间站中的实际在轨航天员一起合作开展科研工作，这一技术一旦实现，将突破空间限制，有效地解决大量科学家难以进入外太空开展研究的问题^[39]；同时，也能够尽可能规避空间辐射对科研人员的健康危害。此外，在核辐射相关的生产与研发工作中，辐射区外的工作人员可以通过元宇宙进入虚拟核反应堆，对实际核反应堆进行检修操作或应急救援，可以突破强辐射环境对操纵人员的安全限制。这些现实中无法实现的障碍都将因元宇宙而迎刃而解。

在核技术的应用不断普及、对国民经济的贡献越来越大、对国家安全和国家战略日益重要的今天，可以预见，元宇宙的出现将对放射医学领域的发展发挥巨大的推动作用。我国应该尽快启动放射医学元宇宙(metaverse of radiation medicine，radiomediverse)的建设，充分考虑安全性的前提下，建立相关规范、标准与法规，引领放射医学元宇宙的建设与应用。

利益冲突  无

作者贡献声明  沈陆恒负责文献调研和论文撰写；刘曹锐负责制图；杨博文、徐易菲协助修改论文；周光明指导论文撰写和修改