混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在整形外科教學(xué)中的應(yīng)用探索

燕榮帥　李翔　肖晶晶　王韶亮　樊東力

[摘要]混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型全息數(shù)字影像技術(shù)，作為一種創(chuàng)新型教學(xué)方法，在整形外科教學(xué)中的應(yīng)用值得探索和推廣。該技術(shù)的應(yīng)用不僅可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端、提高教學(xué)效率，還能逐步推動(dòng)整形外科教育模式的變革，為整形外科規(guī)范化教學(xué)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。本文將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)與整形外科教學(xué)有機(jī)結(jié)合，在理論教學(xué)、手術(shù)實(shí)訓(xùn)、遠(yuǎn)程培訓(xùn)等方面進(jìn)行創(chuàng)新性探索。

[關(guān)鍵詞]整形外科；混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)；教學(xué)；理論學(xué)習(xí)；臨床實(shí)踐

[中圖分類(lèi)號(hào)]G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B [文章編號(hào)]1008-6455（2018）02-0140-02

近年來(lái)，隨著人工智能技術(shù)日新月異，以虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual reality，VR）及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented reality，AR）為代表的智能穿戴設(shè)備逐漸得到越來(lái)越多行業(yè)人士的青睞，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。越來(lái)越多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)務(wù)人員選擇在外科手術(shù)、臨床教學(xué)、技能培訓(xùn)等領(lǐng)域運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使工作更加高效、精準(zhǔn)、直觀。混合現(xiàn)實(shí)（Mixed reality，MR）技術(shù)是VR及AR技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，由于概念興起相對(duì)較晚，且技術(shù)要求相對(duì)較高，目前在臨床教學(xué)中的應(yīng)用相對(duì)較少，但應(yīng)用前景值得期待。本文將從整形外科的教學(xué)出發(fā)，從以下3方面對(duì)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在整形外科教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行概述。

1混合現(xiàn)實(shí)的概念

混合現(xiàn)實(shí)包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)虛擬，是合并現(xiàn)實(shí)和虛擬世界而產(chǎn)生的新的可視化環(huán)境。在新的可視化環(huán)境里物理和數(shù)字對(duì)象共存，并實(shí)時(shí)互動(dòng)?；旌犀F(xiàn)實(shí)是在VR和AR興起的基礎(chǔ)上提出的一項(xiàng)概念，可視為VR和AR的增強(qiáng)版。將虛擬環(huán)境與真實(shí)環(huán)境進(jìn)行匹配合成，降低了三維建模的工作量，并借助真實(shí)場(chǎng)景及實(shí)物提高用戶的體驗(yàn)感和可信度。隨著當(dāng)前視頻圖像的普及，虛實(shí)融合技術(shù)的探討與研究更受到更多的關(guān)注。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)之一在于將虛擬物體與真實(shí)視頻相互融合，為用戶展現(xiàn)虛實(shí)一體的畫(huà)面。醫(yī)學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的學(xué)科，不僅需要醫(yī)生掌握人體復(fù)雜解剖生理結(jié)構(gòu)，還要有精準(zhǔn)的手術(shù)操作，而以MR技術(shù)為核心的全息醫(yī)學(xué)教育模式，無(wú)疑在推動(dòng)著醫(yī)學(xué)教育模式的變革，在大幅提高醫(yī)學(xué)教育效率方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

2整形外科教學(xué)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

目前我國(guó)醫(yī)學(xué)教育工作中，普遍存在醫(yī)生成長(zhǎng)周期長(zhǎng)、成才時(shí)間緩慢的問(wèn)題，這不僅制約了醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，還進(jìn)一步惡化了我國(guó)醫(yī)療資源短缺的情況。而整形外科作為近年來(lái)的一個(gè)持續(xù)升溫的熱門(mén)學(xué)科，以其獨(dú)特的學(xué)科氣質(zhì)和廣闊的商業(yè)社會(huì)價(jià)值，吸引了更多年輕醫(yī)學(xué)生的加入。但整形外科不同于其它傳統(tǒng)外科門(mén)類(lèi)，在本科教學(xué)期間屬于非主干學(xué)科，其學(xué)科門(mén)類(lèi)繁雜，教學(xué)內(nèi)容龐大，教學(xué)時(shí)間短而散，尤其對(duì)解剖結(jié)構(gòu)的立體構(gòu)型和手術(shù)操作的精準(zhǔn)把握要求較高。傳統(tǒng)的教學(xué)模式更多的以文字描述為主，結(jié)合圖片案例進(jìn)行講述，對(duì)缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來(lái)講，不僅會(huì)感覺(jué)枯燥乏味，同時(shí)也不能有感同身受的共鳴，增加了學(xué)生知識(shí)掌握的難度。長(zhǎng)此以往，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性會(huì)逐漸下降，形成一個(gè)惡性循環(huán)。而在實(shí)踐訓(xùn)練中，往往很多病例，無(wú)法讓學(xué)生在患者身上操作，僅能在一些模擬人體的生物材料上練習(xí)，同實(shí)際操作相差較大，很難讓學(xué)生有手術(shù)的壓力感和緊迫感，更無(wú)法形成牢固記憶。因此傳統(tǒng)教學(xué)手段很難滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)生教學(xué)的要求，也無(wú)法突顯整形外科教學(xué)的個(gè)性化。

3混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在整形外科教學(xué)中的應(yīng)用探索

3.1全息解剖教學(xué)庫(kù)的構(gòu)建：整形外科診治范圍涉及全身，包括創(chuàng)傷、先天性缺損和畸形的修復(fù)重建，各類(lèi)體表良惡性腫瘤切除后組織缺損的修復(fù)重建，以及人體各部位形態(tài)的再塑造。除了要求整形科醫(yī)生具備嫻熟的操作技能，還要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，尤其是對(duì)解剖學(xué)習(xí)要求更高，同時(shí)也是整形外科教學(xué)的難點(diǎn)。全息解剖教學(xué)庫(kù)為教學(xué)提供全息3D授課、全息瀏覽數(shù)字解剖標(biāo)本、全息學(xué)習(xí)和時(shí)間操作為一體，實(shí)現(xiàn)高科技高效率醫(yī)學(xué)教育。醫(yī)生和教師收集在醫(yī)院臨床上的CT、核磁共振等數(shù)據(jù)，利用工作站重建，通過(guò)云端存儲(chǔ)和編輯后，將混合現(xiàn)實(shí)全息影像呈現(xiàn)給學(xué)生。不僅可以摒棄在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育中依賴(lài)的昂貴的解剖模型、遺體、實(shí)體道具等的功能，并能根據(jù)將不同的患者局部解剖結(jié)構(gòu)個(gè)性化的展示，使教學(xué)更加形象、立體、真實(shí)。而且展現(xiàn)的內(nèi)容，可根據(jù)課程需求重建并按需編輯顏色等屬性，學(xué)生觀看時(shí)可從任意角度瀏覽空間中的3D模型，可利用平板電腦任意隱藏、顯示、調(diào)整大小，可以利用大屏幕共享自己第一視角，且可第三視角錄制和直播，達(dá)到3D模型和視野共享的目的，大幅提高學(xué)習(xí)效率，降低教學(xué)成本，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。科室還可以根據(jù)自己的實(shí)際病源情況建立本學(xué)科的全息模型庫(kù)，并進(jìn)行建檔成庫(kù)，逐步降低對(duì)實(shí)體模型的需求，利用高科技的高效率學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)整體提高學(xué)科教育水平。

3.2在整形外科手術(shù)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用：整形外科手術(shù)要求操作精細(xì)、準(zhǔn)確、手術(shù)創(chuàng)傷小，尤其是顯微外科和面部輪廓的整形，需要系統(tǒng)的術(shù)前設(shè)計(jì)討論、準(zhǔn)確術(shù)中分析定位及完善的術(shù)后評(píng)價(jià)。而學(xué)生很難在短時(shí)間內(nèi)熟練掌握，并得到親身操作機(jī)會(huì)，往往是初窺門(mén)徑，淺嘗輒止。利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的全息模型可以在術(shù)前設(shè)計(jì)、術(shù)中定位分析及術(shù)后效果評(píng)價(jià)上大幅度提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，使學(xué)生共享全息視野，更好地參與到手術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)中。筆者在面部輪廓整形及顯微外科手術(shù)中使用MR全息影像技術(shù)，在術(shù)前可以根據(jù)CT、MRI檢查結(jié)果，通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行全息影像呈現(xiàn)，更直觀、多角度、量化觀察目的血管走行及毗鄰，教師可以結(jié)合全息模型優(yōu)化手術(shù)設(shè)計(jì)，還可以根據(jù)實(shí)際病例結(jié)合手術(shù)方案進(jìn)行講解，達(dá)到更好的教學(xué)統(tǒng)一，大幅度提高教學(xué)效率。而在術(shù)中操作時(shí)可以將全息投影同患者術(shù)區(qū)進(jìn)行重合，可以更加精準(zhǔn)地尋找穿支血管，減少手術(shù)出血，縮短手術(shù)時(shí)間，并可以共享全息視野，形象地講解手術(shù)操作過(guò)程，令學(xué)生更高效、準(zhǔn)確地掌握手術(shù)流程。筆者還在下頜角截骨成形術(shù)手術(shù)效果評(píng)價(jià)中應(yīng)用術(shù)前、術(shù)后全息模型對(duì)比，更加直觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)手術(shù)效果，不僅達(dá)到了更好的患者滿意度，還可以令學(xué)生對(duì)手術(shù)效果有更直觀地認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

3.3在遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育培訓(xùn)中的應(yīng)用：利用MR全息醫(yī)學(xué)教育系統(tǒng)可以使用第三視角錄制軟件把頭戴空間站的醫(yī)生以及在他視角中的全息模型采集到屏幕，可錄制講解過(guò)程并利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳播共享。同時(shí)使用全息直播與解說(shuō)為遠(yuǎn)程用戶提供主控醫(yī)生的全息視角，提高醫(yī)學(xué)信息傳輸效率，對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育培訓(xùn)有重大意義。教師可以把在課堂、醫(yī)學(xué)會(huì)議上要講解的病例，利用工作站進(jìn)行三維重建，把講解病例、手術(shù)方案、影像信息、手術(shù)操作過(guò)程與全息3D模型相結(jié)合，針對(duì)全息個(gè)性化模型進(jìn)行講解，學(xué)生則在大屏幕和投影儀上觀看全息PPT，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)信息二維傳輸?shù)饺⒘Ⅲw傳輸?shù)母锩蠓岣哚t(yī)學(xué)信息交流效率，使聽(tīng)眾更自然而全面地獲取主講人的內(nèi)容。不僅能提高教師和學(xué)生的信息流動(dòng)效率；還能使學(xué)生更加自然地獲取醫(yī)學(xué)信息，提高學(xué)生主動(dòng)性和學(xué)習(xí)效率。

隨著科技的進(jìn)步和教師隊(duì)伍理念的不斷更新，尤其是近年來(lái)隨著谷歌眼鏡、微軟HoloLens眼鏡等AR、MR智能穿戴設(shè)備在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，以人工智能、仿生模擬、精準(zhǔn)醫(yī)療為代表的創(chuàng)新教學(xué)模式正悄悄改變著整形外科的教育模式，并將在提高醫(yī)療教育的質(zhì)量和效率、培養(yǎng)具有科學(xué)家氣質(zhì)的專(zhuān)業(yè)人才、解決當(dāng)前整形外科人才分布不均等問(wèn)題上發(fā)揮重要作用。

[收稿日期]2017-12-07 [修回日期]2018-01-02

編輯/朱婉蓉