混合現(xiàn)實技術(shù)在脊柱微創(chuàng)手術(shù)術(shù)前規(guī)劃及教學(xué)培訓(xùn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

圖像引導(dǎo)手術(shù) ( image guided surgery，IGS ) 又稱計算機輔助手術(shù) ( computer-aided surgery )，是當前在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于骨科微創(chuàng)手術(shù)的導(dǎo)航技術(shù)

。有研究表明，術(shù)中應(yīng)用計算機輔助導(dǎo)航技術(shù)，在骨組織切除、重建的過程中可以有效提高操作精度，提高手術(shù)效率并降低并發(fā)癥發(fā)生風(fēng)險

。具體來說，在術(shù)中應(yīng)用基于混合現(xiàn)實 ( mixed reality，MR ) 技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，可以提供實時三維可視化圖像和最佳匹配位置，間接明確手術(shù)器械與虛擬三維模型和真實解剖結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，進而指導(dǎo)整個手術(shù)操作過程。此外，MR 技術(shù)與增強現(xiàn)實 ( augmented reality，AR ) 和虛擬現(xiàn)實 ( virtual reality，VR ) 技術(shù)很大的不同之處在于它可以實現(xiàn)實時的人機交互，將虛擬內(nèi)容覆蓋到整個當前環(huán)境的場景范圍，并且實現(xiàn)虛擬與真實之間的部分保留與自由切換

。目前，市面上流行的 MR 設(shè)備有 Microsoft 公司開發(fā)的 HoloLens 頭戴式顯示器以及可以直接將圖像映射到用戶視網(wǎng)膜上的 Magic Leap 公司的圖像顯示設(shè)備 ——“動態(tài)數(shù)字化光場信號 ( Dynamic Digitised Lightfield Signal )”

。這些設(shè)備可以基于術(shù)前 X 線、CT、MRI、PET-CT 等檢查所獲得的高分辨率醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，通過軟件處理將手術(shù)部位的解剖結(jié)構(gòu)立體化呈現(xiàn)出來，重建三維模型；同時，利用軟件編輯模塊優(yōu)化調(diào)整三維重建的虛擬圖像，實現(xiàn)術(shù)前設(shè)計規(guī)劃及手術(shù)模擬。這樣一來，在術(shù)中就可以將術(shù)前計劃以及獲得的詳細影像數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)移到術(shù)野或教學(xué)培訓(xùn)場景中，實現(xiàn)影像與解剖的個性化融合，減少各種手術(shù)的必需信息在常規(guī)應(yīng)用過程中遇到的失準、時間消耗及數(shù)據(jù)誤差

。目前，MR 這一新興技術(shù)已逐步克服 VR 技術(shù)的局限性，并有望成為脊柱外科領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的手術(shù)輔助工具

。

一、MR 技術(shù)在脊柱微創(chuàng)手術(shù)規(guī)劃中的應(yīng)用

1. MR 技術(shù)在脊柱微創(chuàng)手術(shù)規(guī)劃及手術(shù)模擬訓(xùn)練中應(yīng)用的優(yōu)勢：隨著骨科手術(shù)技術(shù)的更新，脊柱微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)取得了長足的發(fā)展，多種脊柱微創(chuàng)術(shù)式也在不斷地更新。脊柱微創(chuàng)手術(shù)學(xué)習(xí)曲線較長，骨科醫(yī)師往往需要在相對有限、復(fù)雜多變的解剖空間內(nèi)進行手術(shù)操作，脊柱病變位置的周圍往往環(huán)繞著重要的血管、神經(jīng)根、脊髓、韌帶等結(jié)構(gòu)，尤其是遇到存在解剖結(jié)構(gòu)變異的患者，術(shù)中操作稍有不慎就可能導(dǎo)致副損傷發(fā)生。因此，為了達到精準微創(chuàng)操作的手術(shù)效果，減少術(shù)中不必要的解剖結(jié)構(gòu)損傷，需要進行術(shù)前完善的設(shè)計、術(shù)中精確的引導(dǎo)與定位及術(shù)后效果的量化評價

。多項研究證實，MR 技術(shù)的應(yīng)用可以在高精度和準確性的脊柱微創(chuàng)手術(shù)中明顯減少手術(shù)時間，優(yōu)化手術(shù)效果，達到高安全性、低復(fù)發(fā)率的滿意效果

。由于脊柱微創(chuàng)手術(shù)位置暴露較小、缺少明晰的視覺提示，基于 MR 技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)無疑是術(shù)前規(guī)劃和手術(shù)模擬訓(xùn)練的關(guān)鍵工具。在傳統(tǒng)的術(shù)前規(guī)劃模式中，術(shù)者通過術(shù)前對患者體格檢查并閱覽影像檢查數(shù)據(jù) ( X 線、CT、MRI、PET-CT 等 ) 獲得病變部位信息，但實際操作中術(shù)者并不能完全實時掌握病灶周圍的神經(jīng)、血管、骨性及軟組織解剖結(jié)構(gòu)，治療計劃的制訂大部分依靠骨科醫(yī)師的臨床經(jīng)驗和專業(yè)知識，這種“經(jīng)驗依賴”手術(shù)規(guī)劃模式缺乏直觀的三維結(jié)構(gòu)，由于成像數(shù)據(jù)不完整，外科醫(yī)師將無法制訂出準確的手術(shù)方案。因此脊柱外科微創(chuàng)手術(shù)就好比一場“閉卷考試”，難度大且風(fēng)險高，術(shù)者必須有扎實的脊柱開放手術(shù)經(jīng)驗，采用最新的 MR 技術(shù)有望解決這些問題，醫(yī)師通過操作設(shè)備可以在術(shù)前看到根據(jù)患者影像學(xué)數(shù)據(jù)重建的三維虛擬模型，原本操作者頭腦中模糊、抽象的畫面被現(xiàn)實化、立體化、可視化地呈現(xiàn)出來，操作者還可以根據(jù)手術(shù)需要標記重要解剖結(jié)構(gòu)，模擬術(shù)中病灶切除范圍或者精確進釘位置、方向、深度等，從而制訂個性化手術(shù)規(guī)劃，避免手術(shù)過程中不必要的副損傷發(fā)生；此外，MR 技術(shù)將真實的手術(shù)場景還原，可以讓患者及其家屬在術(shù)前對手術(shù)過程有更加直觀的了解，提高了患者的依從性，有助于醫(yī)患溝通

。

2. MR 技術(shù)在脊柱微創(chuàng)手術(shù)規(guī)劃及操作模擬中應(yīng)用的實例：

( 1 ) MR 技術(shù)在脊柱內(nèi)鏡手術(shù)規(guī)劃及操作模擬中的應(yīng)用：在嚴格選擇手術(shù)適應(yīng)證的情況下，經(jīng)皮椎間孔鏡下椎間盤切除術(shù) ( percutaneous transforaminal endoscopic discectomy，PTED ) 具有切口小、創(chuàng)傷小、出血少、操作時間短和術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)勢，是一種安全有效的脊柱微創(chuàng)手術(shù)方法

。在術(shù)前規(guī)劃操作模擬的過程中，外科醫(yī)師需要具備良好的空間感，沒有經(jīng)驗的醫(yī)師往往會反復(fù)穿刺、透視，導(dǎo)致手術(shù)時間和射線暴露量顯著增加。

MR 技術(shù)有望為脊柱內(nèi)鏡手術(shù)術(shù)前規(guī)劃提供更為準確的定位、導(dǎo)航方法。Yu 等

將 60 位青年醫(yī)師隨機分為人數(shù)相同的兩組，規(guī)定好標準的穿刺路徑后，A 組學(xué)習(xí)二維標準規(guī)劃路線，B 組通過 3D Slicer 平臺學(xué)習(xí)基于 MR 技術(shù)的標準規(guī)劃路徑，最后研究者分別對兩組學(xué)員在腰椎模型上進行 PTED 穿刺操作的效果進行評估，結(jié)果表明 MR技術(shù)的應(yīng)用顯著減少了穿刺時間和透視次數(shù)，為 PTED 訓(xùn)練提供了標準化方法。Guo 等

為探討 MR 技術(shù)在指導(dǎo)椎間孔鏡手術(shù)穿刺定位中的作用，將 60 例腰椎間盤突出癥患者隨機分為導(dǎo)航組 ( 30 例，即利用 MR 技術(shù)指導(dǎo)穿刺 )和傳統(tǒng)對照組 ( 30 例 )，對兩組患者施行椎間孔鏡下腰椎間盤切除手術(shù)，結(jié)果顯示 MR 技術(shù)可以準確指導(dǎo)椎間孔鏡套管的建立，提高穿刺成功率，值得臨床推廣和應(yīng)用。Liu 等

評估了 MR 技術(shù)在經(jīng)椎間孔椎間盤切除術(shù)中的應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn) MR 輔助手術(shù)組的手術(shù)時間、定位、置入套管、手術(shù)全過程中術(shù)者接受射線照射量均明顯少于常規(guī)手術(shù)組 (

＜ 0.05 )，兩組患者術(shù)后均獲得滿意的手術(shù)治療效果。然而，MR 輔助手術(shù)組由于術(shù)中頭盔的使用而增加術(shù)者的眼疲勞。

基于 MR、AR 技術(shù)的模擬化醫(yī)學(xué)教育已經(jīng)在世界各地的醫(yī)學(xué)院校中開展和應(yīng)用

。Gottschalk 等

探究 MR技術(shù)輔助外科手術(shù)模擬訓(xùn)練對年輕醫(yī)師進行頸椎側(cè)位螺釘固定的效果影響，結(jié)果表明 MR 設(shè)備中 3D 導(dǎo)航系統(tǒng)的訓(xùn)練可顯著改善頸椎側(cè)位螺釘?shù)牟迦胄Ч?。通過應(yīng)用 MR 技術(shù)來創(chuàng)建各類脊柱手術(shù)的模擬化場景，可再現(xiàn)標準化的培訓(xùn)平臺，以提高和評估年輕醫(yī)師的手術(shù)水準，有效提高其手術(shù)操作技能；還可以縮短年輕醫(yī)師學(xué)習(xí)脊柱微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)、穿刺定位技術(shù)等的學(xué)習(xí)周期，增強操作者的手術(shù)實戰(zhàn)能力。在國內(nèi)，余可誼等

率先以經(jīng)皮脊柱內(nèi)鏡手術(shù)為例探索 MR 技術(shù)在脊柱內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)臨床教學(xué)中的應(yīng)用價值，并通過培訓(xùn)后問卷測試得出 MR 技術(shù)可有效提升受培訓(xùn)人員的參與積極性、學(xué)習(xí)趣味性和三維空間想象力。Yu等

研究證明 MR 技術(shù)有助于 PTED 的培訓(xùn)，通過使用MR 技術(shù)可以很好地進行術(shù)前計劃，這對于 PETD 的教學(xué)培訓(xùn)有很大的益處。此外，還可以利用 MR 技術(shù)模擬各類緊急臨床事件，提高年輕醫(yī)師的診斷和決策能力，以最少的錯誤和最快的速度作出反應(yīng)。

《嘉泰會稽志》在第九卷《山·會稽縣·會稽山》條的小字注解中，引用《舊經(jīng)》說了這樣一段話：“會稽山周圍三百五十里，蓋總言東南諸山之隸會稽郡者，如晉·王彪之《刻石山詩》云‘會稽刻石山’，宋(指南北朝時期南朝宋)《何胤傳》說‘(何胤)居會稽秦望山’……刻石(山)、秦望(山)皆可以會稽山名之?！恫凑帯吩疲骸畷鼥|南巨鎮(zhèn)，對案梅李尖山，謂之筆案，其周回六十里’此又兼言寶山也。然則會稽云者，諸山之通稱爾”。

MR 技術(shù)可依據(jù)多種影像學(xué)設(shè)備采集的圖像數(shù)據(jù)模擬出有形器官，以提供更好的解剖學(xué)參考工具，作為量身定制的模擬和導(dǎo)航，這有助于提高醫(yī)療安全性和準確性，減少對患者的傷害，并改善對學(xué)生和受訓(xùn)者的醫(yī)學(xué)教育。這意味著 MR 技術(shù)使新型的健康教學(xué)模式成為可能，盡管目前對此類技術(shù)的研究非常有限，但 Vaughn 等

對沉浸式技術(shù)設(shè)備 ( 例如 Google Glass ) 的早期研究顯示其對醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性產(chǎn)生正面影響。MR 模擬環(huán)境越來越多地用于腰椎穿刺的技能學(xué)習(xí)和操作模擬，它允許重復(fù)練習(xí)，即避免給患者帶來任何風(fēng)險。MR 技術(shù)可提供學(xué)習(xí)和練習(xí)骨科操作技能的安全環(huán)境，既減少了操作時間，又縮短了青年醫(yī)師的學(xué)習(xí)曲線

。Kü?ük 等

研究通過增強現(xiàn)實技術(shù)學(xué)習(xí)解剖學(xué)知識對醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和認知方面的影響，發(fā)現(xiàn)使用該技術(shù)的試驗組形成了更有效的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過3D 可視化將書本上的抽象信息具體化，使學(xué)生的認知負擔有所減少，而 MR 技術(shù)不僅可以呈現(xiàn)虛擬的解剖結(jié)構(gòu)，還能允許感官體驗與現(xiàn)實環(huán)境實時交互，由此可見 MR 技術(shù)在未來的解剖教學(xué)領(lǐng)域?qū)懈鼉?yōu)化的應(yīng)用。

二、MR 技術(shù)在脊柱微創(chuàng)手術(shù)教學(xué)培訓(xùn)中的應(yīng)用

( 2 ) MR 技術(shù)在經(jīng)皮椎體成形術(shù) ( percutaneous vertebroplasty，PVP ) 規(guī)劃及操作模擬中的應(yīng)用：PVP 是一種當前治療骨質(zhì)疏松性椎體壓縮性骨折 ( osteoporotic vertebral compression fracture，OVCF ) 和晚期脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤的有效外科治療手段，術(shù)后可以達到立即緩解疼痛和椎體功能改善的臨床效果。但仍有很多患者對術(shù)后的效果改善不滿意，甚至出現(xiàn)神經(jīng)、血管損傷或骨水泥滲漏等情況，MR 技術(shù)可以應(yīng)用于術(shù)前模擬中指導(dǎo)更準確的穿刺點

。Wucherer 等

為評估 MR 環(huán)境在椎體成形術(shù)訓(xùn)練中的可用性，選擇 19 位初級外科醫(yī)師對 MR 平臺手術(shù)模擬環(huán)境以及利用 MR 技術(shù)在模擬操作中引入危機模擬場景進行客觀的評估，結(jié)果證實了開發(fā)逼真的模擬環(huán)境在外科青年醫(yī)師操作模擬中的有效性，且能使年輕醫(yī)師對手術(shù)室中的突發(fā)事件制定合理的應(yīng)對策略。Wei 等

為評估 MR 技術(shù)輔助下經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù) ( percutaneous kyphoplasty，PKP )治療 OVCF 合并椎體內(nèi)真空裂 ( intraspinal vacuum crack，IVC ) 的臨床療效，將 40 例符合條件的患者隨機分為 MR技術(shù)輔助組和對照組 ( 傳統(tǒng) C 型臂 X 線機透視組 )，兩組均行 PKP，術(shù)前、術(shù)后分別進行疼痛視覺模擬評分 ( visual analogue scale，VAS )、Oswestry 功能障礙指數(shù) ( oswestry disability index，ODI )、椎體高度放射學(xué)指標及后凸角測量。結(jié)果表明 MR 技術(shù)輔助 PKP 能精準定位病灶區(qū)域，使椎體高度得到改善、顯著降低圍術(shù)期并發(fā)癥的發(fā)生率。

從野蠻到文明，人類的進化漫長而又殘酷?？墒?，善惡、美丑、真假、忠奸、好壞等等，永遠會此消彼長，兩相對壘，無休無止，循環(huán)往復(fù)。

一般法律對于投資者的保護力度是不相同的，因此投資正自身在參與市場的時候以及對于相關(guān)產(chǎn)品的接受程度也就會出現(xiàn)很大的差異。通常情況下法律將股東以及投資者保護得越好其市場就會變得越發(fā)達，這樣其結(jié)構(gòu)就會變?yōu)槭袌鲋鲗?dǎo)。另外要是法律能夠?qū)⑹袌鲋械牟粚ΨQ信息進行改變，這一改變的程度越高就會使得投資的效率變得越高。最后法律的完善就會將證券發(fā)行的成本降低，并且減少一些機會主義的行為，促進金融市場的發(fā)展。要是法律不健全的話就會出現(xiàn)銀行主導(dǎo)金融的現(xiàn)象。由此能夠發(fā)現(xiàn)法律在對其市場秩序以及市場行為等方面的影響存在一定差異，該差異影響著該結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

三、MR 技術(shù)面臨的突出問題及發(fā)展前景

目前，將 VR、AR 和 MR 用于脊柱微創(chuàng)手術(shù)的臨床研究仍有待進一步開展，MR 技術(shù)為脊柱微創(chuàng)手術(shù)帶來的便利仍需要未來大量的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)來證實。而且 MR 技術(shù)在外科學(xué)的應(yīng)用還存在諸多有待解決的突出問題，例如臨床應(yīng)用的倫理問題、高成本、普及困難、匹配困難、缺少統(tǒng)一標準和使用規(guī)范等。因此，亟需各研究單位完善并統(tǒng)一 MR 技術(shù)應(yīng)用于各項臨床實踐的操作系統(tǒng)及路徑，優(yōu)化操作系統(tǒng)和質(zhì)控標準，以便該項技術(shù)早期在骨科手術(shù)教學(xué)、術(shù)前規(guī)劃及術(shù)中導(dǎo)航中應(yīng)用與推廣。開發(fā)者們應(yīng)對MR 設(shè)備進行有針對性的探索，致力于打造多用途、適應(yīng)性強、精準度高的設(shè)計產(chǎn)品，以期在脊柱微創(chuàng)手術(shù)中呈現(xiàn)更加真實、準確的場景融合。

四、結(jié)語

MR 技術(shù)是目前最前沿的數(shù)字可視化技術(shù)，多項研究表明 MR 技術(shù)在脊柱微創(chuàng)手術(shù)術(shù)前規(guī)劃及教學(xué)培訓(xùn)中具備巨大的應(yīng)用前景。MR 技術(shù)可以最大限度地保證手術(shù)操作的精準度，提高團隊成員與操作設(shè)備間的配合程度，進而提高脊柱手術(shù)中各步驟操作的成功率。在教學(xué)培訓(xùn)中 MR技術(shù)可以提供更多元化的教學(xué)方案和操作指導(dǎo)，越來越多的醫(yī)療機構(gòu)將 MR 技術(shù)應(yīng)用于手術(shù)和教學(xué)中，使得其進入了被實戰(zhàn)檢驗和臨床前應(yīng)用的新階段。

筆者總結(jié)了 MR 技術(shù)在脊柱微創(chuàng)手術(shù)術(shù)前規(guī)劃和教學(xué)培訓(xùn)中的應(yīng)用。不到 10 年的時間，已發(fā)表的一部分研究已經(jīng)將該技術(shù)用于脊柱微創(chuàng)手術(shù)訓(xùn)練和臨床，未來需要使用標準化試驗研究來更清楚地證明 MR 在脊柱微創(chuàng)手術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢。MR 在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用正迅速崛起，期望未來醫(yī)學(xué)界和數(shù)字化領(lǐng)域可以共同完善 MR 技術(shù)應(yīng)用于脊柱外科微創(chuàng)手術(shù)以及教學(xué)培訓(xùn)的規(guī)范與體系，推動人類在數(shù)字化醫(yī)療創(chuàng)新領(lǐng)域作出歷史性地突破。

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