混合現(xiàn)實(shí)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(jì)算機(jī)輔助手術(shù) ( computer-aided surgery )，是當(dāng)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(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航技術(shù)，在骨組織切除、重建的過(guò)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(xiǎn)

。具體來(lái)說(shuō)，在術(shù)中應(yīng)用基于混合現(xiàn)實(shí) ( mixed reality，MR ) 技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)，可以提供實(shí)時(shí)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(shí)解剖結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，進(jìn)而指導(dǎo)整個(gè)手術(shù)操作過(guò)程。此外，MR 技術(shù)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) ( augmented reality，AR ) 和虛擬現(xiàn)實(shí) ( virtual reality，VR ) 技術(shù)很大的不同之處在于它可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的人機(jī)交互，將虛擬內(nèi)容覆蓋到整個(gè)當(dāng)前環(huán)境的場(chǎng)景范圍，并且實(shí)現(xiàn)虛擬與真實(shí)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(dòng)態(tài)數(shù)字化光場(chǎng)信號(hào) ( 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(guò)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(lái)，重建三維模型；同時(shí)，利用軟件編輯模塊優(yōu)化調(diào)整三維重建的虛擬圖像，實(shí)現(xiàn)術(shù)前設(shè)計(jì)規(guī)劃及手術(shù)模擬。這樣一來(lái)，在術(shù)中就可以將術(shù)前計(jì)劃以及獲得的詳細(xì)影像數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)移到術(shù)野或教學(xué)培訓(xùn)場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)影像與解剖的個(gè)性化融合，減少各種手術(shù)的必需信息在常規(guī)應(yīng)用過(guò)程中遇到的失準(zhǔn)、時(shí)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(shì)：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(zhǎng)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(zhǎng)，骨科醫(yī)師往往需要在相對(duì)有限、復(fù)雜多變的解剖空間內(nèi)進(jìn)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(dá)到精準(zhǔn)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(jìn)行術(shù)前完善的設(shè)計(jì)、術(shù)中精確的引導(dǎo)與定位及術(shù)后效果的量化評(píng)價(jià)

。多項(xiàng)研究證實(shí)，MR 技術(shù)的應(yīng)用可以在高精度和準(zhǔn)確性的脊柱微創(chuàng)手術(shù)中明顯減少手術(shù)時(shí)間，優(yōu)化手術(shù)效果，達(dá)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(jué)提示，基于 MR 技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)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(guò)術(shù)前對(duì)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(shí)際操作中術(shù)者并不能完全實(shí)時(shí)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(jì)劃的制訂大部分依靠骨科醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，這種“經(jīng)驗(yàn)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(wú)法制訂出準(zhǔn)確的手術(shù)方案。因此脊柱外科微創(chuàng)手術(shù)就好比一場(chǎng)“閉卷考試”，難度大且風(fēng)險(xiǎn)高，術(shù)者必須有扎實(shí)的脊柱開放手術(shù)經(jīng)驗(yàn)，采用最新的 MR 技術(shù)有望解決這些問(wèn)題，醫(yī)師通過(guò)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(shí)化、立體化、可視化地呈現(xiàn)出來(lái)，操作者還可以根據(jù)手術(shù)需要標(biāo)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(jìn)釘位置、方向、深度等，從而制訂個(gè)性化手術(shù)規(guī)劃，避免手術(shù)過(guò)程中不必要的副損傷發(fā)生；此外，MR 技術(shù)將真實(shí)的手術(shù)場(chǎng)景還原，可以讓患者及其家屬在術(shù)前對(duì)手術(shù)過(guò)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(shí)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(yán)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(shí)間短和術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)勢(shì)，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(guò)程中，外科醫(yī)師需要具備良好的空間感，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師往往會(huì)反復(fù)穿刺、透視，導(dǎo)致手術(shù)時(shí)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(zhǔn)確的定位、導(dǎo)航方法。Yu 等

將 60 位青年醫(yī)師隨機(jī)分為人數(shù)相同的兩組，規(guī)定好標(biāo)準(zhǔn)的穿刺路徑后，A 組學(xué)習(xí)二維標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃路線，B 組通過(guò) 3D Slicer 平臺(tái)學(xué)習(xí)基于 MR 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃路徑，最后研究者分別對(duì)兩組學(xué)員在腰椎模型上進(jìn)行 PTED 穿刺操作的效果進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明 MR技術(shù)的應(yīng)用顯著減少了穿刺時(shí)間和透視次數(shù)，為 PTED 訓(xùn)練提供了標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(duì)照組 ( 30 例 )，對(duì)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(zhǔn)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(píng)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(shí)間、定位、置入套管、手術(shù)全過(guò)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(duì)年輕醫(yī)師進(jìn)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(guò)應(yīng)用 MR 技術(shù)來(lái)創(chuàng)建各類脊柱手術(shù)的模擬化場(chǎng)景，可再現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的培訓(xùn)平臺(tái)，以提高和評(píng)估年輕醫(yī)師的手術(shù)水準(zhǔn)，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(qiáng)操作者的手術(shù)實(shí)戰(zhàn)能力。在國(guó)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(jià)值，并通過(guò)培訓(xùn)后問(wèn)卷測(cè)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(guò)使用MR 技術(shù)可以很好地進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃，這對(duì)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(cuò)誤和最快的速度作出反應(yīng)。

《嘉泰會(huì)稽志》在第九卷《山·會(huì)稽縣·會(huì)稽山》條的小字注解中，引用《舊經(jīng)》說(shuō)了這樣一段話：“會(huì)稽山周圍三百五十里，蓋總言東南諸山之隸會(huì)稽郡者，如晉·王彪之《刻石山詩(shī)》云‘會(huì)稽刻石山’，宋(指南北朝時(shí)期南朝宋)《何胤傳》說(shuō)‘(何胤)居會(huì)稽秦望山’……刻石(山)、秦望(山)皆可以會(huì)稽山名之?！恫凑帯吩疲骸畷?huì)稽東南巨鎮(zhèn)，對(duì)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(huì)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(zhǔn)確性，減少對(duì)患者的傷害，并改善對(duì)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(duì)此類技術(shù)的研究非常有限，但 Vaughn 等

對(duì)沉浸式技術(shù)設(shè)備 ( 例如 Google Glass ) 的早期研究顯示其對(duì)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(lái)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(lái)任何風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)間，又縮短了青年醫(yī)師的學(xué)習(xí)曲線

。Kü?ük 等

研究通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)學(xué)習(xí)解剖學(xué)知識(shí)對(duì)醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)和認(rèn)知方面的影響，發(fā)現(xiàn)使用該技術(shù)的試驗(yàn)組形成了更有效的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過(guò)3D 可視化將書本上的抽象信息具體化，使學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)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(yàn)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境實(shí)時(shí)交互，由此可見 MR 技術(shù)在未來(lái)的解剖教學(xué)領(lǐng)域?qū)?huì)有更優(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(dāng)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(dá)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(duì)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(zhǔn)確的穿刺點(diǎn)

。Wucherer 等

為評(píng)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(jí)外科醫(yī)師對(duì) MR 平臺(tái)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(jī)模擬場(chǎng)景進(jìn)行客觀的評(píng)估，結(jié)果證實(shí)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(duì)手術(shù)室中的突發(fā)事件制定合理的應(yīng)對(duì)策略。Wei 等

為評(píng)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(jī)分為 MR技術(shù)輔助組和對(duì)照組 ( 傳統(tǒng) C 型臂 X 線機(jī)透視組 )，兩組均行 PKP，術(shù)前、術(shù)后分別進(jìn)行疼痛視覺(jué)模擬評(píng)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(biāo)及后凸角測(cè)量。結(jié)果表明 MR 技術(shù)輔助 PKP 能精準(zhǔn)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(jìn)化漫長(zhǎng)而又殘酷?？墒牵茞?、美丑、真假、忠奸、好壞等等，永遠(yuǎn)會(huì)此消彼長(zhǎng)，兩相對(duì)壘，無(wú)休無(wú)止，循環(huán)往復(fù)。

一般法律對(duì)于投資者的保護(hù)力度是不相同的，因此投資正自身在參與市場(chǎng)的時(shí)候以及對(duì)于相關(guān)產(chǎn)品的接受程度也就會(huì)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(hù)得越好其市場(chǎng)就會(huì)變得越發(fā)達(dá)，這樣其結(jié)構(gòu)就會(huì)變?yōu)槭袌?chǎng)主導(dǎo)。另外要是法律能夠?qū)⑹袌?chǎng)中的不對(duì)稱信息進(jìn)行改變，這一改變的程度越高就會(huì)使得投資的效率變得越高。最后法律的完善就會(huì)將證券發(fā)行的成本降低，并且減少一些機(jī)會(huì)主義的行為，促進(jìn)金融市場(chǎng)的發(fā)展。要是法律不健全的話就會(huì)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(duì)其市場(chǎng)秩序以及市場(chǎng)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(wèn)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(jìn)一步開展，MR 技術(shù)為脊柱微創(chuàng)手術(shù)帶來(lái)的便利仍需要未來(lái)大量的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)來(lái)證實(shí)。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(wèn)題，例如臨床應(yīng)用的倫理問(wèn)題、高成本、普及困難、匹配困難、缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)臨床實(shí)踐的操作系統(tǒng)及路徑，優(yōu)化操作系統(tǒng)和質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)，以便該項(xiàng)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(duì)MR 設(shè)備進(jìn)行有針對(duì)性的探索，致力于打造多用途、適應(yīng)性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，以期在脊柱微創(chuàng)手術(shù)中呈現(xiàn)更加真實(shí)、準(zhǔn)確的場(chǎng)景融合。

四、結(jié)語(yǔ)

MR 技術(shù)是目前最前沿的數(shù)字可視化技術(shù)，多項(xiàng)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(zhǔn)度，提高團(tuán)隊(duì)成員與操作設(shè)備間的配合程度，進(jìn)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(lái)越多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)將 MR 技術(shù)應(yīng)用于手術(shù)和教學(xué)中，使得其進(jìn)入了被實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)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(shí)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(lái)需要使用標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)研究來(lái)更清楚地證明 MR 在脊柱微創(chuàng)手術(shù)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。MR 在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用正迅速崛起，期望未來(lái)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(dòng)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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