混合现实MR技术在骨科临床工作中的应用前景

混合现实 MR技术在骨科临床工作中的应用前景

庞佳宁 1 祝丰成 2 吴志雄通讯作者 李海欣 3

昆明市第二人民医院骨科 ,云南 昆明 650051

摘要：在现如今时代背景下，科技以及经济的迅速发展促使各大技术获得不断发展，而针对于混合现实技术来说，其正处在不断发展阶段，也正处在被各大领域不断应用的阶段，在骨科临床工作当中，混合现实技术具备非常大的应用优势以及应用空间，并且也具备非常好的应用前景。因此，为了能够保证混合现实技术在骨科临床工作中充分发挥作用价值，本篇文章将建立在针对于混合现实技术进行分析的基础上，探究混合现实技术在骨科手术的应用。

关键词:混合现实技术；骨科应用

近年来，随着“精准医疗”概念的提出，对患者实施精准外科手术越来越受到重视。借助于混合现实技术(mixed reality，MＲ)，将患者的影像资料转化为全息数字的虚拟脏器，清晰显示肾脏的内部结构，提供分拆、交互、测量分析功能的辅助，模拟优化手术方案，帮助医生更加精确地规划手术切除范围，最大程度保留正常肾组织^[1]。

混合现实 MＲ，有时也称 hybrid reality，它把真实世界和虚拟世界合成在一起，产生一个新的环境，使之形象化，物理和数字对象共存，实时的交互。混合现实不仅仅发生在真实世界或虚拟世界，而且把现实和虚拟现实融合到了一起，借助于沉浸技术包容了增强现实和增强虚拟^[2]。

混合现实技术是影像学技术新的突破，既包括增强现实，也包括虚拟现实。该技术通过在现实场景中引入虚拟信息，从而产生新的可视化环境，达到实物和数字对象共存，并实时互动。混合现实技术使手术治疗的各个环节实现精准外科的理念，体现在:①清晰、直观的数字化显示，全面量化脏器解剖结构，使影像资料从 2 维平面升级到 3 维立体，精准定位出病灶的位置及病灶与周围血管、集合系统的空间毗邻关系，深度挖掘数据信息;②通过交互式的虚拟模型规划手术，术中真实场景与虚拟解剖模型融合，使有效的影像数据在手术过程中全面呈现并被利用。临床医生可根据手术需要，任意调整手术切割面，进而有效地进行手术方案优化，提升手术安全性，降低手术过程中可能存在的潜在风险，使患者获得最佳的治疗效果;③增进术前与患者及家属的有效沟通，提供“看得见、说得清、道得明”的帮助，改进医患关系^[3]。

混合现实(mixed reality, MR)是一种使真实世界和虚拟物体在同一视觉空间中显示和交互的计算机虚拟现实技术. 一些学者认为, MR 即为增强现实(augmented reality, AR), 本文中采用 Milgram等^[4] 对 MR 做出的定义, 把它看成是包括 AR 及增强虚拟(augmented virtuality, AV)二者在内的一个更为广泛的连续空间. Milgram 等^[4] 提出“真实-虚拟连续统一体”的概念, 首次阐明了 MR, AR, AV 三者之间的关系. 他们将真实-虚拟连续统一体看作是一个一维坐标空间, 这个坐标空间的整个横轴即为真实-虚拟连续闭集空间, 位于横轴左端的为纯真实环境; 相对应地, 位于横轴右端的为纯虚拟环境, MR 是在横轴上除去左右端点外的其余部分,AR 和 AV 二者则分别是位于更接近真实环境和虚拟环境的一部分连续空间, 同时它们也是MR开集中的一部分连续空间. 尽管如此, AR仍然是MR中最典型的代表, 近年来国内外对 AR 技术的研究数量都远超其他相关技术 ^[5]

混合现实技术在骨科手术中的应用

1． 术前手术方案的制定:

传统骨科手术，医生上述信息的获取依赖于 X 片、CT、磁共振等影像学检查结果，在大脑中进行再现还原^[6]。手术中完全依赖主刀医生的对解剖结构和各种变异的熟知，以及术中临场应变和对紧急情况处理的能力。因术前获取信息的不完整或主刀医生理解的偏差，手术方案的精确制定也会受到影响，手术存在一定安全隐患，病患术后康复效果也有可能会受到一定影响。混合现实技术可以让医生和医生之间的沟通变得更加便捷、直观，同一学科甚至

不同学科的医生，通过对骨折细节信息的实时共享，为最佳治疗方案的制定提供了有力工具，治疗方案变得更加精准、高效^[7]。

2． 混合现实技术的术中引导:

混合现实技术可以在外科医生不充分扩大手术切口的情况下掌握病人的身体内部信息，并叠加显示在虚拟的物理空间上，实现精准的手术治疗方案。同时，全息影像即时生成，根据病患影像学数据构造的个体化全息影像，可以跨地域实时共享病患直观的完整全息图像，也有利于不同医院的医生之间进行沟通交流，实施远程会诊，提供精准医疗方案^[8]。在术中，主刀医生和助手医生通过星图，获取全息影像信息，使患者虚拟的 3D 数字模型与患者病变部位完全重叠在一起，使医生拥有了全新的高维度“透视”手术区域的工具。以骨折为例，以往髋部骨折是在 X 线机透视辅助下，复位骨折 + 螺钉固定，在手术过程中患者及医生均会遭受较多射线; 而采用混合现实技术做此类手术，通过术前的详细规划，术中更容易

复位骨折块，且术中在置钉的过程中能做到心中有数，在提高螺钉置入的精准性和安全性的同时，减少术中X 线透视次数^[9]。

混合现实有望成为另一个医学创新的智慧之眼，将与其他数字化技术一道推进新变革时代医学的创新^[10]。混合现实将患者信息( 影像等) 、 医生的知识与经验( 手术计划) 、 真实的患者( 身体) 、 操作的手( 医生的手、 器械) 通过医生的眼睛在统一空间中融合， 激发医生的无限创造力^[11]， 这种创造力将成为数字化医疗创新的核心动力。

参考文献:

［1］Boylu U，Basatac C，Yildirim U，et al． Comparison of surgical， functional， and oncological outcomes of open and robot- assisted partical nephrectomy． J Minim Ac-cess Surg，2015， 11(1):72- 77．

［2］Black P，Filipas D，Fichtner J，et al． Nephron sparing surgery for central renal tumors: experience with 33 cases． J Urol，2000， 163(3):737- 743．

［3］Ficarra V，Novara G，Secco S，et al． Preoperative aspects and dimensions used for an anatomical (PADUA) classification of renal tumours in patients who are candidates for nephron- sparing surgery． Eur Urol，2009， 56(5):786- 793．

［4］Ljungberg B，Bensalah K，Canfield S，et al． EAUguidelines on renal cell carcinoma: 2014 update． EurUrol，2015， 67(5):913- 924．

［5］王杰， 梁小龙， 吴震杰， 等．机器人辅助腹腔镜肾部分切除术治疗高复杂性肾肿瘤(Ｒ．E．N．A．L．评分≥10分)经验总结．微创泌尿外科杂志， 2017， 6(1):8- 13．

［6］武鹏， 孟平， 张龙龙， 等．机器人辅助腹腔镜肾部分切

除术治疗肾门部肿瘤的技术优化(附 48 例报告)．临床泌尿外科杂志， 2017， 32(10):789- 792．

［7］Kim DK，Komninos C，Kim L，et al． Ｒobot- assisted Partial Nephrectomy for Endophytic Tumors． Curr UrolＲep，2015， 16(11):76．

［8］Nadu A，Kleinmann N，Laufer M，et al． Laparoscopic partial nephrectomy for central tumors: analysis of perioperative outcomes and complications.J Urol，2009， 181(1):42- 47; discussion 47．

［9］Furukawa J，Miyake H，Tanaka K，et al． Console- in-tegrated real- time three- dimensional image overlay navigation for robot- assisted partial nephrectomy with selective arterial clamping: early single- centre experience with 17 cases． Int J Med Ｒobot，2014， 10(4):385-390．

［10］Chen YB，Li HL，Wu DT，et al． Surgical planning and manual image fusion based on 3D model facilitate laparoscopic partial nephrectomy for intrarenal tumors．World J Urol，2014， 32(6):1493- 1499．

［11］Lasser MS，Doscher M，Keehn A，et al． Virtual surgi-

cal planning: a novel aid to robot- assisted laparoscopic partial nephrectomy． J Endourol，2012， 26(10):1372-1379．

基金项目：[项目名称]混合现实MR技术在骨科临床工作中的应用前景。

昆明市科学技术局课题项目编号：昆科计字2019-1-S-25318000001197。

作者简介:庞佳宁,男,1985年10月，汉族，云南昆明，硕士研究生，主治医师。

研究方向：关节置换及运动医学关节镜诊治。

通讯作者：吴志雄，男，1969年2月，汉族，本科，主任医师。

研究方向：髋膝关节置换。