李靜趙輝王方園馬瑩李欣李文娟劉宸箐

1中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科醫(yī)學(xué)部，國(guó)家耳鼻咽喉疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，

聾病教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，聾病防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京100853）

2青島市中醫(yī)醫(yī)院（市海慈醫(yī)院）（青島266033）

3維卓致遠(yuǎn)醫(yī)療科技發(fā)展有限責(zé)任公司（北京100097）

混合現(xiàn)實(shí)（Mixed reality，MR）技術(shù)是以虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual reality，VR）技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented reality，AR）技術(shù)為基礎(chǔ)研發(fā)而成，是將現(xiàn)實(shí)和虛擬世界合并后產(chǎn)生可視化環(huán)境的一種新型技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。該技術(shù)通過(guò)在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景呈現(xiàn)虛擬場(chǎng)景信息，在現(xiàn)實(shí)世界、虛擬世界和用戶之間搭起一個(gè)交互反饋的信息回路，真正將虛擬影像和真實(shí)世界合二為一，帶來(lái)一種現(xiàn)實(shí)和虛擬混合的場(chǎng)景，增強(qiáng)了體驗(yàn)的真實(shí)感。隨著信息化進(jìn)程加快，計(jì)算機(jī)及空間定位技術(shù)飛速發(fā)展，醫(yī)療行為中三維圖像的全息影像可視化的需求得以逐步實(shí)現(xiàn)，由于其真實(shí)感、全方位立體性，在醫(yī)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域中逐漸開(kāi)始應(yīng)用。

1 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

MR技術(shù)目前已應(yīng)用于醫(yī)學(xué)很多領(lǐng)域，特別是在醫(yī)學(xué)教學(xué)方面，取得了良好效果；此外，在臨床手術(shù)中有些學(xué)科也在嘗試輔助應(yīng)用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也取得了不錯(cuò)的效果，因此，MR技術(shù)在醫(yī)學(xué)上具有良好應(yīng)用前景。根據(jù)研究報(bào)道，目前在骨科、心血管外科、泌尿外科、肝膽外科、口腔科等學(xué)科領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展應(yīng)用，在病變的診斷、手術(shù)計(jì)劃的制定方面，展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)[1-3]，但目前在耳鼻咽喉頭頸外科方面的應(yīng)用尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。

在教學(xué)方面，李濤等[4]將傳統(tǒng)教學(xué)方法與混合現(xiàn)實(shí)全息影像結(jié)合對(duì)進(jìn)修醫(yī)生進(jìn)行心血管影像診斷教學(xué)，發(fā)現(xiàn)混合現(xiàn)實(shí)全息影像結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方法優(yōu)勢(shì)明顯；口腔科在醫(yī)療教學(xué)方面應(yīng)用比較多，王雨薇等[5,6]分別研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用在口腔科門診教學(xué)中，可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)口腔科疾病，如阻生及埋伏牙拔除術(shù)等的理解掌握，并有助于學(xué)生直觀了解術(shù)區(qū)解剖結(jié)構(gòu)，可以能更好的培養(yǎng)口腔頜面外科醫(yī)師，提高學(xué)習(xí)速度及教學(xué)效果。在臨床手術(shù)應(yīng)用方面：WU XH等[7,8]將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在頸椎骨折需要手術(shù)治療的患者，取得了一定成果。Lee等[9,10]通過(guò)研究認(rèn)為MR技術(shù)在骨科中應(yīng)用起到術(shù)前模擬操作，可提高手術(shù)準(zhǔn)確率，降低部分手術(shù)的并發(fā)癥。王亞楠等[11]通過(guò)將全息影像技術(shù)引導(dǎo)機(jī)器人輔助腹腔鏡下腎部分切除術(shù)治療腎門部腫瘤，均取得了良好效果，證實(shí)了本技術(shù)的可行性與有效性。

2 耳鼻喉科應(yīng)用必要性和可行性

雖然混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)中應(yīng)用已經(jīng)較多，但其在耳鼻咽喉頭頸外科尚無(wú)臨床及教學(xué)應(yīng)用的報(bào)道。耳鼻咽喉頭頸外科由于解剖位置隱蔽、結(jié)構(gòu)復(fù)雜[12]導(dǎo)致醫(yī)生對(duì)立體解剖不易理解，因此既往?？漆t(yī)生培養(yǎng)周期長(zhǎng)、效率低，雖然隨著內(nèi)鏡技術(shù)的應(yīng)用，醫(yī)生培訓(xùn)較前有一定發(fā)展，但在體現(xiàn)立體感及術(shù)前模擬方面內(nèi)窺鏡仍有限制，因此耳鼻咽喉頭頸外科醫(yī)生培訓(xùn)仍面臨諸多困難。

對(duì)于很多醫(yī)生來(lái)講，熟練掌握鼻腔鼻竇、側(cè)顱底、蝶鞍區(qū)、鼻眼相關(guān)解剖并精確閱片難度較大，既往針對(duì)解剖的常規(guī)教學(xué)方法主要有幻燈片講解、圖譜教學(xué)、尸頭解剖、手術(shù)演示等，這些方法雖有效果，但對(duì)大部分醫(yī)生，效果較慢。隨著混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用逐漸增多及對(duì)此技術(shù)的深入理解，我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在耳鼻咽喉頭頸外科有更大優(yōu)勢(shì)，例如，在胸腹部手術(shù)應(yīng)用中，腹腔、呼吸運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致解剖部位的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的采集、處理出現(xiàn)誤差，而耳鼻咽喉頭頸外科這方面影響較小，可保證圖像精準(zhǔn)度。因此，將本技術(shù)應(yīng)用在耳鼻喉科頭頸外科中應(yīng)當(dāng)可行。

3 混合現(xiàn)實(shí)全息影像呈現(xiàn)技術(shù)在耳鼻咽喉頭頸外科教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐

教學(xué)工作在醫(yī)學(xué)體系中占有重要地位，是學(xué)科持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，考慮到不同學(xué)員的?？浦R(shí)基礎(chǔ)、受教育背景、接觸專科時(shí)間不同，而且教學(xué)效果短期較難量化，我們選擇從事耳鼻咽喉頭頸外科專業(yè)2-5年的規(guī)培生、進(jìn)修生作為受試對(duì)象，受試學(xué)員有一定專業(yè)基礎(chǔ)，但專業(yè)知識(shí)仍有一定提升空間，這樣可以盡可能讓學(xué)員做出的效果評(píng)果客觀可靠，最終共分批選出12名學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)，并對(duì)培訓(xùn)效果進(jìn)行分析總結(jié)。

教學(xué)方法及內(nèi)容：將患者CT原始DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維醫(yī)學(xué)影像工作站（StarSource Medical Image Workstation，Visual3D，北京維卓致遠(yuǎn)醫(yī)療科技發(fā)展有限責(zé)任公司）進(jìn)行分割、重建、編輯，再通過(guò)“星圖”混合現(xiàn)實(shí)影像系統(tǒng)（StarAtlas Holographic Medical Image System，Visual3D，北京維卓致遠(yuǎn)醫(yī)療科技發(fā)展有限責(zé)任公司）進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，獲得全息影像數(shù)據(jù)。帶教老師和學(xué)生通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)全息眼鏡，觀看虛擬的立體解剖模型和三維影像模型，模型可以根據(jù)需求移動(dòng)、變化大小、分段隱藏、改變顏色和調(diào)節(jié)透明度（圖1-2)。應(yīng)用混合現(xiàn)實(shí)全息影像技術(shù)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)講解的方式，對(duì)學(xué)員在?？平馄省？崎喥矫孢M(jìn)行講解。

圖1 虛擬立體解剖展示Fig.1Ⅴirtual stereoscopic anatomy display

圖2 三維立體影像展示Fig.2 Three-dimensional image display

教學(xué)成果評(píng)估：授課時(shí)間1小時(shí)，內(nèi)容為耳鼻咽喉解剖、CT影像講解，授課結(jié)束后以調(diào)查問(wèn)卷的形式進(jìn)行教學(xué)效果反饋，將本次教學(xué)效果同傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行比較，對(duì)知識(shí)掌握速度、興趣、理解程度、教學(xué)效率等方面進(jìn)行全面評(píng)估。結(jié)果分為較傳統(tǒng)教學(xué)方法效果明顯下降、下降、無(wú)差別、提升、明顯提升。結(jié)果所有學(xué)員都認(rèn)為本方法可以明顯提高掌握知識(shí)速度、同時(shí)學(xué)習(xí)興趣、教學(xué)效率、對(duì)知識(shí)理解程度都明顯提升。

本次研究為概念驗(yàn)證研究，旨在通過(guò)小樣本研究，體驗(yàn)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用效果，以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題；通過(guò)學(xué)員對(duì)教學(xué)效果反饋，發(fā)現(xiàn)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其可以更直觀、立體、分層展現(xiàn)出解剖及影像學(xué)圖片，使學(xué)員學(xué)習(xí)、接受知識(shí)更簡(jiǎn)單、高效，在教學(xué)中應(yīng)用較傳統(tǒng)教學(xué)方法效果明顯提高，獲得了準(zhǔn)確客觀并令人振奮的數(shù)據(jù)，這為我們后續(xù)進(jìn)一步研究提供了支持。但因?qū)W員需要佩戴混合現(xiàn)實(shí)全息眼鏡進(jìn)行學(xué)習(xí)，考慮到技術(shù)及成本原因，每次同時(shí)學(xué)習(xí)人數(shù)比較少，不適合大規(guī)模教學(xué)；另外，既往沒(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道本技術(shù)在耳鼻咽喉頭頸外科方面的應(yīng)用，可供參考研究較少，今后我們將在各個(gè)方面做進(jìn)一步研究。

4 耳鼻咽喉頭頸外科應(yīng)用展望

4.1 教學(xué)方面全面普及

混合現(xiàn)實(shí)全息影像技術(shù)打破了虛實(shí)之間的界限，將醫(yī)學(xué)信息以更加立體直觀的方式呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，可實(shí)現(xiàn)逼真的虛擬模型，使學(xué)生告別傳統(tǒng)枯燥、乏味、死記硬背的學(xué)習(xí)方式，更輕松的理解、學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)變得形象，有趣，大大增加學(xué)習(xí)興趣。在影像及解剖教學(xué)方面，既往常規(guī)的影像學(xué)檢查一般提供二維的圖像，雖然可以進(jìn)行三維掃描，但很難以三維立體方式呈現(xiàn)出內(nèi)部影像，通過(guò)三維的立體化的影像教學(xué)，可以對(duì)放射圖像的解讀更加清晰易懂，準(zhǔn)確且立體地反映局部病變；另外，在混合現(xiàn)實(shí)全息影像技術(shù)應(yīng)用后，通過(guò)空間操作，可以根據(jù)設(shè)定，逐層、逐塊“透視化”顯示解剖結(jié)構(gòu)，使解剖“立體化”，幫助醫(yī)生詳細(xì)、準(zhǔn)確了解內(nèi)在解剖標(biāo)志，使學(xué)員更好的理解解剖，提高學(xué)習(xí)效率。

在醫(yī)療及教學(xué)查房中，在疑難病例討論、術(shù)前討論、病例匯報(bào)方面，通過(guò)全息影像技術(shù)，立體的呈現(xiàn)病變，更好的評(píng)估腫物范圍，定位病變部位，制定更合理手術(shù)方案，同時(shí)，可以讓參加討論醫(yī)生更好的理解疾病。另外，在“四生”臨床技能考核中，通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬出考核內(nèi)容，如咽部異物取出、內(nèi)窺鏡操作模型、鼻出血填塞等立體圖像，可以增加考試的真實(shí)性、提高考核效率、降低成本。

4.2 臨床手術(shù)、教學(xué)手術(shù)、遠(yuǎn)程手術(shù)應(yīng)用越來(lái)越多

耳鼻喉科手術(shù)要求操作精準(zhǔn)、微創(chuàng)，尤其目前手術(shù)范圍已經(jīng)在側(cè)顱底等既往“禁區(qū)”開(kāi)展。在臨床上，耳鼻喉科腫瘤也經(jīng)常和周圍重要結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，如顱底、視神經(jīng)、眼眶、頸內(nèi)動(dòng)脈、垂體等，手術(shù)危險(xiǎn)，易發(fā)生嚴(yán)重并發(fā)癥，因此對(duì)醫(yī)師技術(shù)要求更高，所以進(jìn)行?？剖中g(shù)培訓(xùn)非常有必要。

目前醫(yī)療環(huán)境復(fù)雜、易發(fā)生醫(yī)療糾紛，同時(shí)考慮病人安全及手術(shù)效果，讓學(xué)員在真實(shí)病人進(jìn)行操作練習(xí)手術(shù)的機(jī)會(huì)比較少，特別是在重要解剖區(qū)域，學(xué)員親自動(dòng)手機(jī)會(huì)更少，這限制了年輕醫(yī)生的成長(zhǎng)速度，利用全息影像技術(shù)重建病變及周圍解剖結(jié)構(gòu)，可反復(fù)模擬手術(shù)過(guò)程，從而提高手術(shù)教學(xué)效果，快速提高學(xué)員手術(shù)能力。在臨床手術(shù)應(yīng)用方面，外科醫(yī)生在手術(shù)之前，通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)全息影像技術(shù)的幫助，可實(shí)時(shí)顯示術(shù)區(qū)周圍解剖結(jié)構(gòu)及病變部位，增加定位準(zhǔn)確性[13]，同時(shí)，可以在虛擬空間顯示器上重復(fù)模擬手術(shù)，尋找最佳手術(shù)方案并提高熟練度。提前預(yù)估手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，減少手術(shù)并發(fā)癥，使術(shù)者更加精準(zhǔn)地切除腫瘤，提高手術(shù)成功率。

遠(yuǎn)程手術(shù)是遠(yuǎn)程醫(yī)療的重要部分，包括遠(yuǎn)程手術(shù)會(huì)診、手術(shù)觀察、手術(shù)指導(dǎo)以及手術(shù)實(shí)施等，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[14]通過(guò)混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助，可使醫(yī)生借助遠(yuǎn)程醫(yī)療手段，在遠(yuǎn)距離遙控外科手術(shù)，制定復(fù)雜手術(shù)的計(jì)劃，對(duì)異地、實(shí)時(shí)地對(duì)患者進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)。耳鼻喉科各級(jí)醫(yī)院之間水平差異較大，特別是側(cè)顱底疾病，很多醫(yī)院開(kāi)展少，經(jīng)驗(yàn)不足，通過(guò)遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)，可以提高下級(jí)醫(yī)院水平，幫助開(kāi)展新業(yè)務(wù)。

5 混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用前景及問(wèn)題

混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在耳鼻咽喉頭頸外科領(lǐng)域應(yīng)用有著廣闊的應(yīng)用前景和潛力，雖然目前在國(guó)內(nèi)全面應(yīng)用混合現(xiàn)實(shí)技存在一些困難，比如成本較高、人工智能資源短缺、相關(guān)基礎(chǔ)配套設(shè)施不完善等，但混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)慢慢參與到我們的學(xué)習(xí)和工作中，且取得良好效果，相信在不久的將來(lái)，我們一定可以將它在國(guó)內(nèi)耳鼻咽喉頭頸外科學(xué)界推廣。

本技術(shù)雖然不斷完善，但與真實(shí)空間的匹配精度仍需進(jìn)一步提升。另外，和目前應(yīng)用的導(dǎo)航技術(shù)一樣，本技術(shù)不能代替醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，手術(shù)者對(duì)解剖和疾病的認(rèn)識(shí)很關(guān)鍵，所以，對(duì)于醫(yī)生來(lái)講，傳統(tǒng)的教學(xué)方法以及教學(xué)導(dǎo)師組聯(lián)合教學(xué)[15]等仍然是重要組成部分，所以將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方法結(jié)合會(huì)在一段時(shí)間成為主流，這種技術(shù)也可能會(huì)徹底改變目前教學(xué)模式，推動(dòng)教學(xué)模式的變革，從而推動(dòng)本學(xué)科整體發(fā)展速度，讓更多醫(yī)生受益，最終讓人民享受更好的醫(yī)療技術(shù)。