閆曉冬，侯建存，田青，張雅敏 天津醫(yī)科大學(xué)一中心臨床學(xué)院，天津3009；天津市第一中心醫(yī)院

隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，數(shù)字醫(yī)學(xué)得到了不斷發(fā)展。近年來，虛擬現(xiàn)實(VR)、增強現(xiàn)實(AR)、混合現(xiàn)實(MR)等技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，為外科疾病精準(zhǔn)、個體化治療提供新的途徑[1]。MR是將VR和AR技術(shù)的優(yōu)勢相結(jié)合，將CT、MRI等傳統(tǒng)影像數(shù)據(jù)通過高效智能化圖像分割算法進行3D重建渲染，進而將3D虛擬模型通過頭戴式3D眼鏡投射至現(xiàn)實世界場景中，實現(xiàn)現(xiàn)實世界、虛擬世界及用戶間的實時交互[2]。臨床醫(yī)生利用MR技術(shù)，能夠任意變換重建器官及病灶的大小、顏色、透明度，可以從任意角度進行立體觀察以辨別臟器的解剖結(jié)構(gòu)，從而輔助臨床手術(shù)方案制定、術(shù)中定位及精準(zhǔn)切除。同時，MR也為術(shù)前醫(yī)患間可視化溝通、遠程醫(yī)療、醫(yī)學(xué)教學(xué)等方面帶來諸多便利。本文就近年來MR技術(shù)在外科領(lǐng)域的應(yīng)用進展作一綜述。

1 術(shù)前規(guī)劃

在傳統(tǒng)外科手術(shù)中，醫(yī)生依靠自身的醫(yī)學(xué)知識、臨床經(jīng)驗以及想象力，將X線、CT、MRI等2D影像在大腦中將病灶信息恢復(fù)與重建，從而制定手術(shù)方案。這對于青年外科醫(yī)生而言是具有一定難度的，需要大量臨床實踐來補充，而MR技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用恰好可以解決這一難點。一項針對8名泌尿外科醫(yī)生在術(shù)前應(yīng)用MR技術(shù)對腎臟腫瘤定位的評分調(diào)查問卷結(jié)果顯示，MR技術(shù)能更好地還原腎臟腫瘤與周圍血管、尿路的位置關(guān)系，為腎部分切除患者的術(shù)前規(guī)劃提供指導(dǎo)意義[3]。在肝臟腫瘤術(shù)前通過對原始數(shù)據(jù)進行MR重建，有助于術(shù)者了解病灶與周圍組織器官的關(guān)系、體積大小等信息，可顯著降低手術(shù)風(fēng)險、減少術(shù)中出血量、縮短手術(shù)時間[4]。Wu等[5]基于MR技術(shù)設(shè)計出了一種手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，可以使術(shù)者更為直觀地觀察骨折的具體形態(tài)，以及周圍毗鄰的重要血管、神經(jīng)、脊髓等復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)，進而制定出最佳手術(shù)方案。Jiang等[6]以志愿者血管CTA數(shù)據(jù)制成的3D打印模型為基礎(chǔ)，利用模型在模擬手術(shù)室中對基于MR技術(shù)的血管定位系統(tǒng)的定位精度進行測試，在不同條件下測定MR圖像與實際模型特定標(biāo)記點之間距離，結(jié)果顯示最小誤差為1.35 mm、最大誤差為3.18 mm，均在臨床可接受范圍內(nèi)，說明MR技術(shù)可有效幫助外科醫(yī)生完成術(shù)前規(guī)劃。

2 術(shù)中導(dǎo)航

隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)生常常需要在小空間內(nèi)進行手術(shù)，特別是在人體復(fù)雜的解剖部位，如心臟、肝臟、大腦、脊柱和骨盆，而這些部位往往分布著重要的血管和神經(jīng)。此外，有些疾病可能會導(dǎo)致患者出現(xiàn)解剖學(xué)變異，術(shù)前評估不精確可能會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。在肩關(guān)節(jié)假體植入術(shù)中，術(shù)者可以利用MR技術(shù)獲得全息立體圖像，從而選擇更好的手術(shù)視野，提高了手術(shù)的準(zhǔn)確性和安全性，并有效避免假體植入過程中損傷血管神經(jīng)[7]。

Kasprzak等[8]將經(jīng)食管超聲心動圖數(shù)據(jù)實時傳輸并匹配到MR技術(shù)生成的心臟模型中，并成功利用MR技術(shù)定位狹窄部位，聯(lián)合二尖瓣球囊擴張術(shù)治愈1例NYHA Ⅲ級的風(fēng)濕性二尖瓣狹窄患者。Lei等[9]將股骨骨折患者影像學(xué)圖像利用MR技術(shù)形成3D圖像，由此提供術(shù)中引導(dǎo)并完成全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。Incekara等[10]利用MR技術(shù)對顱腦腫瘤在顱腦表面皮膚范圍以及中心位置進行定位，并與傳統(tǒng)神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)進行比較，結(jié)果顯示25例顱腦腫瘤患者中有9例經(jīng)MR定位的腦部腫瘤中點與神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)無差異，總體中位誤差范圍在0.4 cm以內(nèi)。Wei等[11]研究顯示，采用MR技術(shù)輔助進行的經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)較單純成形術(shù)可以準(zhǔn)確定位椎體位置及壓縮范圍，術(shù)中利用球囊擴張可使錐體高度得到改善，同時減少了患者術(shù)中X線透視次數(shù)。Zhu等[12]對1例腎功能不全伴有肺栓塞患者應(yīng)用MR技術(shù)，成功放置下肢靜脈濾器，有效地減少了造影劑對患者腎功能的損傷，以及術(shù)中射線對醫(yī)務(wù)人員及患者的輻射損傷。

此外，MR技術(shù)可為術(shù)者提供更直觀的肝內(nèi)膽道及血管走行位置信息，為術(shù)者的術(shù)中判斷提供有效幫助[13]。有研究納入了15例需行腦室穿刺引流患者，術(shù)中應(yīng)用MR技術(shù)輔助腦室穿刺的手術(shù)時間為(40.20 ± 10.74)min，穿刺次數(shù)由傳統(tǒng)方法的(2.33±0.98)次縮減到(1.07±0.26)次，目標(biāo)偏差也由(11.26±4.83)mm縮減至(4.34±1.63)mm，說明應(yīng)用MR技術(shù)可有效縮短腦室穿刺引流患者的手術(shù)時間、減少穿刺次數(shù)并且縮小目標(biāo)偏差[14]。此外，MR技術(shù)還可應(yīng)用于乳腺腫瘤[15]、胸壁腫瘤[16]等疾病的手術(shù)治療，有助于提高手術(shù)效率、縮短手術(shù)時間、精準(zhǔn)切除腫瘤。

3 教學(xué)培訓(xùn)

醫(yī)學(xué)院校傳統(tǒng)的解剖教學(xué)大多依賴于教師講解、人體標(biāo)本以及物理模型等方式，近年來由于醫(yī)療環(huán)境和醫(yī)學(xué)倫理的限制，真實人體標(biāo)本短缺，無法滿足教學(xué)需求。對于復(fù)雜的人體解剖構(gòu)造，單純的理論知識以及空間想象往往會造成學(xué)生學(xué)習(xí)效率低下，難以深刻理解。MR技術(shù)能使抽象解剖從多角度、多層面進行立體呈現(xiàn)，幫助學(xué)生更直觀地了解人體復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，使醫(yī)學(xué)生能夠得到有效學(xué)習(xí)[17]。Ruthberg等[18]進行了一項針對48名醫(yī)學(xué)在校生的調(diào)查研究，結(jié)果顯示利用Hololens眼鏡進行骨骼肌肉解剖教學(xué)可縮短操作時間，加深學(xué)生對于解剖結(jié)構(gòu)的理解，使學(xué)習(xí)過程縮短。Kang等[19]將12個具有不同類型的雙出口右心室心臟樣本的CT數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為立體圖像，使用MR技術(shù)對其進行研究性觀察，并且將在立體模型上確定的形態(tài)特征與實際心臟標(biāo)本的觀察結(jié)果進行比較，結(jié)果表明MR技術(shù)可對空間復(fù)雜的先天性心臟病變提供高精度的立體顯示，并具有交互功能，可增強學(xué)生對其形態(tài)學(xué)的3D理解能力，并且對于教學(xué)及病例保存均具有一定價值。同時，傳統(tǒng)課堂教學(xué)具有模式單一和忽視學(xué)生體驗過程的弊端，而MR技術(shù)可使醫(yī)學(xué)教育由2D圖像和視頻向交互式移動性學(xué)習(xí)發(fā)生轉(zhuǎn)變[20]。

目前，MR技術(shù)因其無風(fēng)險、可重復(fù)的優(yōu)勢，正成為醫(yī)師培訓(xùn)的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容。應(yīng)用MR模擬器，青年醫(yī)生可不必走進手術(shù)室就有機會觀摩到復(fù)雜的手術(shù)操作。Maniam等[21]通過將MR與手術(shù)模擬器相結(jié)合，完整地呈現(xiàn)了顳骨的空間虛擬成像，并可在3D圖像中模擬手術(shù)鉆孔步驟，且具有可反復(fù)操作的優(yōu)勢。此外，在脊柱外科手術(shù)教學(xué)中，運用MR技術(shù)可以真實地模擬人體解剖、還原手術(shù)過程，從而提高醫(yī)學(xué)教學(xué)的形象化、交互性以及學(xué)生的3D空間感[22]。Brun等[23]對先天性心臟病患者的心臟結(jié)構(gòu)進行MR技術(shù)重建，可有效幫助臨床醫(yī)生尤其是年輕醫(yī)生對于先天性心臟病復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的理解。Kobayashi等[24]將MR技術(shù)與中心靜脈穿刺及胸腔穿刺引流的臨床教學(xué)操作相結(jié)合，使得培訓(xùn)者的視覺提示和觸覺反饋增強，同時加強了教師與培訓(xùn)者之間交互性指導(dǎo)。Hooten等[25]提出了一種新的MR手術(shù)模擬器，可為醫(yī)學(xué)生模擬腦室造瘺術(shù)提供真實體驗。

4 遠程醫(yī)療與醫(yī)患溝通

傳統(tǒng)遠程診療需要通過圖片、視頻等途徑進行，而利用MR技術(shù)可以使遠程診療變得更為直觀，有助于提升遠程醫(yī)療中醫(yī)生間的合作體驗及效率[26]。線上專家借助MR技術(shù)可以完成異地、實時地對患者進行遠程手術(shù)、術(shù)中指導(dǎo)及病例討論等。Hanna等[27]在尸檢時利用MR技術(shù)對人體標(biāo)本進行全息投影，不僅可以實時分享信息，而且可以允許其他病理學(xué)家遠程訪問進行指導(dǎo)，真正實時地在虛擬標(biāo)本上標(biāo)注感興趣的解剖區(qū)域。Wang等[28]利用Hololens系統(tǒng)開發(fā)了遠程醫(yī)療指導(dǎo)系統(tǒng)，證實了MR技術(shù)在遠程醫(yī)療中的可行性及適用性。

目前，醫(yī)患關(guān)系緊張的原因之一在于患者及家屬對疾病認(rèn)識的不完全。MR技術(shù)具有可視、實時、動態(tài)等優(yōu)勢，術(shù)者可向患者及家屬更為直觀地顯示病變部位，介紹并模擬手術(shù)過程，使患者及家屬對疾病及手術(shù)方案更為了解[29]。Wu等[30]報道了MR技術(shù)在復(fù)雜頸椎骨折術(shù)前溝通的應(yīng)用，術(shù)者利用MR技術(shù)向患者及家屬全方位展示具體頸椎骨折的位置與形態(tài)，使其對手術(shù)風(fēng)險及手術(shù)方案有更深入的了解，同時使醫(yī)患溝通變得簡單、順暢。

綜上所述，MR技術(shù)給醫(yī)學(xué)教育培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)研究、醫(yī)患溝通、臨床治療等帶來顛覆性的變化，有助于促進醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展。MR技術(shù)巨大的應(yīng)用前景有望使其成為外科治療的重要手段之一，并有助于推動醫(yī)療服務(wù)向個性化、精準(zhǔn)化大趨勢發(fā)展。