混合現實技術是一種全新的數字全息影像技術，通過計算機生成三維立體仿真圖像，并將虛擬影像錨定于真實世界。相較傳統影像診療方式，混合現實技術更有利于發揮精準醫學的優勢，有助于推動骨科領域醫學臨床應用、教學和科研的發展，將更加深入及廣泛地推動臨床骨科往標準化、數字化和精準化進步。該文對混合現實技術進行簡要介紹，對其在骨科領域圍手術期、教學和診治規范化和數據化中的應用進行綜述，并探討了其技術優勢，旨在為混合現實技術更好地用于骨科提供一定參考。
引用本文： 陳林, 柳百煉, 普淇, 王大興, 楊慧勤. 混合現實技術在骨科領域的應用. 華西醫學, 2021, 36(8): 1126-1131. doi: 10.7507/1002-0179.202005101 復制
骨科領域中，頸椎、骨盆、四肢多發骨折等復雜骨折的治療依賴手術醫生對解剖及手術的理解和經驗，復雜骨折手術難度高、風險大及受傷處隱蔽等特點導致術中容易并發血管神經損傷，而手術的復雜性將延長手術時間，增加手術風險；同時對于醫學生及學習者而言，掌握這些知識需要更多的時間和精力，熟練應用則更加困難[1]。這些均提示對于復雜骨科手術，需提高手術的可預見性、安全性和專業性，學習者需要縮短學習曲線，高效利用科技進步帶來的巨大改變，骨科專業治療選擇和治療進程的規范化更需要多學科聯合解決[2]，但傳統的醫學影像（CT、MRI 等）資料已無法滿足精準化、個性化治療[3]。而三維打印技術、手術機器人技術、混合現實技術等數字骨科學的迅猛發展擴大了骨科手術的范圍，提升了骨科手術的質量，縮短了手術時間，加快了醫學生的培養曲線，符合骨科個性化精準化手術的最新治療理念與要求是骨科學發展的重要方向[4]。本文將對混合現實技術在骨科領域的應用現狀進行綜述，探究其應用效果，旨在為混合現實技術更好地用于骨科提供一定參考。
1 混合現實技術
混合現實技術是一種全新的數字全息影像技術，通過計算機生成立體三維仿真圖像，用視覺設備將其錨定在真實世界，同時疊加其他感官感覺。上世紀后半葉以來，計算機帶來的數字化變革和快速發展推動了人機交互的飛速進步，實現了人機交互從單純鼠標鍵盤操作和顯示屏顯示到虛擬現實技術和增強現實技術等逐步推廣，之后這些高新技術演化而來的混合現實技術也在走向新的發展階段[5]。混合現實技術與其他技術最本質的區別是其溝通了虛擬世界與現實世界，并給予用戶操作改變兩者聯系的鑰匙，增強了使用者的真實感和現實與虛擬融合的體驗[6]。混合現實系統有 3 個特點：① 現實與虛擬世界結合；② 虛擬物體與真實世界精確對準；③ 真實世界與虛擬物體實時自由交互[7]。
2 混合現實技術在骨科領域的應用
混合現實技術在骨科領域的應用主要有 3 個流程：① 數據收集處理，即行骨折 CT、MRI 等影像學檢查，選擇層厚在 1 mm 或 3 mm 以下的薄層醫學數字成像和通信原始數據導入數據處理軟件，立體光刻格式導入混合現實系統，形成三維數據，模擬復位及預處理內固定（圖 1a）；② 顯示應用，即現今混合現實技術主要通過頭戴式顯示器、投影和傳統顯示器桌面顯示，在顯示技術可視化下通過對三維數據的骨折進行骨折虛擬復位處理，可結合三維打印對內固定物進行預調整塑形，評估并擬定手術要點及流程，定制完整的個性化手術（圖 1b），分享交流數據資料并完善計劃；③ 圖像錨定應用，即在圍手術期，充分利用混合現實技術與現實世界精準對接，選取患者體表定位點，通過混合現實技術眼鏡等方式將擬定虛擬模型與患者本身重合，用于術前溝通談話、術中在模型及擬定計劃指導下進行手術和術后指導康復（圖 1c、1d），在學習時亦可充分利用已有實體模型進行精細化、可重復性學習。
圖1
混合現實技術應用于骨科的圖像
a. 數據收集處理；b. 可視化下模擬復位及內固定預處理；c. 佩戴混合現實技術眼鏡的醫生正在手術；d. 術中虛擬模型與患者本身重合。所有圖片均由作者團隊在昆明醫科大學附屬延安醫院自行拍攝
2.1 圍手術期
混合現實技術能夠在圍手術期（術前診斷及模擬手術、術中輔助手術、醫患交溝通術后康復指導）發揮精準醫學的優勢，有助于推動骨科臨床、教學、科研的發展。區別于傳統 MRI、CT 數據只能在圖片展示或簡單三維重建，混合現實技術能夠將收集到的患者術前手術部位相關數據利用三維重建軟件重建并以立體光刻格式將模型導出，然后導入混合現實硬件設備，借助 CAD 及逆向工程軟件，結合混合現實技術、計算機開發語言、三維建模技術實現分割、骨折復位、組配等功能，給出個性化的內固定器材組配方案，為醫生在圍手術期提供幫助[8]。增強現實技術實現了全息影像與實際病灶的精準匹配，通過佩戴混合現實技術眼鏡的醫生的眼睛在虛擬與現實結合的空間融合，從而實現了手術的模擬和術中指導，為術中導航、術后恢復對比所用[9]。
2.1.1 術前診斷及模擬手術
混合現實技術相較傳統影像技術更加立體形象，可綜合分析并結合數字化技術重建結構，能夠提高醫生的診斷準確性和診斷效率，完整正確的術前診斷能夠加深醫生對于疾病的理解，避免出現漏診誤診[10]。萬磊等[11]在 2018 年將混合現實技術三維測量與 Chamberlain 線二維測量、McGregor 線測量輔助診斷顱底凹陷癥進行比較，發現混合現實技術輔助測量下無假陽性結果，且假陰性結果明顯降低，顯示了其在顱底凹陷癥診斷中的可靠性。此外，混合現實技術形成的虛擬數據也可運用于術前手術模擬，可以有效評估手術相關風險及預處理可能遇到的困難，對于術者亦可增加手術熟練度及信心[10]。混合現實技術系統通過數據導入，在相關設備幫助下可立體模擬出一種現實和虛擬結合的手術環境及手術操作過程，通過錨定于現實環境的虛擬模型，可全方位、多角度調整模型位置、細節等；其通過對數字化的信息導入，更加立體精準顯示個體血管神經等的復雜解剖結構，同時對于手術切口大小、入路、內固定物的預處理方式和固定位置等可提前模擬并可反復調整，由此對手術進行個性化定制[12]。術者可對手術流程及可能遇到的問題有良好預見性，從而縮短手術時間和避免術中可能出現的損傷及術后并發癥。國內 Wu 等[13]將混合現實技術運用于復雜頸椎骨折的綜合術前處理，能夠讓術者模擬手術進行，實現手術的精準化和風險預估；Yu 等[14]應用混合現實技術行經皮椎間孔鏡椎間盤切除術的術前計劃及訓練，學習者分 2 組共 60 人，通過對比 2 組穿刺次數、手術時間、透視次數等數據，認為結合混合現實技術的學習顯著優于傳統培訓方法，有利于手術的進行及減少并發癥。
2.1.2 術中輔助手術
骨科手術的復雜性和困難性使術者必須在一個狹窄空間內進行復雜操作，而通過混合現實技術等對術前數據進行整合，使用計算機導航系統輔助手術進行，可提高手術精準度，降低手術風險[15]。特別是脊柱外科手術毗鄰重要神經血管時，其術中風險高，要求能在術前已明確患者個體化解剖結構及病情后，在術中通過 X 線或 CT 獲取手術中的變化，而混合現實技術能夠通過術中透視數據結合術前數據更新重建解剖結構，實時通過影像顯示或術中導航系統等指導手術，提高手術安全性，縮短手術時間及減少損傷及并發癥等[16]。Wei 等[17]學者等通過結合混合現實技術對骨質疏松性壓縮骨折患者行椎體后凸成形術治療，發現結合混合現實技術組在癥狀改善、骨水泥彌散程度、椎體高度改善等方面均優于未使用混合現實技術組。陶星光[18]回顧性分析了 34 例伴有脫位的復雜脛骨平臺骨折患者的治療，發現通過 Hololens 平臺基于混合現實技術能夠實現脛骨平臺術中三維可視化，且在術中可精準定位脛骨平臺位置，計算機輔助技術亦能夠提高Ⅱ期手術的術前規劃質量，有利于手術的術前規劃及術中的精準高效。Wu 等[19]使用混合現實技術結合三維打印技術用于頸椎椎弓根釘固定術，共有 108 枚椎弓根釘 27 例上頸椎骨折患者行計算機輔助及導航，術中無透視置釘，術后復查顯示各釘在第 1、2 頸椎水平，其理想入口點與實際入口點、傾斜角、尾角差等數據差異無統計學意義，顯示了混合現實技術在上頸椎骨折中應用可以提高椎弓根置釘的安全性和準確性。萬磊等[20]運用混合現實技術與常規方法治療骨盆骨折與髖臼骨折，發現運用混合現實技術輔助手術可以明顯縮短手術時間，減少術中出血，提高手術效果。Zhou 等[21]設計了一種基于混合現實技術的近距離治療的外科導航系統，可實現虛擬器官與真實患者術前計劃的融合和手術器械的實時追蹤，術中將所有信息與患者相結合，形成術前計劃的可視化及數字實時監控，該系統已在動物實驗中顯示有效且安全，但仍缺乏更大范圍的臨床試驗。
2.1.3 術前醫患溝通及術后康復指導
在臨床醫患溝通中，混合現實技術可以讓家屬更直觀地了解患者情況，進行術前溝通以及了解手術方案規劃和手術風險，消除家屬疑慮，降低醫患糾紛，提高手術精準度和效率，術后告知患者術中情況和如何術后康復，讓患者能對自己的疾病和潛在風險有更多了解，增加參與度，避免醫患糾紛[22]。國內王慧文等[23]總結了 6 例青少年股骨頸骨折微創手術患者術后康復護理的經驗，認為混合現實技術可使醫護患三方能夠充分溝通了解疾病的治療及康復，有利于護理工作的開展。Negrillo-Cárdenas 等[24]認為通過將計算機輔助技術應用于骨科診斷到康復可以極大幫助使用者提高醫患溝通能力，使其能將復雜的診療過程更清晰明了地告知患者，使雙方獲益。沈劍輝等[25]也報告了 3 例復雜骨折手術患者，發現混合現實技術指導下的護理配合在術前準備、術中配合及器械植入物、術后康復指導上相較傳統方式效率和規范性有顯著提升。國外 Gerup 等[26]回顧性分析了 2013 年—2018 年 26 項混合現實技術及增強現實技術用于指導康復保健教育的相關數據，認為其明顯有益于患者的疾病康復。而在骨科康復領域更加困難的脊髓損傷康復中，Flores 等[27]使用混合現實技術結合正念輔助對 2 例癱瘓患者行康復訓練和心理治療，發現能夠明顯減少患者的負面情緒，有利于患者的心理健康，但其能否帶來長期改善仍需要更多研究和數據支持。
2.2 教學
對于醫學生和年輕骨科醫生而言，骨科手術涉及部位廣、解剖復雜、學習曲線長，而不斷減少的臨床訓練機會和難度不斷增加的手術入路、手術方式、治療策略等之間的矛盾日益增大。因此，各類數字技術、解剖操作模型以及身體訓練方法等不斷發展，用以解決目前醫學教育的困境[28-29]。在骨科學習中，需要學習者對解剖非常熟悉。Wainman 等[30]將混合現實技術與傳統解剖學習方式相結合，取得了良好的效果。Ruthberg 等[31]的研究納入 48 例在混合現實平臺學習全息解剖學的學生，通過對比對照組的考試成績，認為結合混合現實技術不會降低學生對學習內容的理解程度，還可減少解剖教學所需的時間。張里程等[32]認為在骨科臨床教學中，混合現實技術的應用可以改善傳統教學模式的不足，通過多樣化的學習方法和多元化的溝通渠道提高教學成效，推動骨科教學改革，有利于教學的數字化、標準化和高效化。但 Wainman 等[30]的研究納入采用物理模型、混合現實技術、虛擬現實技術或電子平面圖閱覽等 7 種獨立或組合方式進行學習的 20 例大學生，結果顯示單獨運用混合現實技術學習相較其他方式學習學生的解剖測試得分最低，該文作者認為學習解剖學的關鍵仍然是對解剖的立體觀測。然而，仍有學者指出，對于無法跟隨學習或不能滿足解剖立體觀測條件的學習者而言，自學解剖及網絡資料結合混合現實技術讓其更容易熟練掌握這些基礎知識，同時也可作為標準學院模式的補充方法，能提高學習效率，降低學習成本[31]。Moro 等[33]也在其報道中指出，對于校外自學或跟隨學習的學習者而言，混合現實技術和便攜智能設備結合能夠提供優質且豐富的學習資源，對于學生而言也更容易接觸到這些方便且豐富的內容，有利于學習者對解剖生理等學科的可視化學習。此外，基于混合現實技術進行手術的模擬仿真訓練還改變了傳統的手術臺上老師指導學生的教學模式[34]。新的教學方式將典型病例通過大數據收集，最后以標準的手術方案、精準的入路模擬的方式讓學生學習，將會給學生提供強有力的幫助，并且快速提高其臨床應用能力[35]，從而有助于骨科醫生的培訓，縮短學習曲線，提高骨科操作的技術與臨床效果[36]。如 Condino 等[37]運用微軟 HoloLens 混合現實技術進行髖關節置換術模擬，相較傳統書本或視頻學習，前者能夠同時在視覺、聽覺感知、手勢和聲音動作等得到積極的反饋。Coelho 等[38]也贊同混合現實技術在脊柱外科訓練中的作用，認為其能提供高度仿真的模擬訓練環境，顯著提高學習者手術中的操作策略，且使學習者的技能和心理能力都有明顯提高，還能縮短學習曲線。
2.3 診治規范化和數據化
混合現實技術給骨科診治的規范化和數據化帶來極大的促進作用，使醫生與患者之間的溝通變得更簡單、順暢，減少可能的醫患矛盾，讓同一學科同一領域醫生的異地溝通變得快捷和直觀，真正實現了跨區域、跨時間的溝通交流[39]。混合現實技術的出現還將給遠程醫學教育培訓、醫學研究、醫學溝通和臨床治療等帶來新的變化和巨大的變革[40]，為骨科的臨床治療與教學提供全新的方法和平臺，通過統一標準、資料數字化和三維化、動態應用混合現實技術等，建立數字骨科學的有效溝通，有望推動臨床骨科的進一步發展，有利于骨科手術醫生以全新的模式和技術平臺進行模擬、訓練和交流[41]。此外，基于混合現實技術的數據標準化還可以更安全高效地實現遠程指導手術。朱捷等[42]于 2018 年基于混合現實技術平臺通過將混合現實技術、機器人技術和遠程技術結合，完成了混合現實技術平臺遠程協作機器人腹腔腫瘤切除術，該團隊在 2016 年亦成功進行了遠程混合現實技術下機器人微創導航手術。Rojas-Mu?oz 等[43]也通過結合全息投影及頭戴式顯示器，由專家遠程指導非專業人士進行腿部筋膜切開術，發現在結合混合現實技術的遠程指導下，手術完成時間、錯誤發生數量和手術評分均優于未結合混合現實技術者。
3 混合現實技術的技術優勢
① 解剖結構清晰：建立在傳統影像學檢查基礎上的混合現實數字技術改變了以往閱片及學習方式，從二維到三維，從抽象到具體，幫助使用者獲取立體的虛擬解剖結構，而不是根據平面影像資料大腦自主合成可能包含錯誤信息的數據，有利于術者及學習者進行更準確、更高效的解剖學習[44-45]；② 數據的操作性：不同于以往將影像資料通過三維打印形成實體后行術前準備的費時費力，混合現實技術使得戴上眼鏡后就可快速廉價地通過三維渲染進行虛擬骨折復位、內固定預處理、數字化交流學習等[46]；③ 術前溝通及術后總結：混合現實技術可直觀地將立體三維模型展示給患者及家屬，更高效率地進行醫患溝通，減少由于醫患雙方醫療知識水平不同帶來的溝通困難，減輕醫生的工作難度[47]；④ 術中指導手術：術者通過聲音及手勢控制混合現實技術下的模型位置、大小、變化過程來指導手術，不影響手術進程及不造成手術污染，且可結合術中虛擬錨定于現實中的數據實時反饋規范手術過程，達到精準化、個性化治療的目的[48]；⑤ 學習交流：混合現實技術對于患者治療過程有完整的數據檔案，通過分享交流，有利于更大范圍的學習者對解剖、手術、后續康復指導等治療過程有更深入、更詳盡的學習[49]。
4 小結與展望
綜上所述，混合現實技術相較傳統醫學模式有其獨到的優勢，其安全性和有效性已得到眾多研究的肯定，其應用也將更廣泛及深入。伴隨數字化的大潮，混合現實技術會被更多地應用于醫學專業[50]。而骨科的數字化必然將極大促進醫工聯合的快速發展，更加有利于患者診療技術和骨科學科的發展。然而，設備昂貴、操作需要專業人員輔助、應用流程成熟度低等仍然是阻礙混合現實技術推廣應用的桎梏。現階段如何更進一步推動醫學治療的精準化、數字化進程和提高數字化外科治療的安全性和可靠性，仍然需要更多的探索[51]。
骨科領域中，頸椎、骨盆、四肢多發骨折等復雜骨折的治療依賴手術醫生對解剖及手術的理解和經驗，復雜骨折手術難度高、風險大及受傷處隱蔽等特點導致術中容易并發血管神經損傷，而手術的復雜性將延長手術時間，增加手術風險；同時對于醫學生及學習者而言，掌握這些知識需要更多的時間和精力，熟練應用則更加困難[1]。這些均提示對于復雜骨科手術，需提高手術的可預見性、安全性和專業性，學習者需要縮短學習曲線，高效利用科技進步帶來的巨大改變，骨科專業治療選擇和治療進程的規范化更需要多學科聯合解決[2]，但傳統的醫學影像（CT、MRI 等）資料已無法滿足精準化、個性化治療[3]。而三維打印技術、手術機器人技術、混合現實技術等數字骨科學的迅猛發展擴大了骨科手術的范圍，提升了骨科手術的質量，縮短了手術時間，加快了醫學生的培養曲線，符合骨科個性化精準化手術的最新治療理念與要求是骨科學發展的重要方向[4]。本文將對混合現實技術在骨科領域的應用現狀進行綜述，探究其應用效果，旨在為混合現實技術更好地用于骨科提供一定參考。
1 混合現實技術
混合現實技術是一種全新的數字全息影像技術，通過計算機生成立體三維仿真圖像，用視覺設備將其錨定在真實世界，同時疊加其他感官感覺。上世紀后半葉以來，計算機帶來的數字化變革和快速發展推動了人機交互的飛速進步，實現了人機交互從單純鼠標鍵盤操作和顯示屏顯示到虛擬現實技術和增強現實技術等逐步推廣，之后這些高新技術演化而來的混合現實技術也在走向新的發展階段[5]。混合現實技術與其他技術最本質的區別是其溝通了虛擬世界與現實世界，并給予用戶操作改變兩者聯系的鑰匙，增強了使用者的真實感和現實與虛擬融合的體驗[6]。混合現實系統有 3 個特點：① 現實與虛擬世界結合；② 虛擬物體與真實世界精確對準；③ 真實世界與虛擬物體實時自由交互[7]。
2 混合現實技術在骨科領域的應用
混合現實技術在骨科領域的應用主要有 3 個流程：① 數據收集處理，即行骨折 CT、MRI 等影像學檢查，選擇層厚在 1 mm 或 3 mm 以下的薄層醫學數字成像和通信原始數據導入數據處理軟件，立體光刻格式導入混合現實系統，形成三維數據，模擬復位及預處理內固定（圖 1a）；② 顯示應用，即現今混合現實技術主要通過頭戴式顯示器、投影和傳統顯示器桌面顯示，在顯示技術可視化下通過對三維數據的骨折進行骨折虛擬復位處理，可結合三維打印對內固定物進行預調整塑形，評估并擬定手術要點及流程，定制完整的個性化手術（圖 1b），分享交流數據資料并完善計劃；③ 圖像錨定應用，即在圍手術期，充分利用混合現實技術與現實世界精準對接，選取患者體表定位點，通過混合現實技術眼鏡等方式將擬定虛擬模型與患者本身重合，用于術前溝通談話、術中在模型及擬定計劃指導下進行手術和術后指導康復（圖 1c、1d），在學習時亦可充分利用已有實體模型進行精細化、可重復性學習。
圖1
混合現實技術應用于骨科的圖像
a. 數據收集處理；b. 可視化下模擬復位及內固定預處理；c. 佩戴混合現實技術眼鏡的醫生正在手術；d. 術中虛擬模型與患者本身重合。所有圖片均由作者團隊在昆明醫科大學附屬延安醫院自行拍攝
2.1 圍手術期
混合現實技術能夠在圍手術期（術前診斷及模擬手術、術中輔助手術、醫患交溝通術后康復指導）發揮精準醫學的優勢，有助于推動骨科臨床、教學、科研的發展。區別于傳統 MRI、CT 數據只能在圖片展示或簡單三維重建，混合現實技術能夠將收集到的患者術前手術部位相關數據利用三維重建軟件重建并以立體光刻格式將模型導出，然后導入混合現實硬件設備，借助 CAD 及逆向工程軟件，結合混合現實技術、計算機開發語言、三維建模技術實現分割、骨折復位、組配等功能，給出個性化的內固定器材組配方案，為醫生在圍手術期提供幫助[8]。增強現實技術實現了全息影像與實際病灶的精準匹配，通過佩戴混合現實技術眼鏡的醫生的眼睛在虛擬與現實結合的空間融合，從而實現了手術的模擬和術中指導，為術中導航、術后恢復對比所用[9]。
2.1.1 術前診斷及模擬手術
混合現實技術相較傳統影像技術更加立體形象，可綜合分析并結合數字化技術重建結構，能夠提高醫生的診斷準確性和診斷效率，完整正確的術前診斷能夠加深醫生對于疾病的理解，避免出現漏診誤診[10]。萬磊等[11]在 2018 年將混合現實技術三維測量與 Chamberlain 線二維測量、McGregor 線測量輔助診斷顱底凹陷癥進行比較，發現混合現實技術輔助測量下無假陽性結果，且假陰性結果明顯降低，顯示了其在顱底凹陷癥診斷中的可靠性。此外，混合現實技術形成的虛擬數據也可運用于術前手術模擬，可以有效評估手術相關風險及預處理可能遇到的困難，對于術者亦可增加手術熟練度及信心[10]。混合現實技術系統通過數據導入，在相關設備幫助下可立體模擬出一種現實和虛擬結合的手術環境及手術操作過程，通過錨定于現實環境的虛擬模型，可全方位、多角度調整模型位置、細節等；其通過對數字化的信息導入，更加立體精準顯示個體血管神經等的復雜解剖結構，同時對于手術切口大小、入路、內固定物的預處理方式和固定位置等可提前模擬并可反復調整，由此對手術進行個性化定制[12]。術者可對手術流程及可能遇到的問題有良好預見性，從而縮短手術時間和避免術中可能出現的損傷及術后并發癥。國內 Wu 等[13]將混合現實技術運用于復雜頸椎骨折的綜合術前處理，能夠讓術者模擬手術進行，實現手術的精準化和風險預估；Yu 等[14]應用混合現實技術行經皮椎間孔鏡椎間盤切除術的術前計劃及訓練，學習者分 2 組共 60 人，通過對比 2 組穿刺次數、手術時間、透視次數等數據，認為結合混合現實技術的學習顯著優于傳統培訓方法，有利于手術的進行及減少并發癥。
2.1.2 術中輔助手術
骨科手術的復雜性和困難性使術者必須在一個狹窄空間內進行復雜操作，而通過混合現實技術等對術前數據進行整合，使用計算機導航系統輔助手術進行，可提高手術精準度，降低手術風險[15]。特別是脊柱外科手術毗鄰重要神經血管時，其術中風險高，要求能在術前已明確患者個體化解剖結構及病情后，在術中通過 X 線或 CT 獲取手術中的變化，而混合現實技術能夠通過術中透視數據結合術前數據更新重建解剖結構，實時通過影像顯示或術中導航系統等指導手術，提高手術安全性，縮短手術時間及減少損傷及并發癥等[16]。Wei 等[17]學者等通過結合混合現實技術對骨質疏松性壓縮骨折患者行椎體后凸成形術治療，發現結合混合現實技術組在癥狀改善、骨水泥彌散程度、椎體高度改善等方面均優于未使用混合現實技術組。陶星光[18]回顧性分析了 34 例伴有脫位的復雜脛骨平臺骨折患者的治療，發現通過 Hololens 平臺基于混合現實技術能夠實現脛骨平臺術中三維可視化，且在術中可精準定位脛骨平臺位置，計算機輔助技術亦能夠提高Ⅱ期手術的術前規劃質量，有利于手術的術前規劃及術中的精準高效。Wu 等[19]使用混合現實技術結合三維打印技術用于頸椎椎弓根釘固定術，共有 108 枚椎弓根釘 27 例上頸椎骨折患者行計算機輔助及導航，術中無透視置釘，術后復查顯示各釘在第 1、2 頸椎水平，其理想入口點與實際入口點、傾斜角、尾角差等數據差異無統計學意義，顯示了混合現實技術在上頸椎骨折中應用可以提高椎弓根置釘的安全性和準確性。萬磊等[20]運用混合現實技術與常規方法治療骨盆骨折與髖臼骨折，發現運用混合現實技術輔助手術可以明顯縮短手術時間，減少術中出血，提高手術效果。Zhou 等[21]設計了一種基于混合現實技術的近距離治療的外科導航系統，可實現虛擬器官與真實患者術前計劃的融合和手術器械的實時追蹤，術中將所有信息與患者相結合，形成術前計劃的可視化及數字實時監控，該系統已在動物實驗中顯示有效且安全，但仍缺乏更大范圍的臨床試驗。
2.1.3 術前醫患溝通及術后康復指導
在臨床醫患溝通中，混合現實技術可以讓家屬更直觀地了解患者情況，進行術前溝通以及了解手術方案規劃和手術風險，消除家屬疑慮，降低醫患糾紛，提高手術精準度和效率，術后告知患者術中情況和如何術后康復，讓患者能對自己的疾病和潛在風險有更多了解，增加參與度，避免醫患糾紛[22]。國內王慧文等[23]總結了 6 例青少年股骨頸骨折微創手術患者術后康復護理的經驗，認為混合現實技術可使醫護患三方能夠充分溝通了解疾病的治療及康復，有利于護理工作的開展。Negrillo-Cárdenas 等[24]認為通過將計算機輔助技術應用于骨科診斷到康復可以極大幫助使用者提高醫患溝通能力，使其能將復雜的診療過程更清晰明了地告知患者，使雙方獲益。沈劍輝等[25]也報告了 3 例復雜骨折手術患者，發現混合現實技術指導下的護理配合在術前準備、術中配合及器械植入物、術后康復指導上相較傳統方式效率和規范性有顯著提升。國外 Gerup 等[26]回顧性分析了 2013 年—2018 年 26 項混合現實技術及增強現實技術用于指導康復保健教育的相關數據，認為其明顯有益于患者的疾病康復。而在骨科康復領域更加困難的脊髓損傷康復中，Flores 等[27]使用混合現實技術結合正念輔助對 2 例癱瘓患者行康復訓練和心理治療，發現能夠明顯減少患者的負面情緒，有利于患者的心理健康，但其能否帶來長期改善仍需要更多研究和數據支持。
2.2 教學
對于醫學生和年輕骨科醫生而言，骨科手術涉及部位廣、解剖復雜、學習曲線長，而不斷減少的臨床訓練機會和難度不斷增加的手術入路、手術方式、治療策略等之間的矛盾日益增大。因此，各類數字技術、解剖操作模型以及身體訓練方法等不斷發展，用以解決目前醫學教育的困境[28-29]。在骨科學習中，需要學習者對解剖非常熟悉。Wainman 等[30]將混合現實技術與傳統解剖學習方式相結合，取得了良好的效果。Ruthberg 等[31]的研究納入 48 例在混合現實平臺學習全息解剖學的學生，通過對比對照組的考試成績，認為結合混合現實技術不會降低學生對學習內容的理解程度，還可減少解剖教學所需的時間。張里程等[32]認為在骨科臨床教學中，混合現實技術的應用可以改善傳統教學模式的不足，通過多樣化的學習方法和多元化的溝通渠道提高教學成效，推動骨科教學改革，有利于教學的數字化、標準化和高效化。但 Wainman 等[30]的研究納入采用物理模型、混合現實技術、虛擬現實技術或電子平面圖閱覽等 7 種獨立或組合方式進行學習的 20 例大學生，結果顯示單獨運用混合現實技術學習相較其他方式學習學生的解剖測試得分最低，該文作者認為學習解剖學的關鍵仍然是對解剖的立體觀測。然而，仍有學者指出，對于無法跟隨學習或不能滿足解剖立體觀測條件的學習者而言，自學解剖及網絡資料結合混合現實技術讓其更容易熟練掌握這些基礎知識，同時也可作為標準學院模式的補充方法，能提高學習效率，降低學習成本[31]。Moro 等[33]也在其報道中指出，對于校外自學或跟隨學習的學習者而言，混合現實技術和便攜智能設備結合能夠提供優質且豐富的學習資源，對于學生而言也更容易接觸到這些方便且豐富的內容，有利于學習者對解剖生理等學科的可視化學習。此外，基于混合現實技術進行手術的模擬仿真訓練還改變了傳統的手術臺上老師指導學生的教學模式[34]。新的教學方式將典型病例通過大數據收集，最后以標準的手術方案、精準的入路模擬的方式讓學生學習，將會給學生提供強有力的幫助，并且快速提高其臨床應用能力[35]，從而有助于骨科醫生的培訓，縮短學習曲線，提高骨科操作的技術與臨床效果[36]。如 Condino 等[37]運用微軟 HoloLens 混合現實技術進行髖關節置換術模擬，相較傳統書本或視頻學習，前者能夠同時在視覺、聽覺感知、手勢和聲音動作等得到積極的反饋。Coelho 等[38]也贊同混合現實技術在脊柱外科訓練中的作用，認為其能提供高度仿真的模擬訓練環境，顯著提高學習者手術中的操作策略，且使學習者的技能和心理能力都有明顯提高，還能縮短學習曲線。
2.3 診治規范化和數據化
混合現實技術給骨科診治的規范化和數據化帶來極大的促進作用，使醫生與患者之間的溝通變得更簡單、順暢，減少可能的醫患矛盾，讓同一學科同一領域醫生的異地溝通變得快捷和直觀，真正實現了跨區域、跨時間的溝通交流[39]。混合現實技術的出現還將給遠程醫學教育培訓、醫學研究、醫學溝通和臨床治療等帶來新的變化和巨大的變革[40]，為骨科的臨床治療與教學提供全新的方法和平臺，通過統一標準、資料數字化和三維化、動態應用混合現實技術等，建立數字骨科學的有效溝通，有望推動臨床骨科的進一步發展，有利于骨科手術醫生以全新的模式和技術平臺進行模擬、訓練和交流[41]。此外，基于混合現實技術的數據標準化還可以更安全高效地實現遠程指導手術。朱捷等[42]于 2018 年基于混合現實技術平臺通過將混合現實技術、機器人技術和遠程技術結合，完成了混合現實技術平臺遠程協作機器人腹腔腫瘤切除術，該團隊在 2016 年亦成功進行了遠程混合現實技術下機器人微創導航手術。Rojas-Mu?oz 等[43]也通過結合全息投影及頭戴式顯示器，由專家遠程指導非專業人士進行腿部筋膜切開術，發現在結合混合現實技術的遠程指導下，手術完成時間、錯誤發生數量和手術評分均優于未結合混合現實技術者。
3 混合現實技術的技術優勢
① 解剖結構清晰：建立在傳統影像學檢查基礎上的混合現實數字技術改變了以往閱片及學習方式，從二維到三維，從抽象到具體，幫助使用者獲取立體的虛擬解剖結構，而不是根據平面影像資料大腦自主合成可能包含錯誤信息的數據，有利于術者及學習者進行更準確、更高效的解剖學習[44-45]；② 數據的操作性：不同于以往將影像資料通過三維打印形成實體后行術前準備的費時費力，混合現實技術使得戴上眼鏡后就可快速廉價地通過三維渲染進行虛擬骨折復位、內固定預處理、數字化交流學習等[46]；③ 術前溝通及術后總結：混合現實技術可直觀地將立體三維模型展示給患者及家屬，更高效率地進行醫患溝通，減少由于醫患雙方醫療知識水平不同帶來的溝通困難，減輕醫生的工作難度[47]；④ 術中指導手術：術者通過聲音及手勢控制混合現實技術下的模型位置、大小、變化過程來指導手術，不影響手術進程及不造成手術污染，且可結合術中虛擬錨定于現實中的數據實時反饋規范手術過程，達到精準化、個性化治療的目的[48]；⑤ 學習交流：混合現實技術對于患者治療過程有完整的數據檔案，通過分享交流，有利于更大范圍的學習者對解剖、手術、后續康復指導等治療過程有更深入、更詳盡的學習[49]。
4 小結與展望
綜上所述，混合現實技術相較傳統醫學模式有其獨到的優勢，其安全性和有效性已得到眾多研究的肯定，其應用也將更廣泛及深入。伴隨數字化的大潮，混合現實技術會被更多地應用于醫學專業[50]。而骨科的數字化必然將極大促進醫工聯合的快速發展，更加有利于患者診療技術和骨科學科的發展。然而，設備昂貴、操作需要專業人員輔助、應用流程成熟度低等仍然是阻礙混合現實技術推廣應用的桎梏。現階段如何更進一步推動醫學治療的精準化、數字化進程和提高數字化外科治療的安全性和可靠性，仍然需要更多的探索[51]。
