混合現實（MR）技術是繼虛擬現實（VR）、增強現實（AR）技術之后出現的新型數字全息影像技術，將現實世界與虛擬世界融合在一起，形成的一種新的可視化環境。目前 MR 技術已被應用于各種領域，但在醫學領域中的應用尚處于探索階段。隨著數字時代的迅猛發展，MR 技術和醫學的結合前景無限，相信未來 MR 技術會在醫學培訓、疾病診斷、醫患溝通、臨床診療等方面帶來顛覆性的變化。本文將 MR 技術在醫學中的應用進行綜述。
引用本文： 辛寧, 丁新宇, 黃可南, 韋榮強, 陳子豪, 劉承棟, 李恒, 徐志飛, 唐華. 混合現實技術在醫學中的應用. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2021, 28(5): 597-602. doi: 10.7507/1007-4848.202010031 復制
混合現實（mixed reality，MR）技術是繼虛擬現實（virtual reality，VR）、增強現實（augmented reality，AR）技術之后出現的新型數字全息影像技術[1]。VR 是一種虛擬環境，通過給用戶提供沉浸式體驗，感受完全模擬的三維空間，但切斷了真實與現實的聯系。AR 是將虛擬環境投影于真實環境中，實現真實與虛擬的融合，但無法提供給用戶沉浸式的交互體驗[2]。1994 年，Milgram 等[3]在研究 MR 內涵時提出了虛擬連續體（virtuality continuum）的概念，指出 MR 是將現實世界與虛擬世界融合在一起，形成的一種新的可視化環境。如果將真實世界和虛擬世界分別置于一維空間坐標軸的左頂點和右頂點，AR 則位于橫軸的左側區域，VR 則位于橫軸的右側區域，MR 則位于除去左右頂點的中間區域（圖 1）。MR 具備以下主要特點：（1）現實與虛擬世界的深度結合；（2）三維模型與真實世界的精準匹配；（3）環境與使用者的實時交互[4]。目前 MR 技術已經在工業制造、軍事演習、文化傳播、汽車領域、游戲娛樂等方面得到了很好的應用[5]。近些年，MR 技術同樣開始應用于醫療行業。
圖1
Milgram 提出的虛擬連續體[3]
1 MR 技術在醫學中的應用
Luzon 等[6]對 5 897 篇 MR 相關文獻進行分析，發現外科（54.8%）是涉及 MR 研究最主要的學術領域，此外依次為工程學（13.1%）、計算機科學（9.0%）、神經病學（8.1%）、醫學影像學（8.1%）、泌尿外科（7.3%）、教育研究（5.6%）、骨科（4.7%）、耳鼻咽喉科（3.7%）和保健科（3.0%）。在醫學中，目前主要應用于影像資料的三維重建、疾病診斷、手術規劃、醫患溝通、術中導航、遠程醫療以及醫學培訓等各方面[7]。
1.1 MR 技術在疾病診斷中的應用
傳統的影像學檢查主要有 X 線、CT、磁共振成像（MRI）、B 超等，而準確的診斷往往需要結合多年的臨床經驗和較高的空間想象能力。但 MR 技術可以很大程度上降低對以上兩種能力的需求。Brun 等[8]從 CT 血管造影（CTA）中提取出患者心臟模型的 MR 全息影像用于先天性心臟病（先心病）的診斷，36 名兒科心臟團隊成員對 MR 技術輔助先心病的診斷評價很高，同時對 MR 技術體驗過程評分也很高，因此提出 MR 技術在解剖學的鑒別和診斷上具有巨大優勢。萬磊等[9]將 MR 技術應用于顱底凹陷癥的診斷，通過將復雜的骨結構立體直觀地展示在臨床醫生面前，很好地解決了以往單純通過 X 線、CT、MRI 診斷顱底凹陷癥可能存在的干擾，對顱底凹陷癥的評估、分型變得更加容易，另外，還指出 MR 技術在脊柱畸形、復雜骨折等的診斷方面也有同樣效果。MR 技術將傳統二維影像直接形象地展示在醫生面前，賦予了醫生“透視眼”，如同患者站在醫生面前，同時醫生可將“患者”擺放至需要的體位進行觀察，將復雜問題簡單化、直接化，減少了誤診漏診的可能，提高了診斷成功率。
1.2 MR 技術在醫學培訓教育中的應用
由于外科手術方式的增加和臨床培訓機會的減少，多種教學培訓方式油然而生。而醫學環境和醫學倫理受限以及醫學標本短缺等原因，傳統的醫學培訓教育成本昂貴。MR 技術可以幫助學生更直觀地理解復雜的人體解剖，使學生得到更有效的訓練[10]。Bosc 等[11]指出，由于三維模型較二維圖像的學習曲線更為平緩，MR 技術對于年輕外科醫生理解手術理論知識、提高手術操作技能具有非常重要的意義。Stefan 等[12]認為，MR 技術一方面使醫生免受輻射等因素的侵害，還可以建立一個疾病模型，使醫生可以選擇不同的手術器械和手術方式對同一患者多次手術，從而選擇最佳方案。Barber 等[13]利用 MR 技術設計了鼻竇內窺鏡檢查模型，使用過的醫生表示模型很好地模擬了解剖結構，且操作過程中的感覺與活體手術基本一致。杜昌旺等[14]利用 MR 技術模擬制成了一套側腦室穿刺教學工具用于學員側腦室穿刺培訓，發現使用 MR 技術模擬的側腦室穿刺教學工具的學員成績較傳統授課學員成績有顯著提高，且在使用 MR 技術模擬教學工具的學員中，94.4% 認為該教學工具對側腦室穿刺操作教學有幫助，88.1% 的學員通過培訓后提高了給患者行側腦室穿刺操作的自信心。骨科解剖復雜，僅憑空間想象將二維影像轉變為三維模型難以實現，蔣佳霖等[15]將 MR 技術應用于脊柱外科教學中，有效提高了學員的課堂滿意度及學習主動性，活躍了課堂氛圍，同時提高了學員的三維立體構建能力。王宏等[16]利用 MR 技術構建了三維可視化手術教學模型，將患者影像學資料轉換為全息影像導入 MR 設備，由教員和學員同時佩戴 Hololens 眼鏡進行講解。研究組通過 MR 技術輔助教學學員在理論考試、手術考核、模擬手術出錯率方面均優于對照組傳統教學方式學員，另外研究組教員及學員間滿意度較對照組也有明顯提高。同時 MR 技術應用于腹膜后腫瘤手術臨床教學[17]、骨腫瘤臨床教學[18]、骨科手術教學[19]以及心血管教學[20]，有效地提高了教學質量，激發了學習興趣，提高了學員對解剖知識的理解力。MR 技術從根本上解決了教員和學員對解剖結構認知不同以及學員之間理論知識認知不同和空間思維能力差異導致的教學成績的差異。同時彌補了醫學環境、醫學倫理限制，以及解剖標本不足的現實情況，使學員接受了低成本、高收益的教學訓練，縮短了醫師培養周期[21]。MR 技術在 VR 所提供的虛擬醫學模型基礎上，將虛擬與現實結合，使醫學生不僅能夠身臨其境地觀察，還可以設身處地地操作，真正做到學以致用，但如何將 MR 技術與臨床教學很好的結合，是每個學科應該思考的問題。
1.3 MR 技術在術前醫患交流中的應用
醫療知識和信息的不對等是造成醫患關系緊張的重要原因[22]。劉嘉[23]統計，傳統醫患溝通中，即使醫師詳細、生動地講解手術與治療的相關信息，患者和家屬能夠理解的內容也不足 30%，因此容易對治療結果產生懷疑，導致不必要的醫患糾紛。沈劍輝等[24]指出，MR 技術的應用打破了傳統的僅僅依靠患者及家屬的理解和想象來獲取信息，使患者身臨其境地理解和接受醫生交代的手術與治療的相關信息。Wu 等[25]通過使用 MR 技術使復雜頸椎骨折術前醫患溝通變得更簡單、準確、順暢。醫生利用 MR 技術，使患者及其家屬能夠 360° 觀察骨折部位，對手術風險和手術計劃有了更深入的了解，減小患者和醫生之間的理解差異，減少因醫療知識和信息的不對等造成的醫患矛盾。另外，術前規劃和模擬已經成為許多醫療中心術前溝通的重要部分，而 MR 技術將在此方面提供更有效的溝通方法[10]。醫患溝通是臨床工作中很重要的一部分，良好的醫患溝通是整個醫療過程的基礎，MR 很好地拉近了醫生與患者的距離，化抽象為具象，提高了溝通質量，減少了醫患矛盾。
1.4 MR 技術在術前規劃和術前討論中的應用
傳統的術前規劃和術前討論主要通過二維的影像學信息，如 X 線、CT、MRI 等，然后在大腦中呈現三維效果，這依賴于術者解剖知識的掌握程度和空間想象的能力。由于這兩方面能力的不同，很大可能會造成不同術者對患者病情的理解差異，從而導致手術方案選擇的不同。另外，由于解剖變異造成信息了解不準確，也會影響精準治療方案的制訂，導致手術風險的增加[10]。嚴俊偉等[26]針對老年 Kümmell 病行經皮椎體后凸成形術前，利用 MR 技術為患者實行精準穿刺及對病變區的精準定位，實現了老年 Kümmell 病的精準個性化治療。石小強等[27]術前通過 MR 技術評價腹膜后腫瘤侵犯鄰近血管的程度，以評估術中是否需要行血管的切除重建以及是否需要聯合切除浸潤器官。Incekara 等[28]使用 MR 技術對 25 例腦腫瘤進行術前定位，與傳統的神經導航定位相比，定位誤差平均僅有 0.4 cm，提出了新的腦腫瘤定位方式。冷超等[29]利用 MR 技術確定腫瘤的范圍及腫瘤周圍血管的位置，進而規劃手術方式及手術切除范圍，成功為 1 例胃癌根治術后肝轉移的患者行左半肝切除術。成功的手術建立在充分的術前準備和術前規劃的基礎上，常規的術前討論正是為了使手術方式的選擇和手術過程的開展變得準確、順利，應用 MR 技術于術前準備和術前規劃，不僅增加了 1 名非常專業的“影像科”專家，還將術者在術前對手術過程的模擬直觀形象地展現出來，進一步增加了手術的準確性和合理性。
1.5 MR 技術在術中指導中的應用
Marescaux 等[30]于 2004 年首次將 MR 技術應用于腹腔鏡手術中。如今國內在骨科、肝膽外科、泌尿外科等領域已實現初步應用。Lee 等[31]提出 MR 技術應用于骨科相關領域，幫助外科醫生在螺釘安裝過程中快速定位，同時顯示皮膚遮擋部位解剖結構，降低了手術風險，從而減少手術并發癥，起到模擬并協助提高手術準確率的作用。Jayender 等[32]通過讓 16 名外科醫生分別在傳統 CT 引導和 MR 輔助引導的腹腔鏡訓練器中完成標準釘傳遞等一系列動作，發現 MR 輔助組操作時間、準確度、平穩性方面均優于 CT 引導組，且進行的操作越復雜，結果差異性越大。Wei 等[33-34]運用 MR 技術完成經皮脊柱錐體后突成形術，發現 MR 組在術中 X 線照射次數、手術時間及術后后凸角均少于或短于傳統 C 臂組，Wei 等[33]同時指出 MR 組在視覺模擬評分（VAS）及 Oswestry 功能障礙指數問卷表（ODI 評分，即手術效果）較 C 臂組均有顯著提高。石磊等[35]最先將 MR 技術應用于肝臟切除手術中，實現了三維模型全息影像和靶器官的精確匹配，提出 MR 技術可應用于肝膽外科領域中。梅昆有等[36]利用 MR 技術可以為術者提供直觀的立體圖像，有助于手術路徑的選擇，在肝膽腫瘤手術中有良好的應用前景。馬春陽等[37]將 MR 技術應用于復雜性肝癌切除術，明顯縮短手術時間、肝門阻斷時間，減少術中出血量及輸血量，同時可明顯降低術后并發癥發生率。武鵬等[38]運用 MR 聯合達芬奇機器人成功完成 15 例完全內生型腎腫瘤腎部分切除術，均順利完成手術，無中轉開放及大出血病例，術后無漏尿及切緣陽性病例。隨訪 9 個月，無轉移或復發病例。他們指出 MR 技術在腫瘤定位及手術安全性方面具有顯著優勢，同時可明顯降低手術難度。許玲等[39]將 MR 技術應用于側顱底良性腫瘤切除術中，發現與傳統手術患者的腫瘤全切率、術后平均住院時間和并發癥發生率差異無統計學意義，但術中自切皮開始至腫瘤完全暴露時間 MR 組較傳統組明顯縮短（P=0.003），且 MR 組患者滿意度評分較傳統組明顯提高（P=0.005）。Li 等[40-42]將 MR 技術應用于腎部分切除術中，發現應用 MR 技術使手術時間、腸道功能恢復時間、術后住院時間均明顯縮短，且術中出血量及術后腎周血腫、尿瘺等并發癥也明顯減少。張勇等[43]通過 MR 技術應用于 11 例復雜先心病患者的治療，指出 MR 技術可以優化手術策略、減少手術創傷。MR 使用頭戴式顯示器，模擬的三維模型較傳統的二維圖像輔助臨床評估時間縮短了 4 倍[44]，同時 MR 設備通過手勢和語音進行操作，可以保證在無菌情況下，通過旋轉、縮放等將三維模型展現于術者視野中[1]。同時，術前可視化評估對術中術者的信心和手術安全性都有一定程度的提高[45]。另外，MR 設備可將三維模型投放于手術視野中，避免了傳統手術模擬系統中，模型顯示于遠離術野的屏幕，術者視線需要離開術區觀察，造成術區突發情況處理不及時可能引發的風險[46]。手術中 MR 技術將模型投影于患者體表，可清晰地顯示解剖結構，降低了解剖變異結構的辨認難度，且無需擴大切口既可準確地知曉術野周邊重要解剖結構的位置，避免誤傷，另外對于腫瘤患者，可提前設計腫瘤切緣，避免術中切除范圍不足影響預后。MR 在術中有很好的應用前景，隨著術中 MR 的應用，會發現越來越多的使用方式以提高手術質量。
1.6 MR 技術在遠程診療中的應用
我國部分城市因醫療水平受限，有些少見疾病難以得到很好的救治，從而需要其它城市專家遠程會診，而傳統的會診模式費時費力。MR 技術在一定程度上解決了這一問題[47]。孫濤等[48]首次在國際上將 MR 技術應用于乳腺腫瘤的遠程精準會診，并成功完成 1 例乳腺腫瘤切除術，術中專家實時指導，如同親臨手術，使手術時間縮短、出血減少、患者恢復加快。他們指出，MR 突破了空間的限制，使兩地醫生及患者可以“面對面”交流，為雙方提供了便利，同時節約了大量的時間和精力，使醫療資源使用最優化。朱捷等[49]報道了 1 例 MR 遠程協作機器人微創手術，進一步證明了 MR 技術在遠程診療中的可行性和優越性。隨著數字時代的發展，任何技術都可以搭乘信息化這趟快車，臨床工作也不例外，MR 可以呈現直觀的三維模型，數字技術可將這種模型傳輸至任何一個地方，實現方便快捷的遠程專家會診。
1.7 MR 技術在護理中的應用
Hauze 等[50]指出通過 MR 技術可以將護士學員安排進現實中難以實現或現實中很少出現的情境中去學習。王慧文等[51]利用 MR 輔助股骨頸骨折微創手術后的快速康復護理，收到良好效果。沈劍輝等[24]利用 MR 在術中實時生成三維模型，使術者與器械護士間的配合達到了信息交流的高效性和一致性，同時指出 MR 打破了傳統僅靠患者的想象和理解來傳遞信息的術前訪視模式，通過身臨其境的感受，提高術前訪視質量。陳忠儀等[52]利用 MR 模擬手術器械、手術床、手術燈等，建立了模擬手術室，可應用于手術室護士培訓中。
2 MR 技術在胸心外科中的應用
MR 技術已經應用于很多臨床學科，胸心外科醫生也已經開始探索 MR 技術在本專業的相關應用。Kang 等[53]通過 MR 技術對先心病患者的心臟標本進行三維模擬，不僅發現三維模型更詳細地展現了復雜先心病的損傷部位，同時發現高保真的三維模型可用于保存標本和教學。馬永富等[54]利用 MR 輔助術前肺小結節定位，定位準確，成功實施左肺上葉切除術 1 例。湯軼等[55]利用 MR 技術對 2 例胸壁腫瘤患者行胸部薄層 CT 掃描，獲得 DICOM 數據，輸入計算機生成三維模型，在術前討論中使用虛擬模型進行手術預演，成功完成 2 例胸壁腫瘤擴大切除+胸壁重建術，他們指出 MR 技術能更精準地確定手術切緣，同時對術中未切開胸壁后組織器官有更精準的了解。Perkins 等[56]利用 MR 技術對 3 例患者進行術前及術中肺小結節定位，均定位準確，同時利用 MR 設計術中切緣指導手術，降低了手術成本、縮短了手術時間、減少術前 CT 定位等額外程序。但 MR 技術在胸心外科中的應用與其它專業相比仍較落后，且應用于臨床實踐中僅限于病例報道的少數患者，因此仍需大量臨床工作以探討 MR 技術在胸心外科中的應用前景。
3 MR 技術存在的不足
MR 技術在醫學領域方面應用已初步形成，但仍存在一些不足。馬小軍等[18, 57]同時指出 MR 技術最大的難題在于虛擬模型與真實世界的匹配精度仍需進一步提升，特別是人體由于呼吸運動，會引起腹壁、內臟器官等位置發生變化，這可能也是胸心外科較其它專業在 MR 技術應用中相對落后的原因之一。Luzon 等[6]通過研究發現，MR 設備佩戴者視線不同也會造成模型與真實世界匹配差異。另外，術中操作會使組織變形、移位等，因此，如何實現虛擬模型和現實中真實圖像的統一融合是技術的關鍵。另外，MR 三維模型的建立依賴于影像學和計算機學專業人員，且耗費時間長，MR 設備在人體工程學方面仍有待提高，如設備電量、佩戴舒適性等方面仍存在問題[57]，術者長時間佩戴 MR 設備可能會引起惡心、頭暈，一定程度上會增加手術風險。目前的 MR 設備尚沒有專門用于醫學需要的軟件，只是將商業用途的軟件用于醫學實踐中，其潛在的風險尚不可知[58]。
4 MR 技術的應用前景
MR 技術是繼 AR、VR、3D 打印等現代化技術后出現的新型全息影像技術，結合了 AR、VR 技術的優點，同時避免了 3D 打印材料昂貴，打印準備時間長等劣勢[59]，另外 MR 模型更加逼真，可以通過著色、透明或者隨意移除和替換得到想要的模型，較傳統印刷模型的實用性強[57]。Cartucho 等[60]建立了一個可以同時展現三維模型、二維影像學數據和術中相應影像學數據的多模式成像數據平臺，他們的研究結果發現，MR 有望成為手術室的標準可視化工具，因為它可以多方面展示患者的重要數據，從而促進手術計劃和決策。同時還進行了一項試點研究，以評估平臺的可用性。根據參與者的評分和反饋發現該平臺很直觀，并且參與者表示愿意在他們的手術室中使用。1996 年北美放射學會新視野講座強調計算機將在微創手術中發揮導航作用，并特別指出將實現術前規劃、手術路徑的選擇、模型和人體的重合、顯示虛擬針道等。20 年之后，這些仍沒有很好應用于臨床[2]，但 MR 技術的出現可以很好地完成上述應用，雖然目前 MR 技術在醫學領域的應用才剛剛起步，但前景無限[61]。在前人研究成果的基礎上，我們可以展望 MR 技術在外科手術中的美好未來。首先，繼續采用 MR 作為外科培訓工具，同時采用更先進的技術來檢測外科醫生的技術或縮小虛擬環境和真實手術環境之間的差異。此外，MR 技術在外科的廣泛臨床應用將加速遠程手術的發展。隨著 5G 的快速演進，相信這一智能手術環境將很快到來。MR 技術未來可能會在醫學培訓、疾病診斷、醫患溝通、臨床診療等方面帶來顛覆性的變化，推動醫學的快速發展。
利益沖突：無。
作者貢獻：辛寧負責文章的撰寫與修改；丁新宇、黃可南、韋榮強、陳子豪、劉承棟和李恒負責相關文獻查閱及文章修改；徐志飛、唐華對文章的相關內容進行指導和修正。
混合現實（mixed reality，MR）技術是繼虛擬現實（virtual reality，VR）、增強現實（augmented reality，AR）技術之后出現的新型數字全息影像技術[1]。VR 是一種虛擬環境，通過給用戶提供沉浸式體驗，感受完全模擬的三維空間，但切斷了真實與現實的聯系。AR 是將虛擬環境投影于真實環境中，實現真實與虛擬的融合，但無法提供給用戶沉浸式的交互體驗[2]。1994 年，Milgram 等[3]在研究 MR 內涵時提出了虛擬連續體（virtuality continuum）的概念，指出 MR 是將現實世界與虛擬世界融合在一起，形成的一種新的可視化環境。如果將真實世界和虛擬世界分別置于一維空間坐標軸的左頂點和右頂點，AR 則位于橫軸的左側區域，VR 則位于橫軸的右側區域，MR 則位于除去左右頂點的中間區域（圖 1）。MR 具備以下主要特點：（1）現實與虛擬世界的深度結合；（2）三維模型與真實世界的精準匹配；（3）環境與使用者的實時交互[4]。目前 MR 技術已經在工業制造、軍事演習、文化傳播、汽車領域、游戲娛樂等方面得到了很好的應用[5]。近些年，MR 技術同樣開始應用于醫療行業。
圖1
Milgram 提出的虛擬連續體[3]
1 MR 技術在醫學中的應用
Luzon 等[6]對 5 897 篇 MR 相關文獻進行分析，發現外科（54.8%）是涉及 MR 研究最主要的學術領域，此外依次為工程學（13.1%）、計算機科學（9.0%）、神經病學（8.1%）、醫學影像學（8.1%）、泌尿外科（7.3%）、教育研究（5.6%）、骨科（4.7%）、耳鼻咽喉科（3.7%）和保健科（3.0%）。在醫學中，目前主要應用于影像資料的三維重建、疾病診斷、手術規劃、醫患溝通、術中導航、遠程醫療以及醫學培訓等各方面[7]。
1.1 MR 技術在疾病診斷中的應用
傳統的影像學檢查主要有 X 線、CT、磁共振成像（MRI）、B 超等，而準確的診斷往往需要結合多年的臨床經驗和較高的空間想象能力。但 MR 技術可以很大程度上降低對以上兩種能力的需求。Brun 等[8]從 CT 血管造影（CTA）中提取出患者心臟模型的 MR 全息影像用于先天性心臟病（先心病）的診斷，36 名兒科心臟團隊成員對 MR 技術輔助先心病的診斷評價很高，同時對 MR 技術體驗過程評分也很高，因此提出 MR 技術在解剖學的鑒別和診斷上具有巨大優勢。萬磊等[9]將 MR 技術應用于顱底凹陷癥的診斷，通過將復雜的骨結構立體直觀地展示在臨床醫生面前，很好地解決了以往單純通過 X 線、CT、MRI 診斷顱底凹陷癥可能存在的干擾，對顱底凹陷癥的評估、分型變得更加容易，另外，還指出 MR 技術在脊柱畸形、復雜骨折等的診斷方面也有同樣效果。MR 技術將傳統二維影像直接形象地展示在醫生面前，賦予了醫生“透視眼”，如同患者站在醫生面前，同時醫生可將“患者”擺放至需要的體位進行觀察，將復雜問題簡單化、直接化，減少了誤診漏診的可能，提高了診斷成功率。
1.2 MR 技術在醫學培訓教育中的應用
由于外科手術方式的增加和臨床培訓機會的減少，多種教學培訓方式油然而生。而醫學環境和醫學倫理受限以及醫學標本短缺等原因，傳統的醫學培訓教育成本昂貴。MR 技術可以幫助學生更直觀地理解復雜的人體解剖，使學生得到更有效的訓練[10]。Bosc 等[11]指出，由于三維模型較二維圖像的學習曲線更為平緩，MR 技術對于年輕外科醫生理解手術理論知識、提高手術操作技能具有非常重要的意義。Stefan 等[12]認為，MR 技術一方面使醫生免受輻射等因素的侵害，還可以建立一個疾病模型，使醫生可以選擇不同的手術器械和手術方式對同一患者多次手術，從而選擇最佳方案。Barber 等[13]利用 MR 技術設計了鼻竇內窺鏡檢查模型，使用過的醫生表示模型很好地模擬了解剖結構，且操作過程中的感覺與活體手術基本一致。杜昌旺等[14]利用 MR 技術模擬制成了一套側腦室穿刺教學工具用于學員側腦室穿刺培訓，發現使用 MR 技術模擬的側腦室穿刺教學工具的學員成績較傳統授課學員成績有顯著提高，且在使用 MR 技術模擬教學工具的學員中，94.4% 認為該教學工具對側腦室穿刺操作教學有幫助，88.1% 的學員通過培訓后提高了給患者行側腦室穿刺操作的自信心。骨科解剖復雜，僅憑空間想象將二維影像轉變為三維模型難以實現，蔣佳霖等[15]將 MR 技術應用于脊柱外科教學中，有效提高了學員的課堂滿意度及學習主動性，活躍了課堂氛圍，同時提高了學員的三維立體構建能力。王宏等[16]利用 MR 技術構建了三維可視化手術教學模型，將患者影像學資料轉換為全息影像導入 MR 設備，由教員和學員同時佩戴 Hololens 眼鏡進行講解。研究組通過 MR 技術輔助教學學員在理論考試、手術考核、模擬手術出錯率方面均優于對照組傳統教學方式學員，另外研究組教員及學員間滿意度較對照組也有明顯提高。同時 MR 技術應用于腹膜后腫瘤手術臨床教學[17]、骨腫瘤臨床教學[18]、骨科手術教學[19]以及心血管教學[20]，有效地提高了教學質量，激發了學習興趣，提高了學員對解剖知識的理解力。MR 技術從根本上解決了教員和學員對解剖結構認知不同以及學員之間理論知識認知不同和空間思維能力差異導致的教學成績的差異。同時彌補了醫學環境、醫學倫理限制，以及解剖標本不足的現實情況，使學員接受了低成本、高收益的教學訓練，縮短了醫師培養周期[21]。MR 技術在 VR 所提供的虛擬醫學模型基礎上，將虛擬與現實結合，使醫學生不僅能夠身臨其境地觀察，還可以設身處地地操作，真正做到學以致用，但如何將 MR 技術與臨床教學很好的結合，是每個學科應該思考的問題。
1.3 MR 技術在術前醫患交流中的應用
醫療知識和信息的不對等是造成醫患關系緊張的重要原因[22]。劉嘉[23]統計，傳統醫患溝通中，即使醫師詳細、生動地講解手術與治療的相關信息，患者和家屬能夠理解的內容也不足 30%，因此容易對治療結果產生懷疑，導致不必要的醫患糾紛。沈劍輝等[24]指出，MR 技術的應用打破了傳統的僅僅依靠患者及家屬的理解和想象來獲取信息，使患者身臨其境地理解和接受醫生交代的手術與治療的相關信息。Wu 等[25]通過使用 MR 技術使復雜頸椎骨折術前醫患溝通變得更簡單、準確、順暢。醫生利用 MR 技術，使患者及其家屬能夠 360° 觀察骨折部位，對手術風險和手術計劃有了更深入的了解，減小患者和醫生之間的理解差異，減少因醫療知識和信息的不對等造成的醫患矛盾。另外，術前規劃和模擬已經成為許多醫療中心術前溝通的重要部分，而 MR 技術將在此方面提供更有效的溝通方法[10]。醫患溝通是臨床工作中很重要的一部分，良好的醫患溝通是整個醫療過程的基礎，MR 很好地拉近了醫生與患者的距離，化抽象為具象，提高了溝通質量，減少了醫患矛盾。
1.4 MR 技術在術前規劃和術前討論中的應用
傳統的術前規劃和術前討論主要通過二維的影像學信息，如 X 線、CT、MRI 等，然后在大腦中呈現三維效果，這依賴于術者解剖知識的掌握程度和空間想象的能力。由于這兩方面能力的不同，很大可能會造成不同術者對患者病情的理解差異，從而導致手術方案選擇的不同。另外，由于解剖變異造成信息了解不準確，也會影響精準治療方案的制訂，導致手術風險的增加[10]。嚴俊偉等[26]針對老年 Kümmell 病行經皮椎體后凸成形術前，利用 MR 技術為患者實行精準穿刺及對病變區的精準定位，實現了老年 Kümmell 病的精準個性化治療。石小強等[27]術前通過 MR 技術評價腹膜后腫瘤侵犯鄰近血管的程度，以評估術中是否需要行血管的切除重建以及是否需要聯合切除浸潤器官。Incekara 等[28]使用 MR 技術對 25 例腦腫瘤進行術前定位，與傳統的神經導航定位相比，定位誤差平均僅有 0.4 cm，提出了新的腦腫瘤定位方式。冷超等[29]利用 MR 技術確定腫瘤的范圍及腫瘤周圍血管的位置，進而規劃手術方式及手術切除范圍，成功為 1 例胃癌根治術后肝轉移的患者行左半肝切除術。成功的手術建立在充分的術前準備和術前規劃的基礎上，常規的術前討論正是為了使手術方式的選擇和手術過程的開展變得準確、順利，應用 MR 技術于術前準備和術前規劃，不僅增加了 1 名非常專業的“影像科”專家，還將術者在術前對手術過程的模擬直觀形象地展現出來，進一步增加了手術的準確性和合理性。
1.5 MR 技術在術中指導中的應用
Marescaux 等[30]于 2004 年首次將 MR 技術應用于腹腔鏡手術中。如今國內在骨科、肝膽外科、泌尿外科等領域已實現初步應用。Lee 等[31]提出 MR 技術應用于骨科相關領域，幫助外科醫生在螺釘安裝過程中快速定位，同時顯示皮膚遮擋部位解剖結構，降低了手術風險，從而減少手術并發癥，起到模擬并協助提高手術準確率的作用。Jayender 等[32]通過讓 16 名外科醫生分別在傳統 CT 引導和 MR 輔助引導的腹腔鏡訓練器中完成標準釘傳遞等一系列動作，發現 MR 輔助組操作時間、準確度、平穩性方面均優于 CT 引導組，且進行的操作越復雜，結果差異性越大。Wei 等[33-34]運用 MR 技術完成經皮脊柱錐體后突成形術，發現 MR 組在術中 X 線照射次數、手術時間及術后后凸角均少于或短于傳統 C 臂組，Wei 等[33]同時指出 MR 組在視覺模擬評分（VAS）及 Oswestry 功能障礙指數問卷表（ODI 評分，即手術效果）較 C 臂組均有顯著提高。石磊等[35]最先將 MR 技術應用于肝臟切除手術中，實現了三維模型全息影像和靶器官的精確匹配，提出 MR 技術可應用于肝膽外科領域中。梅昆有等[36]利用 MR 技術可以為術者提供直觀的立體圖像，有助于手術路徑的選擇，在肝膽腫瘤手術中有良好的應用前景。馬春陽等[37]將 MR 技術應用于復雜性肝癌切除術，明顯縮短手術時間、肝門阻斷時間，減少術中出血量及輸血量，同時可明顯降低術后并發癥發生率。武鵬等[38]運用 MR 聯合達芬奇機器人成功完成 15 例完全內生型腎腫瘤腎部分切除術，均順利完成手術，無中轉開放及大出血病例，術后無漏尿及切緣陽性病例。隨訪 9 個月，無轉移或復發病例。他們指出 MR 技術在腫瘤定位及手術安全性方面具有顯著優勢，同時可明顯降低手術難度。許玲等[39]將 MR 技術應用于側顱底良性腫瘤切除術中，發現與傳統手術患者的腫瘤全切率、術后平均住院時間和并發癥發生率差異無統計學意義，但術中自切皮開始至腫瘤完全暴露時間 MR 組較傳統組明顯縮短（P=0.003），且 MR 組患者滿意度評分較傳統組明顯提高（P=0.005）。Li 等[40-42]將 MR 技術應用于腎部分切除術中，發現應用 MR 技術使手術時間、腸道功能恢復時間、術后住院時間均明顯縮短，且術中出血量及術后腎周血腫、尿瘺等并發癥也明顯減少。張勇等[43]通過 MR 技術應用于 11 例復雜先心病患者的治療，指出 MR 技術可以優化手術策略、減少手術創傷。MR 使用頭戴式顯示器，模擬的三維模型較傳統的二維圖像輔助臨床評估時間縮短了 4 倍[44]，同時 MR 設備通過手勢和語音進行操作，可以保證在無菌情況下，通過旋轉、縮放等將三維模型展現于術者視野中[1]。同時，術前可視化評估對術中術者的信心和手術安全性都有一定程度的提高[45]。另外，MR 設備可將三維模型投放于手術視野中，避免了傳統手術模擬系統中，模型顯示于遠離術野的屏幕，術者視線需要離開術區觀察，造成術區突發情況處理不及時可能引發的風險[46]。手術中 MR 技術將模型投影于患者體表，可清晰地顯示解剖結構，降低了解剖變異結構的辨認難度，且無需擴大切口既可準確地知曉術野周邊重要解剖結構的位置，避免誤傷，另外對于腫瘤患者，可提前設計腫瘤切緣，避免術中切除范圍不足影響預后。MR 在術中有很好的應用前景，隨著術中 MR 的應用，會發現越來越多的使用方式以提高手術質量。
1.6 MR 技術在遠程診療中的應用
我國部分城市因醫療水平受限，有些少見疾病難以得到很好的救治，從而需要其它城市專家遠程會診，而傳統的會診模式費時費力。MR 技術在一定程度上解決了這一問題[47]。孫濤等[48]首次在國際上將 MR 技術應用于乳腺腫瘤的遠程精準會診，并成功完成 1 例乳腺腫瘤切除術，術中專家實時指導，如同親臨手術，使手術時間縮短、出血減少、患者恢復加快。他們指出，MR 突破了空間的限制，使兩地醫生及患者可以“面對面”交流，為雙方提供了便利，同時節約了大量的時間和精力，使醫療資源使用最優化。朱捷等[49]報道了 1 例 MR 遠程協作機器人微創手術，進一步證明了 MR 技術在遠程診療中的可行性和優越性。隨著數字時代的發展，任何技術都可以搭乘信息化這趟快車，臨床工作也不例外，MR 可以呈現直觀的三維模型，數字技術可將這種模型傳輸至任何一個地方，實現方便快捷的遠程專家會診。
1.7 MR 技術在護理中的應用
Hauze 等[50]指出通過 MR 技術可以將護士學員安排進現實中難以實現或現實中很少出現的情境中去學習。王慧文等[51]利用 MR 輔助股骨頸骨折微創手術后的快速康復護理，收到良好效果。沈劍輝等[24]利用 MR 在術中實時生成三維模型，使術者與器械護士間的配合達到了信息交流的高效性和一致性，同時指出 MR 打破了傳統僅靠患者的想象和理解來傳遞信息的術前訪視模式，通過身臨其境的感受，提高術前訪視質量。陳忠儀等[52]利用 MR 模擬手術器械、手術床、手術燈等，建立了模擬手術室，可應用于手術室護士培訓中。
2 MR 技術在胸心外科中的應用
MR 技術已經應用于很多臨床學科，胸心外科醫生也已經開始探索 MR 技術在本專業的相關應用。Kang 等[53]通過 MR 技術對先心病患者的心臟標本進行三維模擬，不僅發現三維模型更詳細地展現了復雜先心病的損傷部位，同時發現高保真的三維模型可用于保存標本和教學。馬永富等[54]利用 MR 輔助術前肺小結節定位，定位準確，成功實施左肺上葉切除術 1 例。湯軼等[55]利用 MR 技術對 2 例胸壁腫瘤患者行胸部薄層 CT 掃描，獲得 DICOM 數據，輸入計算機生成三維模型，在術前討論中使用虛擬模型進行手術預演，成功完成 2 例胸壁腫瘤擴大切除+胸壁重建術，他們指出 MR 技術能更精準地確定手術切緣，同時對術中未切開胸壁后組織器官有更精準的了解。Perkins 等[56]利用 MR 技術對 3 例患者進行術前及術中肺小結節定位，均定位準確，同時利用 MR 設計術中切緣指導手術，降低了手術成本、縮短了手術時間、減少術前 CT 定位等額外程序。但 MR 技術在胸心外科中的應用與其它專業相比仍較落后，且應用于臨床實踐中僅限于病例報道的少數患者，因此仍需大量臨床工作以探討 MR 技術在胸心外科中的應用前景。
3 MR 技術存在的不足
MR 技術在醫學領域方面應用已初步形成，但仍存在一些不足。馬小軍等[18, 57]同時指出 MR 技術最大的難題在于虛擬模型與真實世界的匹配精度仍需進一步提升，特別是人體由于呼吸運動，會引起腹壁、內臟器官等位置發生變化，這可能也是胸心外科較其它專業在 MR 技術應用中相對落后的原因之一。Luzon 等[6]通過研究發現，MR 設備佩戴者視線不同也會造成模型與真實世界匹配差異。另外，術中操作會使組織變形、移位等，因此，如何實現虛擬模型和現實中真實圖像的統一融合是技術的關鍵。另外，MR 三維模型的建立依賴于影像學和計算機學專業人員，且耗費時間長，MR 設備在人體工程學方面仍有待提高，如設備電量、佩戴舒適性等方面仍存在問題[57]，術者長時間佩戴 MR 設備可能會引起惡心、頭暈，一定程度上會增加手術風險。目前的 MR 設備尚沒有專門用于醫學需要的軟件，只是將商業用途的軟件用于醫學實踐中，其潛在的風險尚不可知[58]。
4 MR 技術的應用前景
MR 技術是繼 AR、VR、3D 打印等現代化技術后出現的新型全息影像技術，結合了 AR、VR 技術的優點，同時避免了 3D 打印材料昂貴，打印準備時間長等劣勢[59]，另外 MR 模型更加逼真，可以通過著色、透明或者隨意移除和替換得到想要的模型，較傳統印刷模型的實用性強[57]。Cartucho 等[60]建立了一個可以同時展現三維模型、二維影像學數據和術中相應影像學數據的多模式成像數據平臺，他們的研究結果發現，MR 有望成為手術室的標準可視化工具，因為它可以多方面展示患者的重要數據，從而促進手術計劃和決策。同時還進行了一項試點研究，以評估平臺的可用性。根據參與者的評分和反饋發現該平臺很直觀，并且參與者表示愿意在他們的手術室中使用。1996 年北美放射學會新視野講座強調計算機將在微創手術中發揮導航作用，并特別指出將實現術前規劃、手術路徑的選擇、模型和人體的重合、顯示虛擬針道等。20 年之后，這些仍沒有很好應用于臨床[2]，但 MR 技術的出現可以很好地完成上述應用，雖然目前 MR 技術在醫學領域的應用才剛剛起步，但前景無限[61]。在前人研究成果的基礎上，我們可以展望 MR 技術在外科手術中的美好未來。首先，繼續采用 MR 作為外科培訓工具，同時采用更先進的技術來檢測外科醫生的技術或縮小虛擬環境和真實手術環境之間的差異。此外，MR 技術在外科的廣泛臨床應用將加速遠程手術的發展。隨著 5G 的快速演進，相信這一智能手術環境將很快到來。MR 技術未來可能會在醫學培訓、疾病診斷、醫患溝通、臨床診療等方面帶來顛覆性的變化，推動醫學的快速發展。
利益沖突：無。
作者貢獻：辛寧負責文章的撰寫與修改；丁新宇、黃可南、韋榮強、陳子豪、劉承棟和李恒負責相關文獻查閱及文章修改；徐志飛、唐華對文章的相關內容進行指導和修正。
