饶东杰1 周杰2 郑轶3
1.四川托普信息技术职业学院 四川 成都 611730
2.西南医科大学附属医院 四川 泸州 646000
3.四川师范大学 四川 成都 610011
摘要：近年来，随着计算机技术与硬件技术的不断发展，医疗教学已经开始广泛地利用人工智能混合现实技术等先进的手段。神经外科作为外科手术中较为特殊的、风险难度较高的外科手术，对其从业者的培训教学方式以及手术规划显得尤为重要。通过混合现实技术可以全方位的辅助手术，并且通过新的可视化教学方式达到辅助培养神经外科临床学员的目的。
关键词：混合现实技术 神经外科手术 教学与培训
混合现实技术（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ，ＭＲ）是利用硬件与软件组成新的全息观察模式，利用真实的图像信息与虚拟技术相融合，通过Mark点定位等方式实现。在医疗领域通过混合现实技术，可以将影像学的数据与真实患者相匹配，从而实现在手术前全方位立体地对病灶等信息进行模拟观察与评估。近年来，随着混合现实技术在医疗方面领域的应用实践，从最初的模拟效果，再到逐渐进入临床运用，已经证实MR技术在与医疗学科相结合的可行性，随着硬件技术的不断提升，精度的不断提高，混合现实技术与医疗相结合的可行性与融合点越来越多。
神经外科是一门新兴且较为复杂的外科学科。由于神经外科学专业性强、解剖结构复杂、知识更新速度快，学生往往感觉神经外科临床相关知识较抽象，学习难度大，在临床教学中存在着较大的理论知识与临床实践相脱节的现状。随着MR等虚拟成像技术的发展，基于MR技术的临床教学模拟应用在神经外科临床教学中扮演着越来越重要的作用，极大地缩短了神经外科医学生及低年资医生的学习曲线时间，降低了学习成本，规避了医疗风险，对于培训规划相关医师的实操技能有着诸多方面的优势。本文旨在将混合现实技术在神经外科手术规划及教学中的应用现状做可能性探讨。
一、混合现实技术在医疗领域应用的可行性。
随着计算机技术的不断发展，硬件技术的精度不断提高，虚拟仿真与混合现实技术已经不仅用于临床图像模拟仿真，而且真实地应用在手术过程中，这样的发展与结合为医疗工作者在前期实操中的培训教学中带来了极大的帮助。在整个过程中通过传统的导航技术，以Mark点定位的方式与混合现实技术相结合，让医生能够更加准确的跟踪和明确病灶位置以及相关结构关系。在临床实践过程中，基于MR技术的虚拟系统提供了一个更为直观立体的人机平台，将不同可视化模式与生物实体图像合并起来，以便模拟在手术中实现真实的手术操作，这也是混合现实技术在外科手术规划与教学培训中的重要基础。混合现实系统包括了专用的硬件、软件以及导入合成系统，形象来说就是将薄层影像采集的素材通过硬件合成到实体生物体上，并形成一一对应的投影关系。目前采用的方法是将生物体通过X线、CT、核磁共振等影像信息，通过合成软件形成立体图像，再输入到混合现实系统当中。术前外科医生可将该数据与实际生物体进行mark点定位，实现真实数据匹配，以此，降低了手术过程中不必要的风险发生。此类方式不仅可以应用到手术时，参考在无法通过直观导航观测的手术也可以作为重要的手术依据。
二、混合现实技术在神经外科手术方案设计的应用。
通过混合现实技术可以向临床医学生直观地展示一台完整的神经外科手术过程，以及手术方案实施的可能性，这样的方式与传统的神经外科手术演示有着本质的区别。本文笔者将混合现实技术运用在神经外科模拟教学，通过HoloLens混合现实技术的应用，向神经外科专业型研究生及低年资医生展示了脑部肿瘤的大小、部位、血供及重要结构比邻关系，以及手术预案的模拟演示。研究结果发现，通过混合现实技术在术前预先完成模拟方案的培训医师以及专业型研究生在术中更好的得到了学习效果，对于病灶的空间立体感更加清晰，对手术操作的要点以及难点认识更深刻。本次实验的数据是通过核磁共振切片数据输入混合现实设备中观察应用，通过HoloLens头戴式显示器在手术模拟时实现了脑组织、重要血管与肿瘤病灶立体全面显示的目的，使手术者在术前更为准确地预判分析病变的空间立体关系，最大限度地提高了术前手术地精准定位，为安全、高效地完成手术奠定了良好的基础。这样的术前预案展示不仅有助于神经外科的手术教学与应用，也同样具有优化手术方案的可能性。迄今为止，国内多所医学院校将混合现实技术运用到神经外科手术预案分析及手术演示的临床教学中，取得了较好的教学反馈。
三、混合现实技术在神经外科手术教学中的应用。
通过混合现实技术，对于年轻的神经外科医师以及医学学生，可在一定局限的医疗条件范围和场地条件之下，通过前期手术实操模拟练习、实践观摩、手术方案设计以及影像学等知识，获得尽可能真实有效的培训效果。混合现实技术不仅在真实的手术实操中可以进行操作，在一定的模拟条件下也可以通过现实环境中进行手术入路选择、病灶切除、血管缝合等手术常规操作。在混合现实技术培训过程中，学习者可以在相应的指导下，更加熟练直观地进行手术操作。因此，结合混合现实技术的操作培训，让年轻医生或专业型研究生在实操手术之前得到了更多的锻炼机会，也极大的扩大了教学人员的范围，突破了受制于实操手术过程当中必须限时到场，实际案例才能够进行学习的空间与时间的局限。研究表明，与传统的神经外科手术教学相比，利用了混合现实技术，不管在术前方案设计和术中实操过程中都具有较好的运用价值，极大地降低了手术差错的发生率。在整个手术实施的完整程序过程中，以本次实践教学应用为例，通过核磁共振得到的脑肿瘤具体位置与周围重要结构的关系匹配，在手术实施过中与混合现实数据结合影像数据得出相对一致的结果。本次应用混合现实技术，在术前进行的外科教学模拟演练，对于脑肿瘤与重要神经血管之间的关系作出了准确的可视化判断。培训者将得到的可视数据结合影像学，在实操手术过程当中得到了统一。这样的教学模式与技术相结合，更加直观有效地将输出信息与影像学知识结合，为神经外科手术教学提供了重要的前期依据与准备。
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四、混合教学技术在神经外科手术中的问题。
第一，由于本次实验是从西门子核磁共振中得到的薄层影像数据信息，虽然有效果地还原和展示了混合现实中的情况，也对整个手术完整过程阶段均有帮助。但由于软件技术的分离以及数据量过大，每一台手术要做的前期工作较为庞大，针对混合现实的硬件设备调试也具有较大的实操难度，用于手术规划教学经典案例制作是具有优势的，但对于大量的常规手术要花费大量的前期准备工作。第二，由于新的技术、新的媒介的介入，传统的医疗学习者习惯于常规的手术观摩和影像分析，在与新的可视化医疗辅助方式结合的过程中还存在着很多的磨合点。第三，虽然混合现实技术在一定程度上降低了人员手术培训的空间成本（手术室）和时间成本，但在一定程度上，高效精准的混合现实仪器设备对于普通的学生和大多数人说还不具备普遍性，这还依赖于各个医学院校对学生培养的硬件投入，以及新技术新方案与传统医学结合的融合教学。
总结
混合现实技术在神经外科手术规划与教学培训中起到了重要的作用。由于神经外科手术的特殊性，混合现实技术更加有效地运用于术前的方案设计和术中高精准定位的可视化进程中，极大地节约了教学成本、缩短了学习时间并提高了临床学习效率。因此，随着混合现实技术的不断发展，基于MR技术的教学手段必将对神经外科临床教学培训起到更重要的作用。
参考文献
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