混合現實技術在整形外科教學中的應用探索

燕榮帥　李翔　肖晶晶　王韶亮　樊東力

[摘要]混合現實技術是虛擬現實和增強現實技術基礎上發展起來的新型全息數字影像技術，作為一種創新型教學方法，在整形外科教學中的應用值得探索和推廣。該技術的應用不僅可以有效彌補傳統教學模式的弊端、提高教學效率，還能逐步推動整形外科教育模式的變革，為整形外科規范化教學提供強有力的技術支持。本文將混合現實技術與整形外科教學有機結合，在理論教學、手術實訓、遠程培訓等方面進行創新性探索。

[關鍵詞]整形外科；混合現實技術；教學；理論學習；臨床實踐

[中圖分類號]G642 [文獻標志碼]B [文章編號]1008-6455（2018）02-0140-02

近年來，隨著人工智能技術日新月異，以虛擬現實（Virtual reality，VR）及增強現實（Augmented reality，AR）為代表的智能穿戴設備逐漸得到越來越多行業人士的青睞，在醫學領域的應用也日益廣泛。越來越多的醫療機構、醫務人員選擇在外科手術、臨床教學、技能培訓等領域運用虛擬現實技術，使工作更加高效、精準、直觀。混合現實（Mixed reality，MR）技術是VR及AR技術的進一步發展，由于概念興起相對較晚，且技術要求相對較高，目前在臨床教學中的應用相對較少，但應用前景值得期待。本文將從整形外科的教學出發，從以下3方面對混合現實技術在整形外科教學中的應用進行概述。

1混合現實的概念

混合現實包括增強現實和增強虛擬，是合并現實和虛擬世界而產生的新的可視化環境。在新的可視化環境里物理和數字對象共存，并實時互動。混合現實是在VR和AR興起的基礎上提出的一項概念，可視為VR和AR的增強版。將虛擬環境與真實環境進行匹配合成，降低了三維建模的工作量，并借助真實場景及實物提高用戶的體驗感和可信度。隨著當前視頻圖像的普及，虛實融合技術的探討與研究更受到更多的關注。該技術實現的重點之一在于將虛擬物體與真實視頻相互融合，為用戶展現虛實一體的畫面。醫學是一個復雜的學科，不僅需要醫生掌握人體復雜解剖生理結構，還要有精準的手術操作，而以MR技術為核心的全息醫學教育模式，無疑在推動著醫學教育模式的變革，在大幅提高醫學教育效率方面有著廣闊的應用前景。

2整形外科教學現狀及存在問題

目前我國醫學教育工作中，普遍存在醫生成長周期長、成才時間緩慢的問題，這不僅制約了醫療事業的發展，還進一步惡化了我國醫療資源短缺的情況。而整形外科作為近年來的一個持續升溫的熱門學科，以其獨特的學科氣質和廣闊的商業社會價值，吸引了更多年輕醫學生的加入。但整形外科不同于其它傳統外科門類，在本科教學期間屬于非主干學科，其學科門類繁雜，教學內容龐大，教學時間短而散，尤其對解剖結構的立體構型和手術操作的精準把握要求較高。傳統的教學模式更多的以文字描述為主，結合圖片案例進行講述，對缺少實踐經驗的學生來講，不僅會感覺枯燥乏味，同時也不能有感同身受的共鳴，增加了學生知識掌握的難度。長此以往，學生對學習的興趣和主動性會逐漸下降，形成一個惡性循環。而在實踐訓練中，往往很多病例，無法讓學生在患者身上操作，僅能在一些模擬人體的生物材料上練習，同實際操作相差較大，很難讓學生有手術的壓力感和緊迫感，更無法形成牢固記憶。因此傳統教學手段很難滿足現代醫學生教學的要求，也無法突顯整形外科教學的個性化。

3混合現實技術在整形外科教學中的應用探索

3.1全息解剖教學庫的構建：整形外科診治范圍涉及全身，包括創傷、先天性缺損和畸形的修復重建，各類體表良惡性腫瘤切除后組織缺損的修復重建，以及人體各部位形態的再塑造。除了要求整形科醫生具備嫻熟的操作技能，還要有扎實的基礎知識，尤其是對解剖學習要求更高，同時也是整形外科教學的難點。全息解剖教學庫為教學提供全息3D授課、全息瀏覽數字解剖標本、全息學習和時間操作為一體，實現高科技高效率醫學教育。醫生和教師收集在醫院臨床上的CT、核磁共振等數據，利用工作站重建，通過云端存儲和編輯后，將混合現實全息影像呈現給學生。不僅可以摒棄在傳統醫學教育中依賴的昂貴的解剖模型、遺體、實體道具等的功能，并能根據將不同的患者局部解剖結構個性化的展示，使教學更加形象、立體、真實。而且展現的內容，可根據課程需求重建并按需編輯顏色等屬性，學生觀看時可從任意角度瀏覽空間中的3D模型，可利用平板電腦任意隱藏、顯示、調整大小，可以利用大屏幕共享自己第一視角，且可第三視角錄制和直播，達到3D模型和視野共享的目的，大幅提高學習效率，降低教學成本，增加學生的學習興趣。科室還可以根據自己的實際病源情況建立本學科的全息模型庫，并進行建檔成庫，逐步降低對實體模型的需求，利用高科技的高效率學習優勢整體提高學科教育水平。

3.2在整形外科手術實訓中的應用：整形外科手術要求操作精細、準確、手術創傷小，尤其是顯微外科和面部輪廓的整形，需要系統的術前設計討論、準確術中分析定位及完善的術后評價。而學生很難在短時間內熟練掌握，并得到親身操作機會，往往是初窺門徑，淺嘗輒止。利用混合現實技術構建的全息模型可以在術前設計、術中定位分析及術后效果評價上大幅度提高教學效率和教學效果，使學生共享全息視野，更好地參與到手術的各個環節中。筆者在面部輪廓整形及顯微外科手術中使用MR全息影像技術，在術前可以根據CT、MRI檢查結果，通過混合現實技術進行全息影像呈現，更直觀、多角度、量化觀察目的血管走行及毗鄰，教師可以結合全息模型優化手術設計，還可以根據實際病例結合手術方案進行講解，達到更好的教學統一，大幅度提高教學效率。而在術中操作時可以將全息投影同患者術區進行重合，可以更加精準地尋找穿支血管，減少手術出血，縮短手術時間，并可以共享全息視野，形象地講解手術操作過程，令學生更高效、準確地掌握手術流程。筆者還在下頜角截骨成形術手術效果評價中應用術前、術后全息模型對比，更加直觀、準確地評價手術效果，不僅達到了更好的患者滿意度，還可以令學生對手術效果有更直觀地認識，進一步增強了學生的學習積極性和主動性。

3.3在遠程醫學教育培訓中的應用：利用MR全息醫學教育系統可以使用第三視角錄制軟件把頭戴空間站的醫生以及在他視角中的全息模型采集到屏幕，可錄制講解過程并利用網絡進行遠程傳播共享。同時使用全息直播與解說為遠程用戶提供主控醫生的全息視角，提高醫學信息傳輸效率，對遠程醫學教育培訓有重大意義。教師可以把在課堂、醫學會議上要講解的病例，利用工作站進行三維重建，把講解病例、手術方案、影像信息、手術操作過程與全息3D模型相結合，針對全息個性化模型進行講解，學生則在大屏幕和投影儀上觀看全息PPT，實現醫學信息二維傳輸到全息立體傳輸的革命，大幅提高醫學信息交流效率，使聽眾更自然而全面地獲取主講人的內容。不僅能提高教師和學生的信息流動效率；還能使學生更加自然地獲取醫學信息，提高學生主動性和學習效率。

隨著科技的進步和教師隊伍理念的不斷更新，尤其是近年來隨著谷歌眼鏡、微軟HoloLens眼鏡等AR、MR智能穿戴設備在醫學應用中應用越來越廣泛，以人工智能、仿生模擬、精準醫療為代表的創新教學模式正悄悄改變著整形外科的教育模式，并將在提高醫療教育的質量和效率、培養具有科學家氣質的專業人才、解決當前整形外科人才分布不均等問題上發揮重要作用。

[收稿日期]2017-12-07 [修回日期]2018-01-02

編輯/朱婉蓉