基于混合現實技術的可視化病例管理平臺及其應用前景研究

摘要：隨著醫療行業的高速發展以及智慧醫療、精準醫療、整合醫療等概念的提出，加速推進醫院現代化管理與信息化建設的意義愈加突顯。因此，本文在研究混合現實技術的原理、應用現狀的基礎之上，提出了一種基于混合現實（MR）技術的可視化病例管理平臺，并嘗試從協助醫患溝通、規劃外科手術、整合醫療資源、助力醫療教育等方面探究其應用前景，以期為醫院信息化建設提供一種全新的思路和可行的方案。

關鍵詞：混合現實；醫院信息化管理；信息共享；醫學教育

一、引言

近年來，隨著醫療行業的蓬勃發展和全民健康意識的覺醒，如何提升醫院現代化管理與信息化水平成為一個重要議題。然而，以醫院電子病歷管理系統為代表的各類醫療信息管理系統種類繁多、機制各異，加上患者隱私與醫學倫理問題，以及病案信息難以得到有效的整合和利用，諸多問題共同限制著醫院信息化的進一步發展?；旌犀F實技術因其實時交互性、強沉浸感等獨特優勢已經開始被應用于醫療行業，特別是在骨科、神經外科等亞?？祁I域得到了廣泛的應用。在此背景之下，能否利用混合現實技術的優勢，進一步優化醫院信息化系統是本文研究的出發點。

二、混合現實技術及其在醫學領域的應用

（一）混合現實（MR）技術概述

混合現實，即Mixed Reality，是擴展現實技術的（Extended Reality， XR）的一種，是將VR（Virtual Reality）技術與AR（Augmented Reality）技術結合起來的一種新興技術?；旌犀F實技術即通過計算機處理，將真實環境與虛擬環境相結合，打造通過特定頭戴設備投射的可視化環境?；旌犀F實技術的實時交互性、強沉浸感等顯著優勢使其開始逐漸被應用于醫學、教育、工業、物流等行業。隨著5G 網絡和其他通信技術的進一步發展，混合現實技術將在未來得到更加廣泛的應用。

（二）混合現實技術在醫學領域的應用

1. MR技術在骨科領域的應用現狀

骨科手術具有病情難以直觀全面勘探、組織毗鄰關系復雜、病情預見性差、并發癥風險較高的特點。MR技術憑借其直觀、相對無創、毗鄰關系顯示良好等特點，十分適用于骨科手術的術前評估與術中指導，能夠有效減少并發癥的產生。同時，MR技術在術前病情交代以及病人心理預期的調整上也有其獨特的意義。在椎體成形手術中，將利用患者術前CT影像建立起的三維模型，用于醫患溝通、術前模擬、術中輔助，可在保證手術效果和患者預后的基礎上，有效縮短手術時間[1]。在下頜骨骨折頜面重建術中，三維立體模型的引入能夠有效減少手術時間與治療費用，提高患者預后[2]。

2.MR技術在神經外科領域的應用現狀

神經外科患者往往具有發病突然、意識減退、病情進展迅速等特點。目前，MR技術越來越多地被用于神經外科病人的診斷和手術當中，在輔助神經外科精準手術方面具有可行性與應用價值[3]。在一項研究人群包括 79 名實驗組和 55 名對照組患者的神經膠質瘤手術切除試驗中，相較于傳統手術方式，使用MR技術圖像進行術中導航使腫瘤平均切除率提高至 95.2%± 8.5%[4]。在腦膜瘤術前，醫生借助MR技術評估患者腦膜瘤位置、大小等信息，也能夠有效提高腫瘤切除率，同時起到保護側支循環、減少術后并發癥的作用[5]。

3. MR技術在醫學其他領域的應用現狀

MR技術在呼吸科、心內科等其他醫學專科也開始逐漸得到廣泛的應用。例如，在A 型主動脈夾層（TAAD）手術中，使用混合現實技術，可有效減少手術以及體外循環時間[6]。幸寧等的動物實驗證實，在MR引導下的肺結節穿刺，在保證準確率的情況下可完全避免CT輻射，且在縮短穿刺時間、減少穿刺并發癥方面也更有優勢[7]。此外，在腹腔鏡解剖性肝切除術中引入超聲造影（CEUS）聯合混合現實（MR）技術，可以使手術更加安全、高效，術中出血量與輸血量較傳統手術明顯減少，且術后并發癥的發生率更低[8]?？傊?，在醫學更加強調智能化、準確化與人性化的當下，MR技術將患者手術部位及毗鄰結構的虛擬3D影像與實際部位重合投射，如同可全方位旋轉的立體局部解剖模型，其直觀、實時、準確、省時、易于理解、個體化診治的特點使其能夠顯著降低診治難度，在各大醫學?？祁I域得到了一定的應用。未來，隨著各種軟件、硬件的迭代升級，以及各類更加科學合理的解決方案的產生，可以預見，MR技術會得到更加蓬勃的發展，使更多的患者獲益。

三、基于混合現實（MR）技術的可視化病例管理平臺的框架設計

（一）平臺總體搭建方案

平臺搭建主要分為服務器、采集端、用戶端三個中心。數據服務器是本平臺的核心部分，分為病例資料庫和用戶信息庫兩部分，主要功能為歸納、整理、儲存各類病例模型和病歷資料。當完成身份認證的核驗用戶通過用戶端發起訪問請求時，系統通過數據檢索，調取并向用戶下發數據信息。用戶可通過檢索、調取病例信息，用于手術指導、教育教學活動、病例的研討分析等活動。圖1所示為平臺總體搭建方案示意圖。

圖1 平臺總體搭建方案示意圖

（二）平臺交互與主要功能模塊劃分

1.患者基本信息界面。患者基本信息界面來自醫院主病歷系統，包括患者姓名等個人信息、病歷號、就診信息（歷史醫療文書，包括歷史醫囑、歷史檢查報告等）。

2.主界面。主界面為模型展示界面，由采集端/服務器載入，包括：文件位置信息；模型查看系列按鈕，包括放大/縮小比例尺、標記與收藏按鈕、畫筆/橡皮擦、添加批注；系列邏輯交互按鈕，包括導出項目、保存項目、下載項目、打印項目等。

3.文件管理頁面。文件管理頁面的文件內容由服務器實時讀取或由本地文件導入，包括：新建項目按鈕、打開項目按鈕、以就診時間/就診醫院（院區）/掃描部位等為依據劃分的合集與下屬子集、最近調用閱讀的項目以及收藏項目等。

4.賬戶管理界面。包括登入、登出、切換賬戶等。圖2所示為平臺交互以及主要功能模塊劃分示意。

四、基于混合現實（MR）技術的可視化病例管理平臺的應用前景研究

（一）協助醫患溝通

MR模塊的引入，能夠讓病例管理更為直觀化、客觀化，并減少由于醫師主觀因素造成的病歷書寫不清的情況出現。同時，相較于晦澀難懂的醫學術語，可視化模型更有利于醫師與患者或家屬進行高效的溝通，避免了醫學專業門檻造成的溝通障礙，也有利于形成和諧的醫患關系。例如，在脊柱外科手術前，使用MR模型輔助醫患溝通，能夠幫助患者及其家屬更好地了解骨折形態以及椎骨的解剖結構，一方面便于其理解并接受手術方案，另一方面也能讓患者對手術風險以及預后有更深刻的理解，解決了醫患雙方在醫學領域的知識不對稱問題[1]。再如，在骶骨腫瘤切除術后，患者容易出現排便功能障礙，甚至出現失禁情況。因此，術前與患者的詳細溝通十分必要。術前，針對患者手術部位收集信息，并采用MR技術實時呈現，能更好地輔助醫生講解骶骨腫瘤的體積、部位、深淺，以及腫瘤與周圍重要臟器、血管、神經的關系，幫助患者建立對潛在并發癥的預期[9]。

（二）病例信息共享

病例管理平臺的全平臺共享模式，使得建立數據模型、分析各類患者的特征和疾病種類，以直觀反映病人的群體特征成為可能。李元方等指出，多中心數據庫的建立，能幫助研究人員積累更多具備較高研究價值的病例資料，推動對疾病病因、發生發展、診斷、治療等各方面的認識[10]。目前，限制醫院間、中心間、區域間病例信息與病例數據共享的主要原因之一，是患者隱私保護問題和醫學倫理問題。針對以上問題，現代信息技術的發展提供了一些可能的解決方案。區塊鏈技術是一種去中心化的信息儲存、傳輸、共享技術，具有不可篡改、開放性、匿名性等特點。李亞輝等開發的基于HyperledgerFabric 聯盟鏈框架并結合 IPFS（Inter Planetary File System）的星際存儲文件系統，實現了病歷資料的去中心化共享，保密性高，安全可信，是未來大規模病歷共享機制下具有高可行性的解決方案之一[11]。李瑾等提出的多中心分布式的隨機森林模型協同構建方法，可能是另一種實現電子病歷信息共享更為安全、高效的解決方案[12]。此外，入庫的病歷數據與病歷模型可被所有平臺使用者共享，有助于醫師通過大量的典型疑難病例提升診治能力，可以在一定程度上緩解診療資源分布不均的現狀。

（三）術前規劃，術中引導

隨著生活質量的不斷提高，人們對醫療服務、手術技術的要求也日漸提升。在此背景下，傳統人眼直視下的手術策略預見性差、術中風險高、并發癥風險高的弊病開始逐漸顯現。MR技術因其相對無創，解剖、毗鄰關系顯示明確，展現方式直觀等優點，十分適合輔助術前規劃與術中引導，有助于提升手術質量與患者預后。以骶骨腫瘤切除術為例，在術前，MR模型可全方位展示骶骨腫瘤的解剖與毗鄰情況，能夠輔助醫生擬定手術方案與手術邊界。在術中，能夠輔助醫護人員調整患者體位，暴露術野，提升腫瘤切除效果[9]。王長昇等在經皮椎間孔鏡腰椎間盤切除術（PTED）中引入混合MR導航聯合使得手術時間縮短、安全性提高，療效確切有效[13]。亦有報道稱，將MR技術用于顱頜面骨折修復術和骨盆螺釘植入術中，都取得了良好的效果[14-15]。

（四）助力醫學教育

目前，“早臨床、多臨床、反復臨床”教育理念的貫徹，不斷推進著醫學生培養體系、規培制度等醫生培養體系的持續完善。然而，當前醫學實踐教育仍受制于教育教學資源成本高且相對不足、教學與臨床實際脫軌等問題。MR技術的日漸成熟，為醫護人員的培養，特別是對其臨床技能、臨床思維的培養提供了新的思路。第一，在實踐技能教學中，MR技術因其分辨率高、空間立體感強、可重復的特性，能夠替代傳統的實體模型，輔助實踐教學。李曄等以MR全息投影模型替代傳統模型，用于腦內血腫快速定位穿刺教學，在提升培訓者主觀信心、提高穿刺成功率、縮短穿刺時間等客觀指標上表現優異[16]，反映了MR技術替代傳統模型用于醫學實踐技能教學的潛力。第二，在理論教學中，MR技術具有模型制作簡單迅速、趣味性和新奇感強，且易于接受的特點，十分適用于輔助傳統理論教學。其可展示精細的或者難以通過直視觀察的解剖結構，如顱底結構、腰椎及其附屬物、鼻竇等。同時，加入計算機軟件制作的動效元素等，能夠輔助教師講解生化生理過程、病理變化過程、治療技術等。高凌等在研究中發現，使用MR技術進行腰椎解剖結構與圖像解讀，能夠提升學生對教學的滿意度，同時，其在提升學生技能水平和操作能力方面有顯著作用[17]。第三，在臨床培訓中，MR技術的實時性與可互動性，能夠模擬真實的醫院環境，在提升培訓者的參與度與責任感的同時，提升教育教學的沉浸感。Sean W. Hauze等提出利用MR技術模擬臨床實習中雖然發生率低，但護士應該熟練應對的場景，讓護理人員通過沉浸式的訓練提升專業技能水平，能夠有效解決護理教學資源短缺問題，進一步降低教學成本，顯著提高護士的專業能力[18]。第四，教育教學資源與病例來自病例管理平臺，能在一定程度上解決傳統醫學教育形式單一、理論與臨床實際脫節、教材時效性差的問題。

（五）遠程醫療

基于MR技術的可視化病歷管理平臺有助于醫生更準確地掌握患者病情。MR技術模型本身就具有分辨率高、空間立體感強、互動性強的特點，理論上，只要身處遠地的醫生戴上虛擬現實眼鏡，即可直觀地了解患者的病情，在一定程度上擺脫了目前遠程醫療中依靠文字、二維圖像、三維視頻等進行病情溝通時不直觀、效率低的弊病。數據質量問題是限制遠程醫療高效開展的主要因素之一[19]。不同區域間、醫院間的遠程醫療設備型號及其數據文件、圖像文件等的格式均存在差異，缺乏統一的標準。在一些偏遠地區，醫療數據的采集、儲存、傳輸等難以有效開展。引入一個具有統一標準的數字化平臺，不僅能夠確保信息從采集到傳遞這一過程的高效性，還有助于醫生獲取實時、有效的高質量病例信息，從而提高診療效果。在5G技術的加持下，高速度、低時延的數據傳輸使得MR引導下的遠程手術成為現實。北京理工大學等三家單位通過5G醫療專網進行了混合現實引導下的肝腫瘤微波消融手術試驗，人體模型試驗和動物試驗均證明，其穿刺效果與醫生進行徒手穿刺的效果相當[20]。

（六）整合資源，推動醫療信息標準化

如前所述，遠程醫療過程中存在的數據交換與數據共享問題，在醫療行業的其他領域一樣存在，制約了分級診療、醫保支付、醫療機構質量評估、醫療機構服務能力提升、醫療機構效率評價以及義診等方面的發展[21]?？梢暬±芾砥脚_的建立，能夠從數據層面確保醫院間可視化數據信息的格式與標準統一，便于醫療信息的整合與利用，助力醫院各項服務的開展。除此之外，平臺的建立，還將為進一步整合資源，提取有效數據，支持進行各方向、各學科的分析研究提供便利，從而更好地服務于科研與臨床工作。

五、結束語

綜上所述，混合現實技術因其空間感強、互動性高、分辨率高等特點，在各個醫療?？祁I域都得到了廣泛的應用。大量與MR技術相關的臨床研究與試驗證明，基于MR技術與MR模型建立可視化病例管理平臺，在醫學教育、遠程醫療、手術指導等方面都具有巨大的應用潛力。同時，病例平臺提供的資源整合與信息共享能力，使得綜合分析各類病種的特征，助力科研與臨床實踐成為可能。然而，目前MR技術尚未完全成熟，主要表現在技術與設備成本高、對影像采集設備分辨率的依賴性強、醫學影像與現實情境的匹配精度不足、成熟的實時建模解決方案缺失等[22-23]。此外，信息標準化問題，以及患者隱私與倫理問題等也制約著MR技術及其相關產業的發展，需要更多的相關研究與更大力度的資源投入。

作者單位：袁君曉寒 陶明怡 康博 大連醫科大學麻醉學系

侯源源 大連醫科大學附屬第一醫院

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