摘要：隨著醫(yī)療行業(yè)的高速發(fā)展以及智慧醫(yī)療、精準(zhǔn)醫(yī)療、整合醫(yī)療等概念的提出，加速推進(jìn)醫(yī)院現(xiàn)代化管理與信息化建設(shè)的意義愈加突顯。因此，本文在研究混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理、應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)之上，提出了一種基于混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)的可視化病例管理平臺(tái)，并嘗試從協(xié)助醫(yī)患溝通、規(guī)劃外科手術(shù)、整合醫(yī)療資源、助力醫(yī)療教育等方面探究其應(yīng)用前景，以期為醫(yī)院信息化建設(shè)提供一種全新的思路和可行的方案。

關(guān)鍵詞：混合現(xiàn)實(shí)；醫(yī)院信息化管理；信息共享；醫(yī)學(xué)教育

一、引言

近年來(lái)，隨著醫(yī)療行業(yè)的蓬勃發(fā)展和全民健康意識(shí)的覺(jué)醒，如何提升醫(yī)院現(xiàn)代化管理與信息化水平成為一個(gè)重要議題。然而，以醫(yī)院電子病歷管理系統(tǒng)為代表的各類醫(yī)療信息管理系統(tǒng)種類繁多、機(jī)制各異，加上患者隱私與醫(yī)學(xué)倫理問(wèn)題，以及病案信息難以得到有效的整合和利用，諸多問(wèn)題共同限制著醫(yī)院信息化的進(jìn)一步發(fā)展?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)因其實(shí)時(shí)交互性、強(qiáng)沉浸感等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)已經(jīng)開(kāi)始被應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，特別是在骨科、神經(jīng)外科等亞專科領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在此背景之下，能否利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)化醫(yī)院信息化系統(tǒng)是本文研究的出發(fā)點(diǎn)。

二、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

（一）混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)概述

混合現(xiàn)實(shí)，即Mixed Reality，是擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)的（Extended Reality， XR）的一種，是將VR（Virtual Reality）技術(shù)與AR（Augmented Reality）技術(shù)結(jié)合起來(lái)的一種新興技術(shù)?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)即通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，將真實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境相結(jié)合，打造通過(guò)特定頭戴設(shè)備投射的可視化環(huán)境?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)時(shí)交互性、強(qiáng)沉浸感等顯著優(yōu)勢(shì)使其開(kāi)始逐漸被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、教育、工業(yè)、物流等行業(yè)。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)和其他通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在未來(lái)得到更加廣泛的應(yīng)用。

（二）混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

1. MR技術(shù)在骨科領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

骨科手術(shù)具有病情難以直觀全面勘探、組織毗鄰關(guān)系復(fù)雜、病情預(yù)見(jiàn)性差、并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)較高的特點(diǎn)。MR技術(shù)憑借其直觀、相對(duì)無(wú)創(chuàng)、毗鄰關(guān)系顯示良好等特點(diǎn)，十分適用于骨科手術(shù)的術(shù)前評(píng)估與術(shù)中指導(dǎo)，能夠有效減少并發(fā)癥的產(chǎn)生。同時(shí)，MR技術(shù)在術(shù)前病情交代以及病人心理預(yù)期的調(diào)整上也有其獨(dú)特的意義。在椎體成形手術(shù)中，將利用患者術(shù)前CT影像建立起的三維模型，用于醫(yī)患溝通、術(shù)前模擬、術(shù)中輔助，可在保證手術(shù)效果和患者預(yù)后的基礎(chǔ)上，有效縮短手術(shù)時(shí)間[1]。在下頜骨骨折頜面重建術(shù)中，三維立體模型的引入能夠有效減少手術(shù)時(shí)間與治療費(fèi)用，提高患者預(yù)后[2]。

2.MR技術(shù)在神經(jīng)外科領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

神經(jīng)外科患者往往具有發(fā)病突然、意識(shí)減退、病情進(jìn)展迅速等特點(diǎn)。目前，MR技術(shù)越來(lái)越多地被用于神經(jīng)外科病人的診斷和手術(shù)當(dāng)中，在輔助神經(jīng)外科精準(zhǔn)手術(shù)方面具有可行性與應(yīng)用價(jià)值[3]。在一項(xiàng)研究人群包括 79 名實(shí)驗(yàn)組和 55 名對(duì)照組患者的神經(jīng)膠質(zhì)瘤手術(shù)切除試驗(yàn)中，相較于傳統(tǒng)手術(shù)方式，使用MR技術(shù)圖像進(jìn)行術(shù)中導(dǎo)航使腫瘤平均切除率提高至 95.2%± 8.5%[4]。在腦膜瘤術(shù)前，醫(yī)生借助MR技術(shù)評(píng)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(shí)起到保護(hù)側(cè)支循環(huán)、減少術(shù)后并發(fā)癥的作用[5]。

3. MR技術(shù)在醫(yī)學(xué)其他領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

MR技術(shù)在呼吸科、心內(nèi)科等其他醫(yī)學(xué)?？埔查_(kāi)始逐漸得到廣泛的應(yīng)用。例如，在A 型主動(dòng)脈夾層（TAAD）手術(shù)中，使用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可有效減少手術(shù)以及體外循環(huán)時(shí)間[6]。幸寧等的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在MR引導(dǎo)下的肺結(jié)節(jié)穿刺，在保證準(zhǔn)確率的情況下可完全避免CT輻射，且在縮短穿刺時(shí)間、減少穿刺并發(fā)癥方面也更有優(yōu)勢(shì)[7]。此外，在腹腔鏡解剖性肝切除術(shù)中引入超聲造影（CEUS）聯(lián)合混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)，可以使手術(shù)更加安全、高效，術(shù)中出血量與輸血量較傳統(tǒng)手術(shù)明顯減少，且術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率更低[8]?？傊?，在醫(yī)學(xué)更加強(qiáng)調(diào)智能化、準(zhǔn)確化與人性化的當(dāng)下，MR技術(shù)將患者手術(shù)部位及毗鄰結(jié)構(gòu)的虛擬3D影像與實(shí)際部位重合投射，如同可全方位旋轉(zhuǎn)的立體局部解剖模型，其直觀、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、省時(shí)、易于理解、個(gè)體化診治的特點(diǎn)使其能夠顯著降低診治難度，在各大醫(yī)學(xué)?？祁I(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用。未來(lái)，隨著各種軟件、硬件的迭代升級(jí)，以及各類更加科學(xué)合理的解決方案的產(chǎn)生，可以預(yù)見(jiàn)，MR技術(shù)會(huì)得到更加蓬勃的發(fā)展，使更多的患者獲益。

三、基于混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)的可視化病例管理平臺(tái)的框架設(shè)計(jì)

（一）平臺(tái)總體搭建方案

平臺(tái)搭建主要分為服務(wù)器、采集端、用戶端三個(gè)中心。數(shù)據(jù)服務(wù)器是本平臺(tái)的核心部分，分為病例資料庫(kù)和用戶信息庫(kù)兩部分，主要功能為歸納、整理、儲(chǔ)存各類病例模型和病歷資料。當(dāng)完成身份認(rèn)證的核驗(yàn)用戶通過(guò)用戶端發(fā)起訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)檢索，調(diào)取并向用戶下發(fā)數(shù)據(jù)信息。用戶可通過(guò)檢索、調(diào)取病例信息，用于手術(shù)指導(dǎo)、教育教學(xué)活動(dòng)、病例的研討分析等活動(dòng)。圖1所示為平臺(tái)總體搭建方案示意圖。

圖1 平臺(tái)總體搭建方案示意圖

（二）平臺(tái)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(lái)自醫(yī)院主病歷系統(tǒng)，包括患者姓名等個(gè)人信息、病歷號(hào)、就診信息（歷史醫(yī)療文書，包括歷史醫(yī)囑、歷史檢查報(bào)告等）。

2.主界面。主界面為模型展示界面，由采集端/服務(wù)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(biāo)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(dǎo)出項(xiàng)目、保存項(xiàng)目、下載項(xiàng)目、打印項(xiàng)目等。

3.文件管理頁(yè)面。文件管理頁(yè)面的文件內(nèi)容由服務(wù)器實(shí)時(shí)讀取或由本地文件導(dǎo)入，包括：新建項(xiàng)目按鈕、打開(kāi)項(xiàng)目按鈕、以就診時(shí)間/就診醫(yī)院（院區(qū)）/掃描部位等為依據(jù)劃分的合集與下屬子集、最近調(diào)用閱讀的項(xiàng)目以及收藏項(xiàng)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(tái)交互以及主要功能模塊劃分示意。

四、基于混合現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)的可視化病例管理平臺(tái)的應(yīng)用前景研究

（一）協(xié)助醫(yī)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(yī)師主觀因素造成的病歷書寫不清的情況出現(xiàn)。同時(shí)，相較于晦澀難懂的醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)，可視化模型更有利于醫(yī)師與患者或家屬進(jìn)行高效的溝通，避免了醫(yī)學(xué)專業(yè)門檻造成的溝通障礙，也有利于形成和諧的醫(yī)患關(guān)系。例如，在脊柱外科手術(shù)前，使用MR模型輔助醫(yī)患溝通，能夠幫助患者及其家屬更好地了解骨折形態(tài)以及椎骨的解剖結(jié)構(gòu)，一方面便于其理解并接受手術(shù)方案，另一方面也能讓患者對(duì)手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)以及預(yù)后有更深刻的理解，解決了醫(yī)患雙方在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)不對(duì)稱問(wèn)題[1]。再如，在骶骨腫瘤切除術(shù)后，患者容易出現(xiàn)排便功能障礙，甚至出現(xiàn)失禁情況。因此，術(shù)前與患者的詳細(xì)溝通十分必要。術(shù)前，針對(duì)患者手術(shù)部位收集信息，并采用MR技術(shù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，能更好地輔助醫(yī)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(jīng)的關(guān)系，幫助患者建立對(duì)潛在并發(fā)癥的預(yù)期[9]。

（二）病例信息共享

病例管理平臺(tái)的全平臺(tái)共享模式，使得建立數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫(kù)的建立，能幫助研究人員積累更多具備較高研究?jī)r(jià)值的病例資料，推動(dòng)對(duì)疾病病因、發(fā)生發(fā)展、診斷、治療等各方面的認(rèn)識(shí)[10]。目前，限制醫(yī)院間、中心間、區(qū)域間病例信息與病例數(shù)據(jù)共享的主要原因之一，是患者隱私保護(hù)問(wèn)題和醫(yī)學(xué)倫理問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展提供了一些可能的解決方案。區(qū)塊鏈技術(shù)是一種去中心化的信息儲(chǔ)存、傳輸、共享技術(shù)，具有不可篡改、開(kāi)放性、匿名性等特點(diǎn)。李亞輝等開(kāi)發(fā)的基于HyperledgerFabric 聯(lián)盟鏈框架并結(jié)合 IPFS（Inter Planetary File System）的星際存儲(chǔ)文件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了病歷資料的去中心化共享，保密性高，安全可信，是未來(lái)大規(guī)模病歷共享機(jī)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(jī)森林模型協(xié)同構(gòu)建方法，可能是另一種實(shí)現(xiàn)電子病歷信息共享更為安全、高效的解決方案[12]。此外，入庫(kù)的病歷數(shù)據(jù)與病歷模型可被所有平臺(tái)使用者共享，有助于醫(yī)師通過(guò)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(xiàn)狀。

（三）術(shù)前規(guī)劃，術(shù)中引導(dǎo)

隨著生活質(zhì)量的不斷提高，人們對(duì)醫(yī)療服務(wù)、手術(shù)技術(shù)的要求也日漸提升。在此背景下，傳統(tǒng)人眼直視下的手術(shù)策略預(yù)見(jiàn)性差、術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)高、并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)高的弊病開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)。MR技術(shù)因其相對(duì)無(wú)創(chuàng)，解剖、毗鄰關(guān)系顯示明確，展現(xiàn)方式直觀等優(yōu)點(diǎn)，十分適合輔助術(shù)前規(guī)劃與術(shù)中引導(dǎo)，有助于提升手術(shù)質(zhì)量與患者預(yù)后。以骶骨腫瘤切除術(shù)為例，在術(shù)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(yī)生擬定手術(shù)方案與手術(shù)邊界。在術(shù)中，能夠輔助醫(yī)護(hù)人員調(diào)整患者體位，暴露術(shù)野，提升腫瘤切除效果[9]。王長(zhǎng)昇等在經(jīng)皮椎間孔鏡腰椎間盤切除術(shù)（PTED）中引入混合MR導(dǎo)航聯(lián)合使得手術(shù)時(shí)間縮短、安全性提高，療效確切有效[13]。亦有報(bào)道稱，將MR技術(shù)用于顱頜面骨折修復(fù)術(shù)和骨盆螺釘植入術(shù)中，都取得了良好的效果[14-15]。

（四）助力醫(yī)學(xué)教育

目前，“早臨床、多臨床、反復(fù)臨床”教育理念的貫徹，不斷推進(jìn)著醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)體系、規(guī)培制度等醫(yī)生培養(yǎng)體系的持續(xù)完善。然而，當(dāng)前醫(yī)學(xué)實(shí)踐教育仍受制于教育教學(xué)資源成本高且相對(duì)不足、教學(xué)與臨床實(shí)際脫軌等問(wèn)題。MR技術(shù)的日漸成熟，為醫(yī)護(hù)人員的培養(yǎng)，特別是對(duì)其臨床技能、臨床思維的培養(yǎng)提供了新的思路。第一，在實(shí)踐技能教學(xué)中，MR技術(shù)因其分辨率高、空間立體感強(qiáng)、可重復(fù)的特性，能夠替代傳統(tǒng)的實(shí)體模型，輔助實(shí)踐教學(xué)。李曄等以MR全息投影模型替代傳統(tǒng)模型，用于腦內(nèi)血腫快速定位穿刺教學(xué)，在提升培訓(xùn)者主觀信心、提高穿刺成功率、縮短穿刺時(shí)間等客觀指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異[16]，反映了MR技術(shù)替代傳統(tǒng)模型用于醫(yī)學(xué)實(shí)踐技能教學(xué)的潛力。第二，在理論教學(xué)中，MR技術(shù)具有模型制作簡(jiǎn)單迅速、趣味性和新奇感強(qiáng)，且易于接受的特點(diǎn)，十分適用于輔助傳統(tǒng)理論教學(xué)。其可展示精細(xì)的或者難以通過(guò)直視觀察的解剖結(jié)構(gòu)，如顱底結(jié)構(gòu)、腰椎及其附屬物、鼻竇等。同時(shí)，加入計(jì)算機(jī)軟件制作的動(dòng)效元素等，能夠輔助教師講解生化生理過(guò)程、病理變化過(guò)程、治療技術(shù)等。高凌等在研究中發(fā)現(xiàn)，使用MR技術(shù)進(jìn)行腰椎解剖結(jié)構(gòu)與圖像解讀，能夠提升學(xué)生對(duì)教學(xué)的滿意度，同時(shí)，其在提升學(xué)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(xùn)中，MR技術(shù)的實(shí)時(shí)性與可互動(dòng)性，能夠模擬真實(shí)的醫(yī)院環(huán)境，在提升培訓(xùn)者的參與度與責(zé)任感的同時(shí)，提升教育教學(xué)的沉浸感。Sean W. Hauze等提出利用MR技術(shù)模擬臨床實(shí)習(xí)中雖然發(fā)生率低，但護(hù)士應(yīng)該熟練應(yīng)對(duì)的場(chǎng)景，讓護(hù)理人員通過(guò)沉浸式的訓(xùn)練提升專業(yè)技能水平，能夠有效解決護(hù)理教學(xué)資源短缺問(wèn)題，進(jìn)一步降低教學(xué)成本，顯著提高護(hù)士的專業(yè)能力[18]。第四，教育教學(xué)資源與病例來(lái)自病例管理平臺(tái)，能在一定程度上解決傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育形式單一、理論與臨床實(shí)際脫節(jié)、教材時(shí)效性差的問(wèn)題。

（五）遠(yuǎn)程醫(yī)療

基于MR技術(shù)的可視化病歷管理平臺(tái)有助于醫(yī)生更準(zhǔn)確地掌握患者病情。MR技術(shù)模型本身就具有分辨率高、空間立體感強(qiáng)、互動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，理論上，只要身處遠(yuǎn)地的醫(yī)生戴上虛擬現(xiàn)實(shí)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(yuǎn)程醫(yī)療中依靠文字、二維圖像、三維視頻等進(jìn)行病情溝通時(shí)不直觀、效率低的弊病。數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題是限制遠(yuǎn)程醫(yī)療高效開(kāi)展的主要因素之一[19]。不同區(qū)域間、醫(yī)院間的遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備型號(hào)及其數(shù)據(jù)文件、圖像文件等的格式均存在差異，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)，醫(yī)療數(shù)據(jù)的采集、儲(chǔ)存、傳輸?shù)入y以有效開(kāi)展。引入一個(gè)具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化平臺(tái)，不僅能夠確保信息從采集到傳遞這一過(guò)程的高效性，還有助于醫(yī)生獲取實(shí)時(shí)、有效的高質(zhì)量病例信息，從而提高診療效果。在5G技術(shù)的加持下，高速度、低時(shí)延的數(shù)據(jù)傳輸使得MR引導(dǎo)下的遠(yuǎn)程手術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。北京理工大學(xué)等三家單位通過(guò)5G醫(yī)療專網(wǎng)進(jìn)行了混合現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)下的肝腫瘤微波消融手術(shù)試驗(yàn)，人體模型試驗(yàn)和動(dòng)物試驗(yàn)均證明，其穿刺效果與醫(yī)生進(jìn)行徒手穿刺的效果相當(dāng)[20]。

（六）整合資源，推動(dòng)醫(yī)療信息標(biāo)準(zhǔn)化

如前所述，遠(yuǎn)程醫(yī)療過(guò)程中存在的數(shù)據(jù)交換與數(shù)據(jù)共享問(wèn)題，在醫(yī)療行業(yè)的其他領(lǐng)域一樣存在，制約了分級(jí)診療、醫(yī)保支付、醫(yī)療機(jī)構(gòu)質(zhì)量評(píng)估、醫(yī)療機(jī)構(gòu)服務(wù)能力提升、醫(yī)療機(jī)構(gòu)效率評(píng)價(jià)以及義診等方面的發(fā)展[21]?？梢暬±芾砥脚_(tái)的建立，能夠從數(shù)據(jù)層面確保醫(yī)院間可視化數(shù)據(jù)信息的格式與標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，便于醫(yī)療信息的整合與利用，助力醫(yī)院各項(xiàng)服務(wù)的開(kāi)展。除此之外，平臺(tái)的建立，還將為進(jìn)一步整合資源，提取有效數(shù)據(jù)，支持進(jìn)行各方向、各學(xué)科的分析研究提供便利，從而更好地服務(wù)于科研與臨床工作。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)因其空間感強(qiáng)、互動(dòng)性高、分辨率高等特點(diǎn)，在各個(gè)醫(yī)療?？祁I(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。大量與MR技術(shù)相關(guān)的臨床研究與試驗(yàn)證明，基于MR技術(shù)與MR模型建立可視化病例管理平臺(tái)，在醫(yī)學(xué)教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、手術(shù)指導(dǎo)等方面都具有巨大的應(yīng)用潛力。同時(shí)，病例平臺(tái)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(shí)踐成為可能。然而，目前MR技術(shù)尚未完全成熟，主要表現(xiàn)在技術(shù)與設(shè)備成本高、對(duì)影像采集設(shè)備分辨率的依賴性強(qiáng)、醫(yī)學(xué)影像與現(xiàn)實(shí)情境的匹配精度不足、成熟的實(shí)時(shí)建模解決方案缺失等[22-23]。此外，信息標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，以及患者隱私與倫理問(wèn)題等也制約著MR技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要更多的相關(guān)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(yī)科大學(xué)麻醉學(xué)系

侯源源 大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院

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