随着计算机技术、图像显示技术、空间定位技术和力反馈技术的不断发展，越来越多的研究开始关注于将虚拟空间与现实空间相互融合，从而使观察者能体验到一种特殊的混合环境，其核心是通过数字技术打破虚拟世界和现实世界之间的界限。<br><br>伤口世界以前的原创文章介绍了VR（虚拟现实）和AR（增强现实），本篇我们来粗浅学习一下MR（混合现实）是什么？ MR混合现实技术简介<br><br>如果说，VR是纯虚拟数字的画面，AR是虚拟数字的画面加上裸眼现实，那么MR则是数字化现实加上虚拟数字的画面。从理论上来讲，它是把VR和AR的优点集于一身，给人更加真实的感受。<br><br>概念：混合现实技术（MR），全称Mixed Reality，该技术通过在现实场景呈现虚拟场景信息，在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路，以增强用户体验的真实感。它通过计算机图形技术和可视化技术产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过传感技术将虚拟对象叠加到真实环境中，真实的环境和虚拟的对象实时地显示在同一个画面或空间，用户利用显示设备，便可以看到一个感官效果真实的新环境。<br><br>MR是由“智能硬件之父”多伦多大学教授Steve Mann提出的介导现实概念，它是增强现实技术的延伸，也是虚拟现实技术的进一步发展。<br><br><br>MR技术的三个特点：现实与虚拟世界结合、实时交互性和精确匹配性。混合现实技术是脱离屏幕状态下的虚拟世界与真实世界的融合，实现了简便的交互与共享方式，为用户提供增强全息实时数字内容，并且增加到真实空间中，带来一种让人难以置信的数字虚拟世界与物理真实世界融合的场景。 MR技术发展现状<br><br>随着科技的发展，混合现实技术已经逐渐成为了计算机技术中的热点领域，从某种程度上来说，混合现实技术融合了真实现实、虚拟现实以及增强现实。<br><br><br>自2009年起，高通、可口可乐等知名企业都开始了虚拟现实技术（VR）、增强现实技术（AR）、混合现实技术（MR）的研究，数字技术和新型的表现形式很快便吸引了众多消费者的喜爱，同时混合现实技术等新技术展现出了极大的潜在价值。<br><br><br>在国际上，美国政府一直非常重视VR技术的研发与应用，国家科学基金会、国防部、国家航空航天局、交通部等部门均部署了一系列虚拟现实研发计划；在欧洲，欧盟H2020计划也开展了多项虚拟现实研究，主要研究方向涵盖虚拟现实硬件技术、虚拟现实软件技术、虚拟现实行业应用等。<br><br><br>而在国内，经过近十年发展，我国的AR、VR、MR产业已日趋成熟，产业生态初步形成。目前，全国共有AR、VR、MR企业3000余家。虽然我国混合现实技术起步相对较晚，且集中在系统应用技术上，涉及面与研究的都比较单一，但有很多机构尤其是高校，在增强现实的一些算法与设计技术上已经有了一定的研究成果，例如摄像机校准算法以及虚拟物体注册算法等，这些算法的成功研究能够帮助解决在混合现实中的遮挡问题、显示器设计等方面。<br><br><br>MR行业经过这几年的调整，跨过爆发期，进入调整期，存优除劣，逐步完善，中国AR、VR、MR产业的声势也逐渐高涨。<br><br>MR技术在医学领域中的应用<br><br>MR技术不仅有潜力创造出新的市场，还将颠覆当前的一些市场。基于混合现实技术的全息展示和空间定位等特性，目前主要应用在工业、设计、展览、建筑、医疗、教育等行业中和大型复杂产品的研发中。<br><br><br>混合现实技术凭借虚拟与现实结合、实时交互和精确匹配的特点，使其在医学领域的应用不断涌现。<br><br>一、医疗外科手术中的应用<br><br>目前，基于MR的可视化系统已经应用到医疗手术的各个阶段，如病例讨论、手术计划制订、术中辅助与引导、术后评估、术后康复等，促进了医疗手术向高智能、高精度发展，从而进一步优化治疗效果，提高医疗服务质量。 1、手术培训：手术操作的训练是提高外科医生能力的基础，但由于模拟器材、手术操作风险及手术室条件的限制等，其教学和时间陷入了“瓶颈”。通过混合现实技术，医生可以在无风险的三维视觉平台中，以更生动、自然、逼真的方式进行反复的交互和体验，直到能够熟练掌握操作技术。<br><br><br>2、手术计划制定：目前，医生对手术方案的制定通常依赖影像检查，并在脑中进行还原再现，而对解剖结构和各种变异的理解偏差会影响手术方案的精确制定。通过MR技术构建组织器官模型，不仅可以让医生对病灶的理解更加精准，也使医生之间的沟通变得更直观，为最佳手术方案的制定提供便捷有效的工具。<br><br><br>3、术中引导：MR复制导航系统将术前CT或核磁共振成像生成的三维重建虚拟模型集成到相应的患者体内，提供实时的三维可视化的最佳匹配位置，使外科医生在不充分扩大手术切口的情况下获取肉眼看不到的内部器官的视觉和空间信息，并指导整个手术过程。借助于MR辅助导航系统，医生拥有高维度“透视”手术区域的工具，手术的精确性和安全性均得到提升。<br><br><br>近年来，我国相继在骨科、泌尿外科、肿瘤外科、口腔科、耳鼻喉、眼视光等医疗领域利用MR辅助完成手术治疗，创造了多个世界首例MR引导下的手术，通过全息可视化设备和强大手势跟踪功能，实现在术中无菌环境下与临床数据的无接触交互，从而促进了医生快速作出决策，有效增强了手术效果。<br><br>二、远程会诊方面的应用<br><br>基于MR的可视化系统，并结合5G等远程通讯技术，医学专家可以在混合现实环境下提供远程指导，完成疾病的辅助诊断和治疗。<br><br><br>1、通过混合现实远程会诊系统，将患者的影像数据及在此基础上重建的3D模型上传至云端，本地和远程医生同时佩戴混合现实眼镜观看混合现实影响，参与者均可对模型进行切割、标注、测量、调整颜色、改变透明度等场景编辑操作，实现高效的实时交互与共享。<br><br>2、通过混合现实远程医学协作，可以把远程医生“带进”本地手术室，在手术过程中，指导专家可以利用远程设备，通过手势、铅笔绘制草图等方式，在目标区域实时注释指导信息，快捷地将自己的建议传递给手术现场人员，助力手术的快速高效完成，实现千里会诊。<br><br>2018年，在中国首套基于HoloLens的MR手术导航系统支持下，武汉协和医院叶哲伟、吴星火教授团队成功完成全球首例基于MR的远程三地会诊手术。<div><br></div><div>三、医患沟通方面的应用<br><br>医患沟通是医患双向的互动，医患沟通不畅是造成目前医患关系紧张的主要原因之一，主要表现在两个方面：一是医生与患者之间缺乏有效沟通；二是医生与患者之间的医疗信息不对称。<br><br><br>混合现实技术可以很好地解决这两方面的问题，混合现实具有的立体、逼真、动态等特点，为手术过程的演示、向患者及其家属详细介绍病情和手术方式等创造了条件，能够使患者清晰了解病情和治疗方案，从而有效解决医患信息不对称及医患信任危机等问题。<br><br><br>通过混合现实技术构建三维可视化医患沟通平台，依据患者的真实数据，利用三维可视化精准渲染技术进行三维立体成像，然后通过混合现实设备，患者可以立体、直观、逼真地看到自己身体器官的位置、形态、结构和病变状况；医生能够更直观、高效地解释病情，有效弥补医患双方专业知识的鸿沟，使医患沟通更简单、准确和顺畅。<br><br>四、医学教育中的应用<br><br>混合现实技术的应用，提供了一种高效、立体的全新教学模式。通过影像数据和断层扫描构建的全息数字化立体三维影像，借助混合现实眼镜，使人体复杂的解剖结构得以真实、立体地呈现，让师生能够在同一空间内实时互动，反复多次地进行实践演示，既解决了教学资源紧张的问题，又提高了学生的参与度和体验感，使教学更加高效、清晰。<br><br><br>1、MR在院校教育中的应用<br><br>①在基础理论方面。对人体大体形态结构和微观结构，利用全息影像技术构建的三维模型，借助混合现实设备，学生可以直接透视人体的解剖结构，进行全方位、立体化的观察，不仅解决了教学资源紧张的问题，也提高了教学质量和效率。<br><br>②在案例教学方面。医学生一般是通过文字和视频学习，接触真实案例的机会极少，教学缺乏带入感和真实感。而通过模拟人和MR三维影像的结合，可以让学生在听觉、视觉、触觉上深度感知临床病例。<br><br>③在基本实践技能方面。以往的教学多在模拟人教具上完成，学生在操作时对人体内部结构缺乏立体感知，与真实病例操作存在不小差距。MR可以将人体内部结构通过三维影像直观地展示出来，并与模拟人结合，利用全息眼镜真实地呈现，使技能操作更加直观。　　<br><br>2、MR在毕业后教育中的应用 <br><br>与院校教育的以基础理论、基本操作技能为教学重点不同，毕业后教育着重临床操作技能的培养，利用MR进行各种规范化临床操作技能的训练和临床思维能力的培养，可有效提高医学生的各项临床操作技能、医学综合诊断技能等。<br><br><br>3、MR在继续教育中的应用 <br><br>利用MR建立医学继续教育的可视化远程教学模式，在混合现实全息影像技术支持下，创设一个在线虚拟课堂，头戴空间站的医生使用全息模型进行讲解时，可以使用第三视角录制软件把医生及在他视角中的全息模型采集到屏幕，利用网络进行全息直播，将处于不同地域学习者的虚拟化个体连接到同一个在线虚拟课堂之中，实时交互，实现远程共享。<br><br><br></div> MR将颠覆传统的教学模式，在医学教育的各个阶段开辟新的教学路径，加快推动医学教育信息化改革和创新步伐，有效缩短医学人才培养周期。随着国家创新驱动发展战略的实施，MR必将以其强大的教学功能优势和广泛的应用范围在推动医学教育发展、加快教育信息化进程、建设教育强国中发挥重要作用。<br><br><br>与虚拟现实和增强现实比较，混合现实是一种更加实用的技术，它在不关闭原来真实世界的同时又打开了一个新的视野，不仅有一个相互校正的作用，还使手术的安全性和精确性进一步提高；与3D打印比较，混合现实在时效性上也具有很大的优势，获取数据后，3D打印模型至少需要10多个小时，而混合现实图像仅需要5～10min，并能对图像进行各种渲染、放大、切割、选择性虚化，使医生对疾病的观察可以更加精准细致，手术方案的制定和医患沟通也变得更加精准和高效。<br><br>目前，MR技术虽已被应用于各领域，但在医学领域中的应用尚处于探索阶段。随着数字时代的迅猛发展，MR技术和医学的结合前景无限，相信未来MR技术一定会在医学教育、医学研究、临床应用等方面带来颠覆性的变化，极大地推进变革时代的医学创新。<br><div style="text-align: center;"><br></div><div style="text-align: center;">专家介绍</div><div style="text-align: center;"><br></div><div style="text-align: center;">叶哲伟教授</div><br>华中科技大学附属协和医院教授、主任医师、博士研究生导师<br><br>武汉智能医学研究院院长<br><br>《智能医学》国家系列教材（本科生、研究生、规培医生）创始主编<br><br>Global Health Journal 执行主编<br><br> 国家级创新平台培育计划首席科学家，中华医学会医学工程分会数字骨科学组副组长，中国老年医学会数字诊疗分会副会长，中国解剖学会虚拟仿真分会副主任委员，湖北省智能医学学会会长，武汉医学会智能医学分会主任委员，“全国抗震救灾模范”（中共中央、国务院、中央军委联合表彰），美国芝加哥RUSH医学中心交流访问学者。<br><br><br>负责国家及省部级课题20余项，获国家专利和软著20余项，以第一署名或通讯作者在医学期刊发表论著60余篇，研究成果连续发表于国际数字医疗Top期刊，中央人民政府网站、新华社、人民日报等多家媒体也多次进行了系列报道。2019.9.29在人民大会堂参加国家勋章和国家荣誉称号颁授仪式，2019.10.1受中央人民政府邀请参加天安门广场观礼台国庆70周年阅兵观礼。<br><br><br>【参考资料】<br><br>[1] 期刊|中华实验外科杂志 2019年1月第36卷第1期 《混合现实技术在医学领域的应用》<br><br>[2] 网站|行知部落 文章编号：1671-489X（2020）09-0101-03 《混合现实技术在医学教育中的应用》 链接：https://www.xzbu.com/9/view-15375159.htm<br><br>[3] 期刊|临床外科杂志 2018年1月第26卷第1期 《混合现实技术在骨科的最新应用进展》<br><br>[4] 期刊|中国老年口腔医学杂志 2019年1月第17卷第1期 《混合现实技术常见应用场景》