综述：骨科中的混合现实技术：临床与技术方面的系统评价与荟萃分析

这篇综述系统评价了混合现实（MR）技术在骨科手术中的应用，涵盖临床效果与技术实现，重点分析了其在脊柱、关节等复杂手术中的导航、训练和远程协助价值，并指出当前在注册精度、设备人机工程学方面的局限。研究显示MR可显著减少手术时间、辐射暴露（如降低58.58%透视次数）并提升精准度（如椎弓根螺钉置入准确率达95.77%），但需进一步解决硬件稳定性（如Hololens的FOV限制）和标准化评估问题。

　　

背景

混合现实（MR）技术通过融合虚拟与真实环境，在骨科手术中展现出独特优势。Milgram和Kishino提出的“虚拟连续体”理论将MR定位为介于增强现实（AR）与虚拟现实（VR）之间的交互式技术，其核心在于实时空间配准与虚实交互能力。骨科因其解剖结构刚性特性，成为MR技术应用的前沿领域，尤其在脊柱椎弓根螺钉置入（准确率95.77%）、关节置换（手术时间缩短44.35%）等需亚毫米级精度的场景中表现突出。

临床价值

手术导航是MR最广泛的应用（39项研究），代表性案例包括：

• •

  脊柱手术：Wu等通过Hololens 2实现腰椎椎弓根螺钉置入，误差仅1.03±0.9mm，较传统方法减少29.2%的椎弓侵犯率；

• •

  关节置换：Wei等在膝关节置换中利用MR导航使力线偏差角降低7.8%，术后Lysholm评分显著提升；

• •

  肿瘤切除：Wong团队通过3D肿瘤模型叠加，实现骨盆肿瘤精准切除（切缘误差<2mm）。

辐射暴露控制是另一突破：Gu的随机对照试验显示，MR引导的经皮椎体成形术使透视次数减少45.07次（降幅58.58%），而Su的队列研究证实其可完全替代术中CT扫描。

技术实现

硬件生态以Hololens系列为主导（30项研究），但Apple Vision Pro等新设备的空间计算能力（单眼4K分辨率）可能改变格局。注册技术呈现三类路径：

1. 1.

   手动配准：依赖手势交互，效率低（误差20.2±10.8mm）；

2. 2.

   标记追踪：采用Vuforia SDK或反光标记，精度提升至0.6mm（Condino等）；

3. 3.

   表面重建：如ZED Mini RGB-D传感器结合深度学习，将配准时间压缩至17.4±2.1秒（Liebmann等）。

可视化策略呈现多元化：

• •

  空间锚定：椎弓根螺钉的理想轨迹以彩色编码投影（Liu等）；

• •

  多模态反馈：Gupta加入听觉警报（快速蜂鸣音）和触觉反馈（钻头振动模拟）提升沉浸感；

• •

  实时纠偏：Wolf开发的偏差误差可视化系统，73%操作误差控制在2°以内。

现存挑战

工程瓶颈包括：

• •

  Hololens 2的52°视场角导致30%的周边视觉缺失（Gregory等）；

• •

  电磁追踪系统（如trakSTAR）在金属器械干扰下误差骤增3倍（Tu等）。

临床转化障碍突出表现为：

• •

  缺乏RCT证据（仅6项对照研究）；

• •

  注册耗时平均83.92秒（Trehin数据），远超传统C型臂初始化时间；

• •

  灭菌兼容性问题迫使78%研究采用非接触式操作（Sanchez-Sotelo调查）。

未来方向

技术迭代聚焦于：

• •

  全息波导显示（如Magic Leap 2的180°FOV）；

• •

  5G远程协作（Lu团队实现12ms延迟的跨国会诊）；

• •

  自动非侵入配准（Ohashi开发的骨性标志AI识别算法）。

临床验证需建立统一评估框架，特别是针对：

• •

  长期预后（现有随访最长仅12个月）；

• •

  经济学效益（每例MR导航增加1，200成本但节省3，500并发症费用，Buch测算）。

这份证据图谱显示，MR技术正在重塑骨科手术范式，但其临床落地仍需跨越“最后一厘米”的精度-效率平衡难题。