《Sensors》：Head-to-Head Comparison of Magic Leap 2 and HoloLens 2 Using Patient-Specific Phantoms in Orthopedic Oncology: A Feasibility Study
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增强现实（Augmented reality, AR）是一种新兴技术，正日益集成到包括骨科手术在内的多个医学学科的外科导航中。这项临床前研究（preclinical study）探讨了AR在骨科肿瘤学中的应用，并对两种头戴式显示器（head-mounted d
增强现实（Augmented reality, AR）是一种新兴技术，正日益集成到包括骨科手术在内的多个医学学科的外科导航中。这项临床前研究（preclinical study）探讨了AR在骨科肿瘤学中的应用，并对两种头戴式显示器（head-mounted displays, HMDs）：Microsoft HoloLens 2和Magic Leap 2进行了比较评估。该研究评估了AR辅助描绘（AR-assisted tracing）骨科手术中骨肿瘤切除计划截骨（planned osteotomies）的可行性。研究目的是在受控临床前条件下评估两个AR平台所提供的可视化能力、空间引导性能和人机交互性能。AR引导的计划截骨描绘的准确度通过定制切割导板（custom cutting guides）进行量化，这些导板包含1 mm、2 mm和3 mm的凹槽，用于测量与计划截骨线的偏差。两种AR HMDs在相同的实验条件下进行测试，并对其性能和准确度进行了比较分析。Magic Leap 2在AR引导的截骨描绘中表现出更高的准确度趋势，在计划截骨线1 mm、2 mm和3 mm阈值内分别达到82%、95%和100%的准确度。相比之下，HoloLens 2在相应相同阈值内分别达到65%、85%和95%的准确度。人体工程学评估（ergonomic assessment）亦提示Magic Leap 2具有更舒适的用户体验和操作特性。需要进一步开展涉及更大样本队列并与已确立导航技术进行比较的研究，以确认基于HMD的AR引导（HMD-based AR guidance）在骨肿瘤切除和其他骨科手术中的潜在优势。
增强现实（Augmented reality, AR）通过头戴式显示器（head-mounted displays, HMDs）将计算机生成的虚拟图像与现实环境融合，提供交互式沉浸式体验。随着医学领域的发展，AR已被广泛用于教育、手术培训、术前规划及术中导航，涵盖神经外科、泌尿外科、心血管外科、脊柱外科、乳腺外科、胃肠肝外科、骨科、口腔颌面外科及牙科等多个学科，通过对复杂三维解剖结构的直观可视化提升外科操作水平。在骨科肿瘤学领域，阳性手术切缘（positive surgical margins）及后续复发风险长期困扰外科医生，精细的术前规划对于定义最佳手术切缘、确保骨恶性肿瘤完整切除至关重要。尽管已有研究探索了AR在骨科肿瘤学中的应用，例如Molina等利用Augmedics系统辅助腰椎软骨瘤截骨与椎弓根螺钉置入，García-Sevilla等应用HoloLens 2行骨盆肿瘤切除，Moreta-Martínez等评估了HoloLens 1在尤因肉瘤患者特异性幻影模型中的准确度，Pose-Díez-de-la-Lastra比较了HoloLens 1与HoloLens 2在上下肢肿瘤切除中的性能，但HoloLens 2作为经典设备已被广泛研究，新一代设备Magic Leap 2能否提供更高的手术引导准确度仍缺乏直接证据。基于此，研究人员开展了此项头对头比较研究，旨在利用患者特异性幻影在骨科肿瘤学场景中评估和比较两种HMDs在计划截骨辅助描绘中的可视化能力、空间引导性能和人机交互性能，以期为骨肿瘤切除等高精度要求的手术提供更优化的AR引导方案。
在技术方法方面，研究人员纳入IRCCS Azienda Ospedaliero-Universitaria di Bologna一名48岁女性髂骨区软骨肉瘤患者（肿瘤9.1 cm × 2.0 cm × 5.5 cm），获取层厚0.5 mm的CT影像，使用Mimics Core Medical 28.0进行分割，并在3-Matic 20.0中重建三维虚拟模型。通过PolyJet打印技术制备5 cm × 5 cm的QR码标记，采用立体光刻（stereolithography）3D打印机及光聚合物树脂制作患者特异性骨盆幻影和含1 mm、2 mm、3 mm凹槽的精度评估模板。AR应用基于Unity 2022.3.9f1和C#语言开发，集成Vuforia Engine 10.20实现Image Target跟踪，QR码通过患者特异性定位器固定于骨性标志，依据预计算配准坐标将虚拟截骨线投射至幻影表面。研究共纳入10名参与者（5名骨科医生、5名工程师），采用随机交叉顺序使用Magic Leap 2与HoloLens 2各完成三次计划截骨线描绘试验，通过槽内/槽外二分类法量化准确度，采用配对t检验结合Bonferroni校正（p < 0.0167），使用Stata 19/SE软件进行分析。
在准确度评估（Accuracy of AR-Guided Marking of Planned Osteotomies）方面，研究人员利用含不同宽度凹槽的3D打印模板量化AR引导描绘计划截骨线的偏差。在1 mm阈值下，Magic Leap 2在各截骨部位及总体分析中准确度普遍高于HoloLens 2，经Bonferroni校正后，左侧截骨、底部截骨及总体分析达到统计学显著差异。在2 mm阈值下，两种设备性能均较1 mm阈值提升，Magic Leap 2继续保持更高准确度，其中底部截骨和总体分析显示显著差异。在3 mm阈值下，两种设备均达到接近最优的准确度（95%至100%），差异显著缩小，仅总体分析中Magic Leap 2保持轻微优势，单项截骨部位差异不再显著。总体而言，Magic Leap 2在更严格的窄切缘阈值下表现出更优的准确度趋势。
在技术参数差异（Technical Differences）方面，Magic Leap 2作为新一代设备，具备更先进的硬件架构、更强的处理能力、更宽的视野（field of view, FOV）、更高刷新率、多焦面显示及增强的SLAM（simultaneous localization and mapping，同时定位与地图构建）功能。其重量显著低于HoloLens 2（260 g对比566 g），但配备外部计算包（external compute pack）。两种设备均支持眼动、手部和语音跟踪，但实现方式不同。
在人体工程学差异（Ergonomics Differences）方面，研究人员采用5分制Likert量表对10名参与者进行调查。Magic Leap 2在所有评价维度均优于HoloLens 2，包括可调节性与贴合度（平均4.0分对比3.3分）、临床任务舒适度（3.4分对比3.1分）、设备重量平衡与疲劳度（4.0分对比3.2分）、全息图质量与整合度（3.8分对比2.8分）、全息图参与度（4.0分对比3.1分）、反应速度（4.1分对比2.9分）、手部分辨率（3.0分对比2.3分）、视野宽度与舒适度（3.9分对比3.3分）以及连续使用疲劳度（4.5分对比4.1分）。参与者更偏好Magic Leap 2的视觉质量、响应速度和长期使用特性，而部分用户反映HoloLens 2存在全息图移位、闪烁及操作延迟等问题。
研究人员在讨论中指出，两种设备均能有效实现AR辅助的计划截骨描绘，但Magic Leap 2在精确度、可视化质量和人体工程学方面表现更优，尤其在需要毫米级精度的保肢手术或骨盆肿瘤切除等场景中更具潜力。这些发现验证了其他研究强调的AR在增强骨肿瘤切除术中空间定向和术中信心的临床疗效。Magic Leap 2显示的更高准确度趋势可能与其多个硬件和软件特性相关，包括更宽的视野、更高的显示刷新率以及不同的深度感知机制，其多焦面波导显示（multi-focal plane waveguide display）技术与自适应调光区域可能有助于减少辐辏调节冲突（vergence-accommodation conflict），提升虚拟与现实解剖结构的深度感知一致性。此外，Magic Leap 2包含更强大的计算架构和更大内存容量（16 GB/256 GB对比4 GB/64 GB），可能支持更要求苛刻的渲染和跟踪任务。然而，其外部计算包可能在无菌环境中带来轻微不便，且本研究未设计用于分离单个硬件因素对性能的具体贡献。研究同时承认多项局限：实验基于体外幻影，无法完全模拟组织变形、出血等术中变量；样本量较小（n = 10）且缺乏先验效能分析；评估基于预定义容差阈值而非连续几何偏差测量；跟踪系统未量化配准误差、抖动、漂移或延迟；人体工程学问卷为内部开发且未经标准化验证；参与者分配未完全随机化，可能残留学习效应。因此，观察到的设备间差异应视为初步结果。
研究结论部分翻译如下：研究人员观察到Magic Leap 2（ML2）与HoloLens 2（HL2）在准确度及探索性人体工程学、用户体验结果方面存在差异，在特定实验条件下整体趋势倾向于Magic Leap 2。更大的视野、更佳的光学清晰度、轻量化设计及先进处理能力可能有助于Magic Leap 2适用于AR辅助的骨科应用。然而，鉴于该研究的初步性质、未与常规导航技术或徒手操作进行比较以及缺乏连续偏差测量，这些结果应谨慎解读。需要进一步开展涉及更大队列、临床相关场景并与已确立导航技术比较的研究，以确认Magic Leap 2在精准引导的骨肿瘤切除及其他骨科手术中的潜在优势。尽管观察到的描绘准确度改善令人鼓舞，其对肿瘤学和功能性结局的潜在影响仍有待通过专门的临床研究加以证实。
