增强现实技术如何改变外科手术导航？

增强现实技术如何改变外科手术导航？

引用

CSDN

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来源

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https://blog.csdn.net/weixin_42605076/article/details/142798713

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https://m.medlive.cn/cms/research/208238

增强现实（Augmented Reality，简称AR）技术正在以前所未有的速度改变着外科手术的方式。通过将虚拟信息叠加到现实世界视图中，医生能够实时查看患者的解剖结构，从而提高手术的可视化和准确性。这不仅减少了切口大小和手术时间，还降低了并发症风险。此外，增强现实平台提供的交互式训练模块也大大缩短了年轻外科医生的培训时间，提高了他们的技能水平和信心。这种技术的应用使得远程专家也能参与指导复杂的手术过程，进一步提升了手术的成功率。

增强现实技术的基本原理是通过计算机视觉和传感器将虚拟信息叠加到真实世界中，为用户提供虚实结合的交互环境。在手术导航中，这种技术能够将患者的解剖结构、病变部位等信息实时叠加到手术视野中，帮助医生更直观地了解手术区域，提高手术精确度。

具体来说，增强现实技术在手术导航中的应用主要包括以下几个步骤：

1. 数据采集与处理：首先需要获取患者的医学影像数据，如CT、MRI等。这些数据经过处理后，可以生成三维模型，用于后续的虚拟信息叠加。

2. 注册与定位：将虚拟信息与真实世界的图像进行匹配，确保虚拟信息在正确的位置显示。这一步骤通常需要使用摄像头、传感器等设备来捕捉手术区域的图像和位置信息。

3. 虚实融合：将虚拟信息与真实世界的图像进行融合，使虚拟物体与真实物体在视觉上形成统一的画面。医生通过增强现实设备（如头戴式显示器）可以看到叠加在真实手术场景中的虚拟信息。

4. 交互与显示：医生与增强现实系统进行交互，系统根据医生的输入调整虚拟信息的显示。这种交互式的设计使得医生能够根据需要调整虚拟信息的视角和位置，获得最佳的手术导航效果。

增强现实技术已在多个医疗机构得到应用。例如，中国人民解放军总医院、上海交通大学医学院附属瑞金医院等国内医疗机构，以及美国加州大学洛杉矶分校医学中心、德国海德堡大学医院等国外医疗机构，都已开展AR辅助手术。这些案例表明，AR技术能够显著提高手术精准度，降低手术风险。

国内应用案例

• 中国人民解放军总医院：2018年，该院神经外科开展了一项AR辅助下的脑肿瘤切除术。通过AR技术，医生在手术过程中能够实时观察到患者脑部肿瘤的三维模型，提高了手术精准度。

• 上海交通大学医学院附属瑞金医院：2019年，该院利用AR技术成功辅助完成了一例肝脏肿瘤切除手术。手术中，医生通过AR设备直观地看到了肿瘤与周围血管的关系，有助于降低手术风险。

• 中山大学附属第一医院：2020年，该院采用AR技术为一名患者实施了心脏手术。手术过程中，医生能够实时观察到心脏内部结构，提高了手术安全性。

国外应用案例

• 美国加州大学洛杉矶分校医学中心：2016年，该中心开展了一项AR辅助的脊柱手术。通过AR技术，医生能够在手术过程中实时观察到患者脊柱的三维模型，提高了手术成功率。

• 德国海德堡大学医院：2017年，该医院利用AR技术为一名患者实施了复杂的肝胆手术。手术中，医生通过AR设备清晰地看到了肝脏内部的肿瘤和周围血管，有助于精准切除肿瘤。

• 英国伦敦国王学院医院：2019年，该院在AR技术的辅助下完成了一例复杂的神经外科手术。AR技术为医生提供了实时的三维图像，使手术过程更加顺利。

增强现实技术不仅提高了手术精确性，还缩短了手术时间。例如，通过结构光相机实现的无标记配准方法，目标配准误差的平均精度达到（2.61±0.55）mm，配准算法所需时间平均约为0.47秒。此外，AR技术还能降低医生培训成本，提高患者满意度。

增强现实技术在手术导航中的应用具有以下显著优势：

1. 提高手术精准度：AR技术能够为医生提供实时的三维图像，有助于提高手术精准度，降低手术风险。

2. 缩短手术时间：通过AR技术，医生可以更快速地了解患者病情，减少手术过程中的不确定因素，从而缩短手术时间。

3. 降低手术并发症：AR技术有助于医生更好地了解患者内部结构，降低手术过程中的误伤风险，从而降低手术并发症。

4. 促进医学教育：AR技术可以为医学教育提供丰富的教学资源，有助于提高医学生的手术技能。

5. 跨地域医疗协作：AR技术可以实现手术现场与远程专家的实时互动，促进跨地域医疗协作，提高医疗资源利用效率。

尽管增强现实在手术导航领域具有巨大潜力，但仍面临一些挑战和问题。首先，设备成本较高，限制了其在临床的广泛应用。此外，部分设备在使用过程中可能存在一定的安全风险，如电磁辐射、视觉疲劳等。其次，增强现实技术在实际应用中仍存在一定的误差。这可能导致手术过程中出现偏差，影响手术效果。此外，隐私保护问题也不容忽视。在使用增强现实设备进行手术导航时，患者的个人信息和图像数据可能面临泄露的风险。

未来发展趋势显示，增强现实技术将与人工智能、大数据等先进技术进一步融合，实现更精准的手术导航。同时，设备的便携性和易用性也将得到提升，有望在更多医疗机构普及应用。针对上述挑战和问题，以下是对增强现实手术导航技术未来发展的方向和建议：

1. 加大研发投入，降低设备成本：通过技术创新和规模效应，降低增强现实设备的生产成本，使其在更多医疗机构得到普及。

2. 提高设备性能和稳定性：优化设备的硬件和软件系统，提高其在手术环境中的稳定性和可靠性。

3. 加强医生培训：为医生提供系统的AR技术培训，帮助他们熟练掌握设备操作和应用技巧。

4. 完善隐私保护机制：建立严格的数据安全和隐私保护体系，确保患者信息的安全。

5. 推动跨学科合作：促进医学、工程学、计算机科学等领域的跨学科合作，共同推动技术发展。

6. 制定行业标准：建立统一的技术标准和操作规范，确保不同设备和系统的兼容性和互操作性。

7. 加强临床研究：开展更多的临床研究，验证AR技术在不同手术类型中的效果和安全性。

8. 探索新型应用场景：在现有应用基础上，探索AR技术在更多医疗场景中的应用潜力，如康复训练、远程医疗等。

随着技术的不断进步和临床应用的深入，增强现实技术必将在外科手术导航中发挥越来越重要的作用，为患者带来更好的治疗效果。