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AR辅助手术技术发展势头强劲
2020年09月01日 | 点击数:173 | 【】【】【

   近日,法国Pixee Medical公司的增强现实(AR)膝关节置换术导航系统Knee+获得欧盟CE认证,这是全膝关节置换术领域中,首个获批使用AR技术的骨科导航系统。AR辅助手术系统对于术前规划、术中引导和术后康复都有重要意义,发展势头强劲。
 
   AR与手术导航
   AR是将计算机处理后的虚拟模型图像叠加到现实场景中,对现实场景进行增强的技术。它增强了人对周围真实世界的感知,并把模拟场景、物体以及相关提示信息(例如声音、视频、图形或GPS数据)融入现实场景,从而实现现实增强效果。AR技术的基础学科是计算机视觉(Computer Vision),使用显示器、照相机和传感器等工具,将数字信息叠加到现实世界中。
   手术导航是将患者手术前或手术中的影像资料与患者解剖结构准确对应,在手术中跟踪手术器械并将其位置在患者影像上以虚拟探针的形式实时更新显示的一种技术。手术导航使医生对手术器械的位置一目了然,让手术更快速、更精确、更安全。经过多年发展,手术导航在神经外科治疗领域广泛使用,在其他领域也逐渐普及。相关数据显示,在美国,手术导航最常用在神经外科手术领域,约占使用总数的43.3%;在欧洲,手术导航常见于全膝关节置换术。
 
   AR手术导航三大核心技术
   AR手术导航系统包括3个核心技术:虚拟图像或环境建模、虚拟环境和现实空间配准、将虚拟环境和真实环境结合起来的显示技术。
   虚拟图像或环境建模 AR系统利用CT或MRI断层成像中解剖结构之间的颜色或纹理区别以及血管造影,在计算机中完成目标的3D重建。非真实渲染或反转现实技术可以改善可视化和深度感知。
   虚拟环境和现实空间配准 配准可以通过多种手段完成,基于帧技术的三维笛卡尔坐标系统(Cartesian system)可以确定成像设备的位置和姿态。
   将虚拟环境和真实环境结合起来的显示技术 显示技术广义上可以分为头戴式显示(HMD)、增强型外部显示器、增强型光学系统、增强型窗口显示和图像投影。
   HMD可以将虚拟环境覆盖于用户视野下的真实世界(光学透视),以及真实环境的视频源中(视频透视)。增强显示器是通过简单的独立屏幕,将虚拟内容显示在源于真实世界的视频上。光学增强显示是指直接增强手术显微镜或双筒观察镜目镜的可视能力。窗口增强显示是将半透明屏幕直接放置在手术部位上方,在现实物体上方屏幕直接显示虚拟对象。图像投影是指虚拟环境可以用投影机直接投射到患者身上。
 
   AR技术将全面升级
   AR在临床手术中的应用横跨计算机科学、计算机视觉、传感器、通信、临床医学、人体工程学等诸多学科,技术涉及面极广。未来,动作追踪、环境感知及图像处理将更偏向以深度学习为代表的智能技术,显示器和交互传感器将更多应用与人体器官高度关联的技术,如视网膜显示器和人机共生技术(见表)。
   在当下的图像引导手术时代,AR技术将是发展趋势。随着显示技术和交互技术的快速发展,在现代外科手术室中,AR的作用将会越来越大。但与此同时,AR辅助手术的发展也存在困难和挑战,例如针对某些显示技术,将3D虚拟对象显示成真实世界的图像仍存在困难;虚拟环境如何与真实环境时间同步,也是AR系统面临的挑战;手术过程中,图像复合有时仍需要专业团队来执行;AR手术导航系统与相关设备和解决方案之间的兼容性、互操作性有待优化提高;数据隐私问题仍有待解决,等等。
 
 (来源:中国医药报)
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