"怀长期主义，聊医工科技"
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| 今天的文章中，超哥为大家介绍一种基于增强现实（AR）技术的超声引导经皮肝脏介入手术辅助系统。该系统结合了肝脏仿真模型、超声成像、实时电磁追踪和混合现实可视化技术，旨在提高肝脏介入手术的精确性和安全性。研究首先开发了几种肝脏仿真模型，最终选择基于明胶的仿真模型，该模型在超声成像下具有良好的可视化效果。系统通过电磁追踪技术实时监控超声探头和肝脏内针头的位置，数据通过3D Slicer应用进行处理，并通过HoloLens设备呈现给外科医生，提供实时的空间引导，帮助外科医生准确放置针头。该系统在实验中显示了其在提高手术精度、减少误差和优化新手外科医生操作中的潜力。然而，系统在软组织变形和患者体位变化引起的挑战方面仍需进一步优化。未来的研究将集中在临床验证、软组织注册和运动追踪等方面的改进，以进一步提高系统的临床应用价值。该研究为超声引导的微创手术带来了新的技术方向，并为未来的医学影像辅助系统提供了重要的实践基础。 |
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近年来，微创手术（MIS）得到了广泛应用，尤其是经皮介入手术，这些手术常用于深部组织的诊断和治疗。肝脏介入手术作为其中的重点，因其复杂性和对精确度的要求而备受关注。超声（US）因其实时成像和不产生电离辐射的特点，成为这些介入手术的首选成像方式，但其也存在穿透深度低、分辨率有限等不足。
为了提高这些手术的精确性和安全性，本研究将增强现实（AR）技术与超声引导的经皮介入手术结合，以帮助外科医生更直观地进行操作，从而提高手术效果并减少错误。本文介绍了使用混合现实（MR）系统的初步研究，该系统将超声引导与AR技术相结合，以协助经皮肝脏介入手术，并旨在改善手术结果和减少手术失误。
材料与方法
本研究开发的系统包含多个组件，包括用于测试的肝脏仿真模型、带腹部探头的超声扫描仪、用于实时定位的电磁追踪系统以及用于可视化的AR设备（HoloLens 2）。肝脏仿真模型旨在模拟真实组织的回声特性，并包含肝脏病变和血管结构，以便准确测试。研究中测试了几种类型的仿真模型，其中基于明胶的仿真模型提供了最佳的超声可视化效果。
详细介绍了系统的组成，涵盖了超声成像系统、针头和超声探头的实时追踪以及基于HoloLens设备的混合现实可视化。超声探头获取的实时图像通过3D Slicer应用程序进行处理，并显示在HoloLens设备上，使外科医生能够实时查看针头与超声图像平面的空间关系，从而提供精确的引导。
本研究使用的Aurora电磁追踪系统能够精准、实时地追踪超声探头和肝脏内针头的定位，其不需要使用视觉标记，特别适用于在无法直接看到工作区域的手术中，例如经皮肝脏手术。
结果与讨论
将MR系统集成到介入手术中后，结果显示该系统能有效提高手术的精确度和安全性。系统使外科医生能够实时查看针头在超声图像中的位置，从而确保准确的针头放置。这一系统对新手外科医生尤其有帮助，因为他们通常在复杂的解剖区域中进行针头放置时会遇到困难。
肝脏仿真模型在模拟肝脏组织和血管结构方面的效果得到了评估。明胶仿真模型在超声成像下表现最为优异，能够清晰地显示病变和血管。因此，在后续的研究中，选择了这种基于明胶的模型。该研究还强调了将超声图像传输到3D Slicer应用程序中以及进行精确空间对齐时面临的技术挑战，尽管如此，整体系统证明是可行的，并显示出改善手术效果的潜力。
尽管医学影像技术近年来取得了显著进展，但仍有许多挑战需要解决，尤其是软组织变形和患者的体位变化对软组织注册造成的影响。未来的研究应集中在解决这些问题，以进一步增强系统在临床环境中的应用。
结论
本研究展示了将混合现实（MR）技术应用于超声引导的经皮肝脏介入手术的初步进展。该系统通过提供实时的空间引导，帮助外科医生提高精确度和安全性，减少手术错误，从而有望改善患者的手术结果。通过进一步的研究和验证，特别是在临床环境中的验证，这一系统有望广泛应用于更多的微创手术中。
未来工作
本文建议，未来的研究可以进一步优化系统，尤其是在临床使用中的验证，探索该系统对新手外科医生培训的影响，并解决软组织注册和运动追踪等挑战。此外，整合更先进的影像学技术并进一步完善AR界面，将是提高系统在实际临床环境中应用的重要方向。
参考文献
Salazar, L., I. Sánchez-Varo, D. Caballero, A. Iribar-Zabala, Á. Bertelsen-Simonetti, J. A. Sánchez-Margallo, and F. M. Sánchez-Margallo. "System for assistance in ultrasound-guided percutaneous hepatic interventions using augmented reality: First steps."
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我是超哥，超声行业17年老伙计，做过研发，搞过生产，趟过市场，开过（在开）公司；越野跑爱好者；工作狂；沟通粗暴直接；严苛完美主义者；起伏皆为过往；信奉长期主义和第一性原则；欢迎来聊来组局...
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