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增强现实帮助外科医生透视组织并重新连接血管

在手术室中使用增强现实可以帮助外科医生改善患者的重建手术的结果。

在伦敦帝国理工学院St Mary医院的一个团队进行的一系列程序中,研究人员首次展示了外科医生如何使用Microsoft HoloLens耳机,同时对接受重建下肢手术的患者进行手术。

HoloLens是一款独立的电脑耳机,让佩戴者沉浸在“混合现实”中,使他们能够与“全息图”互动 - 通过遮阳板可以看到计算机生成的物体。在英国,耳机目前仅供开发人员使用。

帝国小组利用这项技术将CT扫描图像 - 包括骨骼和关键血管的位置 - 叠加到每个患者的腿上,实际上使外科医生能够在手术过程中“透视”肢体。

根据技术试验团队的说法,该方法可以帮助外科医生在重建手术期间定位和重新连接关键血管,从而改善患者的预后。

“我们是世界上第一批在手术室成功使用HoloLens的团体之一,”该研究的主要作者,欧洲放射学实验部发表的研究员Philip Pratt博士说。“通过最初的一系列患者病例,我们已经证明该技术是实用的,并且它可以为手术团队带来好处。使用HoloLens,你可以看到腿部并且基本上看到它的内部。你看到了骨头,血管的过程,可以准确识别目标的位置。“

在发生车祸或严重创伤后,患者可能有组织损伤或开放性伤口需要使用筋膜皮瓣进行重建手术。这些组织瓣从身体的其他部位取出,包括皮肤和血管,用于覆盖伤口并使其能够正常闭合和愈合。

该过程中至关重要的一步是将“新”组织的血管与伤口部位的血管连接起来,因此含氧血液可以到达新组织并使其保持活力。

这种重建手术元素的标准方法是使用手持式扫描仪,通过检测血液脉冲通过它们的运动,使用超声波识别皮肤下的血管,使外科医生能够接近血管的位置和血管的路径。组织。

“增强现实提供了一种通过在手术过程中将扫描图像叠加到患者身上,准确快速地在皮肤下找到这些血管的新方法,”Pratt博士解释说。

制作模型

在用于试验该技术的程序中,需要对其腿部进行重建手术的5名患者进行CT扫描以绘制肢体结构,包括骨骼的位置以及血管的位置和过程。

然后,帝国大学医疗保健NHS信托基金(ICHNT)的放射学顾问Dimitri Amiras医生将扫描图像分割成骨骼,肌肉,脂肪组织和血管,然后加载到中间软件中以创建腿部的3D模型。

然后将这些模型输入专门设计的软件中,为HoloLens耳机提供图像,然后将模型覆盖在外科医生可以在手术室中看到的内容上。临床工作人员能够通过手势操纵这些AR图像以进行任何精细调整,并且正确地将模型与患者肢体上的手术标志(例如膝关节或踝骨)对齐。

阿米拉斯博士说:“圣玛丽医院是一个重要的创伤中心,让我们有机会尝试改进重建皮瓣的术前计划。随着时间的推移,扫描协议已经过优化,可以提供出色的解剖图像,但是,起初,我们不得不依靠从3D CT重建中获取的解剖标志的粗略测量来指导手术。

“现在,使用HoloLens,我们可以识别血管在3D空间中的位置,并使用虚拟3D箭头来指导外科医生。目前,数据准备是一个耗时的过程,但将来大部分都可以实现自动化,顾问放射科医师检查模型与原始扫描的准确性。我认为这是学术健康科学中心可以实现的一个很好的例子。“

外科医生的观点

ICHNT的塑料和重建外科医生Jon Simmons先生领导了使用HoloLens耳机和增强现实模型执行手术的团队。这些病例包括一名在车祸中腿部受伤的41岁男子,以及一名复杂骨折踝关节的85岁女子。手术团队报告HoloLens是剧院中的强大工具,其方法比超声波定位血管的方法更可靠,更省时。

西蒙斯先生说:“AR技术在手术室的应用有一些非常令人兴奋的可能性。” “这有助于简化和提高重建手术某些要素的准确性。虽然该技术无法取代临床团队的技能和经验,但它可能有助于减少患者在麻醉下花费的时间并减少边际错误。我们希望它能让我们为个别患者提供更多量身定制的手术解决方案。“

该小组强调了该技术的一些限制,其中可能包括建模阶段的错误以及重叠模型未对准的可能性。此外,迄今为止的案例研究都基于腿部,腿部有许多清晰可见的外科“标志”,例如脚踝或膝盖。没有这些刚性标志的区域,例如腹部,可能更复杂,血管运动的可能性更大。

然而,研究人员相信,一旦完善,该方法可应用于需要组织瓣的其他重建手术领域,例如乳房切除术后的乳房重建。接下来的步骤包括在更多的患者中试用技术,并由多个中心的团队执行程序。

Pratt博士补充说:“将来我们希望进一步自动化这个过程。我们可以使用软件来改善对齐,并在扫描时将标记附加到患者身上,在手术过程中使用相同的标记作为附加点。我们想要探索的领域有很多,需要进一步改进,但小型病例系列表明,对于重建手术,这似乎是手术室中的一个有价值的工具。

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