眾所周知,脊柱是位於背側的支撐性中軸骨骼,可以支撐軀幹、保護內臟、保護脊髓並支持人體運動,是全身最主要也是最重要的骨骼。
脊柱出現問題時,傳統脊柱手術形式多為大創面、大開口進行脊柱修正,但手術操作風險以及給患者帶來的痛苦很大,術後恢復期較長,「如何降低脊柱手術風險、為患者減輕痛苦」也早已成為醫學學術界相關領域中熱議的話題。
20世紀90年代末我國微創手術起步,這種手術方式的出現雖減少了脊柱手術的軟組織相關併發症,但由於是藉助手術顯微鏡或內窺鏡等進行引導操作,難度提高,所以所帶來的其他風險也更高。
全球首例通過光學空間定位和增強現實技術的手術,是由一家名為Holosurgical的數字外科手術公司完成的。最新的技術手段幫助外科醫生縮短了手術時間,有效減少軟組織的發病率,並且顯著的優化了顱骨和脊柱神經外科手術過程。
計算機可掃描識別病人皮膚下的3D內部骨骼,並通過OptiTrack空間定位技術追蹤骨骼和醫生的3D眼鏡,將內部骨骼在手術部位上方的屏幕中顯示出來,使醫生手術視野內的骨骼情況實時且立體。
應用過程與技術原理
超現實手術中,計算機可通過X光技術透過皮肉組織掃描病人內部骨骼,並將骨骼3D圖像實時呈現在病人手術部位上方的顯示屏鏡中。醫生佩戴好3D眼鏡後,骨骼的呈現變得立體且有空間感,在透明顯示屏鏡中所處位置與病人實際骨骼位置相同,做到虛擬圖像在實際空間中完全與病人真實骨骼覆蓋,從而便於醫生進行實時手術操作。
得益於OptiTrack空間定位技術,顯示屏鏡中的虛擬骨骼可以和病人真實骨骼精準地重合,同時手術器械、顯示設備等也被實時定位,實現了虛擬與現實的統一。
手術過程中,醫生頭戴的3D眼鏡上附有標記點(Markers),隨著醫生頭部的轉動或移動,這些標記點被OptiTrack紅外攝像機捕捉,隨即進行3D重建運算並輸出被標記目標的空間姿態信息,在計算機控制系統中則反映出醫生視線角度的變化,使得醫生偏頭、換角度觀看顯示屏鏡中的骨骼時,能夠得到實時的、不同角度的真實觀感呈現。
這套外科手術引導系統在微創手術的基礎上增加了增強現實與人工智慧技術,不僅可以減少軟組織和肌肉損傷、降低術中血液流失、縮小術後感染等風險,而且還通過OptiTrack空間定位技術為醫生操作提供了巨大便捷。大尺寸顯示屏和立體化呈現方式使醫生仿若真實看見病人骨骼整體架構。在此基礎上,實時分析還能夠有效引導醫生的手術動作,減少人為操作失誤概率,進一步降低手術風險。
總體來說,這種技術對小創面骨科手術成果進行了大幅提升,同時也省去了因無法看見骨骼全貌導致的複雜手術過程。外科手術醫生Rafal Pankowski博士在接受採訪時頻頻稱讚增強現實為該類骨骼手術帶來的便利。
此外博士還提到自動骨骼分類和標色系統的實用性,醫生可以選擇在手術過程中僅觀察需要看到的東西、隱藏阻礙視線的東西,例如通過透視工具,醫生可以選擇只看手術部位工具與相關骨骼組織的互動情況,簡化了手術視野,提升了效率。
光學空間定位和增強現實技術的手術指導系統使微創手術發生了革命性的變化,這是世界上第一個使用光學空間定位和增強現實技術的手術指導系統,也是OptiTrack空間定位技術在醫療領域創新發展中的又一次落地。