新科技讓醫生能“透視”病人體內血管實施精準手術

發布時間:2020.05.11 16:53  來源:觸角科技

     自2019年1月起,由上海第九人民醫院整復外科李青峰教授團隊與觸角科技團隊,上海理工大學王殊軼副教授團隊合作研制了新一代混合現實MR手術導航系統,在這一系統引導下完成多例肩背部及腿部游離皮瓣切取術。該系統基于李青峰團隊的創新設計思想,采用觸角科技混合現實MR手術導航系統為基礎,針對皮瓣血管手術的技術特點和精度要求進行系統適應性優化,為主刀醫生提供自動配準、虛實疊加的精確血管位置定位導航功能,有了直觀可視化的精確定位依據。即通過數字血管模型的自動、精確配準,首次讓醫生擁有了“透視”人體血管的能力。


面對重大創傷類的病患,需要采用游離皮瓣移植術技術將人體正常部位的皮瓣切取,移植覆蓋在缺損部位上,并將皮瓣內的血管與受區血管進行吻合,以達到營養皮瓣修復缺損的目的。皮瓣游離移植技術中最關鍵的步驟在于成功分離供區的皮瓣,即皮瓣的切取,此手術要求對于皮瓣供區的主要血管走形、分布、深淺等空間信息都有充分了解,由于人體血管存在一定的解剖變異,因此一般需要在術前通過多普勒B超進行血管位置的判斷,并繪制血管的體表投影。但多普勒B超呈現的仍然是二維信息且不夠準確,標識血管投影,并解剖出血管需要術者長期的刻苦訓練和豐富的臨床經驗,才能較好的完成,且受個人主觀因素影響較大,成為術中最大的不穩定因素之一。

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混合現實技術(MR)是近年來最為前沿的數字可視化技術。MR技術通過將虛擬數字信息,包括但不限于3D模型、3D動畫以及圖像、視頻、文字等二維信息,以全息影像方式融合于真實環境中,實現物理世界與數字世界之間隨時隨地的無縫銜接。針對特定的三維信息,信息使用者也不再需要將復雜的空間結構信息在腦海中進行轉換重構,而是可以更直觀、更立體地直接獲取三維數字信息,大大提高了三維信息獲取效率,降低了理解誤差。

在此次系列手術中,昝濤主任與姜陶然醫師應用混合現實設備(微軟Hololens)和觸角科技MR手術導航系統,通過對患者相關部位動脈降支及其穿支進行全息觀察和跟蹤,實現了高精度虛實結合的數字血管疊加,同時運用遠程多人協同功能進行跨區域會診,對目標血管進行了準確分離,更快更好地完成了手術。

 

觸角科技MR手術導航系統具有多人遠程協同會診及手術規劃功能。通過5G網絡的高數據流量支持,滿足多人、多地、低延時的基于三維病灶模型的協同會診及協同手術規劃功能。李青峰教授非常期待這一技術的應用,能為基層、邊遠地區患者的治療,提供更好的方案和操作指導。昝濤主任認為,混合現實技術對于術前準確理解皮瓣的血供特點和血管的空間走形相比于B超以及CT影像來說,具有更加直觀、更加符合人的思維習慣的優勢。我們可以通過全息數據直接判斷非常微細動脈的空間走形,甚至能夠判斷血管究竟是走形在肌肉還是肌間隙。這對于術前皮瓣設計和規劃,同時也對于遠程會診以及病患溝通都具有非常重要的意義。

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術前應用于多人遠程協同進行會診及手術規劃

 

在此系列案例中,上海第九人民醫院整復外科與觸角科技一起專門為皮瓣移植術研究了特殊手術執行方案,姜陶然醫師與觸角科技共同設計了系列可靠的配準方案,包括:血管三維造影獲取的定位方法;基于初始定位標識的三維造影校準方法;虛擬與現實世界精確定位配準方法;快速虛實適配工具;混合現實MR遠程多人協同工作方法;臨床造影信息定位復現方法;臨床混合現實MR檢驗調節流程;臨床術中微調適配方法等等。通過對該型手術的深入研究,根據其特殊體位、特殊器官、特殊手法等特殊要求,有針對性的制定解決方案,逐一解決遇到的難題,最終形成了一套針對該型手術的MR導航方法體系,并在一定數量的臨床實踐中得到應用和驗證。

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  術中基于MR影像的病灶關鍵模型的虛實融合疊加手術引導

 

從病灶三維造影的輔助精確定位開始,到數字影像與現實世界的精確工具級適配,再到手術臺上數字影像與現實肌體的精確疊加,上海第九人民醫院整復外科與觸角科技一起合作走過了一段艱苦的探索過程,實現了3mm以內虛實疊加誤差的穩定輸出,讓混合現實MR手術導航從此進入了可被實戰接受和具備相應價值的新高度。

上海第九人民醫院整復外科李青峰教授團隊完成國際首例以混合現實、人工智能、機器人等技術結合的醫療病例,為整形外科領域研究打開新的思路。外科手術從開放走向微創化、智能化是必然趨勢,相信隨著技術的不斷成熟和完善,這將會為醫學領域帶來新的突破與變革。

 

 

 



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