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光学工程
基于AR技术的手术面罩将极大削减手术时间

目前,欧洲科学家正在结合采用新型光子学技术,研究一种新型增强现实面罩以提高手术的准确性。该系统能够在病人进行X光检测时同时显示麻醉和医疗数据,因此外科医生在手术期间无需转移目光。研究人员表示该方法能够为每3个小时的手术时间减少20分钟。

该VOSTARS(视频型光学透射式增强现实手术系统)医疗面罩是一种头盔式显示系统,能够为手术医生直接呈现麻醉数据和患者的生命体征,包括心率、体温、血压、呼吸频率等。

自1990年代以来,基于“增强现实”技术的手术治疗方式在学术和工业研究中一直被广泛讨论,但其作为一种能够提供患者数据和医生直观感知的工具尚未被广泛实施。

VOSTARS创新的关键在于,体积小巧且亮度高的微型显示器、LED光波导和微型投影仪等光学组件能够为手术医生呈现2D的X射线图像。


患者和重要医疗数据的同时观测

项目助理Vincenzo Ferrari博士是比萨大学信息工程系的生物医学工程研究员,他评论道:“我们打算利用该人体工程学面罩提供手术所有所需的信息,从而现实手术效率的改善。主要目标是减少手术时间,麻醉消耗时间以及手术各类成本。”

VOSTARS系统的工作原理是:首先通过头盔摄像头捕捉手术医生看到的场景,然后将现实图像与从CT、MRI或3D扫描采集到的患者医疗图像进行合并或增强。

VOSTARS系统的中央处理器使用了目前可用于外科手术导航的最先进的注册技术,能够在面罩仪表板上为外科医生提供实时混合图像。

混合图像

Ferrari博士补充表示:“除了在小型GPS屏幕上显示相关信息,我们还将重要的患者数据实时集成到手术面罩上。因此临床医生可以在看到患者状态、混合X光图像和重要数据的同时自由活动。”


手术时间可削减11%

目前VOSTARS科学家正对两种现存的面罩方法进行新型混合研究,实现视频透射式(VST)系统特性和光学透视式(OST)头戴显示设备的结合。

可穿戴AR系统方面的工程师和专家Fabrizio Cutolo认为,VST和OST均不适合单独用于患者手术。他表示:“在对真实患者手术时,将OST和VST的优势结合能够获得一种混合设备。”

在光学透射式系统中,如微软全息透镜,通过使用半透明反射镜能将计算机生成图像叠加在用户的视野范围内,因此用户能够直接看到周围环境。

Cutolo补充表示:“例如手术这样的重要场合,手术医生需要OST系统的自然感觉,同时还要VST系统的流体作用。因此相比于对现有技术进行扩展,我们将从头做起,开发一种全新设备。”

该项目为期三年,目前已经进行了三个月,VOSTARS团队计划在2018年5月完成混合设备的工作原理样机。样机完成后将对头部包括颌面部(下巴和脸)、神经外科、耳鼻喉科和整形手术进行初步试验,2020年有望完成原型机,2022年实现大规模生产。

目前,VOSTARS项目已通过欧盟光子学公司伙伴关系,从地平线2020计划获得3,816,440欧元的资助,并由意大利比萨大学的信息工程系和计算机辅助手术的EndoCAS中心联合实施。


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