这款用于神经外科手术空间导航的应用程序以模型头部为载体。借助在标准智能眼镜中可视化的真实和增强现实信息，外科医生可以安全地引导手术器械，并将患者受伤的风险降至最低——图片：弗劳恩霍夫IWU研究所
不久的将来，手术室里就会出现这样的景象：用于神经外科手术“导航”的标准数据眼镜。
神经外科革命：增强现实数据眼镜作为手术室导航系统
医学正以前所未有的速度发展，其中一个令人振奋的领域是将增强现实（AR）技术应用于手术室。这并非科幻小说，而是正日益成为现实的技术，它有望使外科手术更安全、更精准、创伤更小。神经外科尤其如此，由于大脑结构的复杂性，该领域对精准度要求极高，因此这些技术进步将使神经外科受益匪浅。
一种前景广阔的方法是使用智能眼镜，将术前图像数据（例如磁共振成像 (MRI) 数据）实时叠加到实际手术区域。这项技术使外科医生能够“透视”患者的身体，从而更精确地观察手术区域。与通常笨重且昂贵的传统导航系统不同，AR 智能眼镜为手术室的空间定位开辟了新的维度。这对于手术视野受限的手术尤为重要，例如经鼻入路切除脑肿瘤。AR 眼镜提供的更佳可视化效果有助于微创手术，从而可能减少组织损伤、缩短恢复时间并降低并发症发生率。
该应用程序是实现精准导航的关键。
这项创新技术的核心是一款专门开发的应用程序，它将术前采集的磁共振成像（MRI）图像与手术区域的实时视图同步。该技术是莱比锡大学医院（UKL）神经外科LEGEND研究小组与齐陶弗劳恩霍夫机床与成形技术研究所（IWU）合作多年研发的成果。该应用程序本质上相当于外科医生的“GPS导航系统”，不仅显示手术目标的位置，还显示最佳（即创伤最小）的手术入路。这种导航辅助方式相比以往依赖静态图像数据和外科医生空间判断的方法有了显著的改进。
这项新技术的另一项显著优势在于能够将手术器械集成到导航系统中。通过实时精确追踪器械位置并将其显示在智能眼镜上，外科医生可以更加精准、安全地引导器械。该应用程序支持的实时显示功能最大限度地降低了操作失误的风险，使外科医生能够精准地规划和执行手术动作。此外，诸如目标区域的距离等关键附加信息也会直接显示在外科医生的视野中，从而优化信息流，实现快速安全的响应。这不仅提高了手术的安全性，还有望缩短手术时间，从而减轻患者和医护人员的负担。
实时精准：神经外科的质的飞跃
该研究团队最显著的成就之一是该系统几乎可以瞬间投入运行。“我们的团队实现了神经外科空间计算导航的全自动配准，这在世界范围内尚属首例，”弗劳恩霍夫IWU研究所研究员、UKL“Legend”研究小组负责人罗尼·格鲁纳特博士兴奋地表示，“校准和配准在一秒内即可完成，实时检测器械位置的导航功能也已准备就绪。该系统使用起来非常直观，与GPS导航非常相似。”这种速度和直观性对于维持手术室的工作流程至关重要，并能为外科医生提供直观可靠的导航辅助工具。
另一个重要细节是该系统的用户友好性。用户界面由医生为医生开发，仅显示必要信息，从而最大限度地减少操作错误。清晰的显示逻辑的一个例子是，指示器械尖端位置的绿色十字准星与智能眼镜中显示的MRI图像完美融合。这种清晰简洁的呈现方式是该系统在手术室中被接受和成功应用的关键因素，因为它使外科医生能够专注于最重要的事情——成功完成手术。
效率与便捷：一场惠及所有人的革命
除了技术创新之外，该项目的另一个关键方面是其经济可行性以及由此带来的技术普及性。虽然适用于医院的传统导航系统在神经外科手术中通常需要花费数十万欧元，但研发团队正致力于开发价格亲民的智能眼镜。“这些眼镜的价格仅为神经外科计算机辅助导航系统的几分之一，”格鲁纳特解释道。成本的降低是使这项技术不仅能够惠及资金雄厚的医疗系统和机构，而且能够惠及资源有限的国家和地区的关键一步。技术的普及将使更多患者受益于精准且微创的神经外科治疗。
用于固定器械并实现精准定位的手柄的研发也是该项目的关键环节。在弗劳恩霍夫IWU研究所，研究人员开发了一种特殊的标记物，其几何形状和图案可被智能眼镜识别。这些标记物可以呈现多种形状，例如球体、长方体或其他形状，用于确定器械在三维空间中的位置。塑料手柄在齐陶和莱比锡采用3D打印技术制造，具有高度的灵活性和适应性，能够满足外科医生的各种需求。
临床实践之路：展望
首个解剖模型培训试点课程于2024年秋季在莱比锡大学医院（UKL）举行。这一步骤是该技术临床应用道路上的重要里程碑。团队的下一步工作重点是完成原型机的制作，该原型机随后需根据欧洲医疗器械法规（MDR）和美国食品药品监督管理局（FDA）的相关规定进行审批。目标是在大约两年内将该系统应用于患者。
基于增强现实（AR）技术的神经外科导航系统的发展不仅是一项技术进步，更是医疗实践的一次范式转变。实时图像数据、精准的器械引导和经济高效的解决方案的融合，有望从根本上改变神经外科治疗，使其更安全、更精准、更易于获取。随着这项技术的发展，未来手术室中AR智能眼镜等创新技术成为标配的愿景正一步步实现。这不仅为医生和外科医生开辟了新的前景，更重要的是，也为患者带来了新的希望，他们将受益于更高的治疗质量和更小的创伤。这项技术为神经外科的未来指明了令人振奋的方向，精准与创新在此完美融合。
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