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增强现实技术及在外科中的应用

汇报人：

2024-01-27

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目录

引言

增强现实技术原理与设备

在外科手术中辅助定位与导航

在手术培训中模拟仿真与评估

在远程医疗中协助诊断与治疗

总结与展望

引言

01

增强现实（AugmentedReality，AR）技术是一种将虚拟信息融合到真实世界中的技术，通过计算机生成的元素如文字、图像、3D模型、视频等与真实环境相结合，增强用户对现实世界的感知。

AR技术的发展经历了多个阶段，包括早期基于标记的AR、基于传感器的AR以及现在基于深度学习和计算机视觉技术的AR，其应用场景和效果不断提升。

外科领域作为医学领域的重要分支，一直面临着手术难度大、风险高、医生培养周期长等挑战。

随着医疗技术的不断发展，外科手术逐渐向微创、精准、智能化方向发展，但同时也带来了新的挑战，如手术导航、实时信息获取、医生操作技能培训等问题。

AR技术可以为外科医生提供更为直观、准确的手术导航和信息展示，降低手术难度和风险。

AR技术还可以用于医学教育和培训中，通过模拟真实的手术场景和操作过程，提高医生的操作技能和经验。

此外，AR技术还可以用于手术前的规划和手术后的评估中，为医生提供更为全面和客观的信息支持，提高手术效果和患者满意度。

增强现实技术原理与设备

02

通过计算机生成的元素（如文字、图像、3D模型、视频等）与真实环境中的对象进行实时叠加。

利用摄像头、传感器等设备捕捉现实场景，并通过计算机进行处理和增强，最终将增强后的信息呈现给用户。

增强现实（AugmentedReality，AR）技术是一种将虚拟信息融合到真实世界中的技术。

显示设备

跟踪注册设备

处理设备

交互设备

如头戴式显示器、智能眼镜等，用于将虚拟信息呈现给用户，同时保持对现实世界的观察。

如计算机、智能手机等，负责处理虚拟信息的生成、渲染以及与真实环境的融合。

如摄像头、传感器等，用于捕捉用户的头部、手部等运动信息，实现虚拟信息与真实环境的精确对齐。

如手柄、触控屏等，提供用户与虚拟信息进行交互的接口。

进行系统设置和校准

对增强现实系统进行必要的设置和校准，确保虚拟信息与真实环境的准确对齐。

选择合适的设备和工具

根据应用场景和需求，选择适合的增强现实设备和工具。

确定应用场景和需求

明确增强现实技术在外科中的应用目标和具体需求。

呈现虚拟信息并观察效果

将虚拟信息呈现给用户，并观察其在真实环境中的效果，根据需要进行调整和优化。

评估反馈并改进方案

收集用户反馈和评估结果，对增强现实方案进行改进和优化，提高应用效果和用户满意度。

在外科手术中辅助定位与导航

03

基于影像的定位技术

利用CT、MRI等医学影像数据，通过三维重建和配准技术，实现手术器械和病灶的精准定位。

基于光学跟踪的定位技术

利用红外光、激光等光学信号，通过捕捉手术器械上的标记点，实现实时、高精度的定位。

混合定位技术

结合影像定位和光学跟踪定位的优势，提高定位的准确性和稳定性。

1

2

3

包括显示屏、跟踪器、传感器等硬件设备的选型和配置，确保导航系统的稳定性和可靠性。

导航系统硬件设计

开发导航软件，实现医学影像数据的处理、三维重建、配准、定位等功能，同时优化用户界面，提高易用性。

导航系统软件设计

将硬件和软件系统集成在一起，进行全面的测试和验证，确保导航系统的准确性和安全性。

导航系统集成与测试

病例介绍

01

患者因肝脏肿瘤需进行肝脏切除术，手术风险高，需精准定位肿瘤位置和手术切除范围。

导航技术应用

02

利用增强现实导航技术，将患者的CT数据与手术现场实时融合，精准定位肿瘤位置和手术切除范围，提高手术的安全性和准确性。

手术效果评估

03

术后对患者进行复查和评估，结果显示肿瘤被完全切除，手术效果良好，未出现并发症。同时，导航技术的应用缩短了手术时间，减少了患者的痛苦和恢复时间。

在手术培训中模拟仿真与评估

04

03

生理反应模拟

根据手术操作对虚拟患者的生理参数进行实时模拟和调整，如心率、血压、呼吸等，以提供真实的手术体验。

01

虚拟手术场景构建

通过三维建模技术，构建高度真实的虚拟手术场景，包括手术室环境、手术器械、患者模型等。

02

手术过程模拟

利用物理引擎和人工智能技术，模拟手术过程中的各种操作和交互，如切割、缝合、止血等。

采用模块化设计，将虚拟手术场景、手术过程模拟、生理反应模拟等功能模块进行集成，构建完整的手术培训系统。

系统架构设计

支持多种交互设备，如虚拟现实头盔、数据手套、力反馈设备等，以提供沉浸式的手术操作体验。

交互设备支持

针对不同外科手术类型和难度等级，设计相应的培训课程和考核标准，以满足不同层次的培训需求。

培训课程设计

通过三维建模技术，构建高度真实的腹腔镜手术场景，包括腹腔镜设备、