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光學工程
基于AR技術的手術面罩將極大削減手術時間

目前,歐洲科學家正在結合采用新型光子學技術,研究一種新型增強現實面罩以提高手術的準確性。該系統能夠在病人進行X光檢測時同時顯示麻醉和醫療數據,因此外科醫生在手術期間無需轉移目光。研究人員表示該方法能夠為每3個小時的手術時間減少20分鐘。

該VOSTARS(視頻型光學透射式增強現實手術系統)醫療面罩是一種頭盔式顯示系統,能夠為手術醫生直接呈現麻醉數據和患者的生命體征,包括心率、體溫、血壓、呼吸頻率等。

自1990年代以來,基于“增強現實”技術的手術治療方式在學術和工業研究中一直被廣泛討論,但其作為一種能夠提供患者數據和醫生直觀感知的工具尚未被廣泛實施。

VOSTARS創新的關鍵在于,體積小巧且亮度高的微型顯示器、LED光波導和微型投影儀等光學組件能夠為手術醫生呈現2D的X射線圖像。


患者和重要醫療數據的同時觀測

項目助理Vincenzo Ferrari博士是比薩大學信息工程系的生物醫學工程研究員,他評論道:“我們打算利用該人體工程學面罩提供手術所有所需的信息,從而現實手術效率的改善。主要目標是減少手術時間,麻醉消耗時間以及手術各類成本。”

VOSTARS系統的工作原理是:首先通過頭盔攝像頭捕捉手術醫生看到的場景,然后將現實圖像與從CT、MRI或3D掃描采集到的患者醫療圖像進行合并或增強。

VOSTARS系統的中央處理器使用了目前可用于外科手術導航的最先進的注冊技術,能夠在面罩儀表板上為外科醫生提供實時混合圖像。

混合圖像

Ferrari博士補充表示:“除了在小型GPS屏幕上顯示相關信息,我們還將重要的患者數據實時集成到手術面罩上。因此臨床醫生可以在看到患者狀態、混合X光圖像和重要數據的同時自由活動。”


手術時間可削減11%

目前VOSTARS科學家正對兩種現存的面罩方法進行新型混合研究,實現視頻透射式(VST)系統特性和光學透視式(OST)頭戴顯示設備的結合。

可穿戴AR系統方面的工程師和專家Fabrizio Cutolo認為,VST和OST均不適合單獨用于患者手術。他表示:“在對真實患者手術時,將OST和VST的優勢結合能夠獲得一種混合設備。”

在光學透射式系統中,如微軟全息透鏡,通過使用半透明反射鏡能將計算機生成圖像疊加在用戶的視野范圍內,因此用戶能夠直接看到周圍環境。

Cutolo補充表示:“例如手術這樣的重要場合,手術醫生需要OST系統的自然感覺,同時還要VST系統的流體作用。因此相比于對現有技術進行擴展,我們將從頭做起,開發一種全新設備。”

該項目為期三年,目前已經進行了三個月,VOSTARS團隊計劃在2018年5月完成混合設備的工作原理樣機。樣機完成后將對頭部包括頜面部(下巴和臉)、神經外科、耳鼻喉科和整形手術進行初步試驗,2020年有望完成原型機,2022年實現大規模生產。

目前,VOSTARS項目已通過歐盟光子學公司伙伴關系,從地平線2020計劃獲得3,816,440歐元的資助,并由意大利比薩大學的信息工程系和計算機輔助手術的EndoCAS中心聯合實施。


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