脊柱導(dǎo)航手術(shù)臺(tái)（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

以骨科手術(shù)為例，外科醫(yī)生需要在手術(shù)過程中將相關(guān)2D圖像和3D空間結(jié)合起來(lái)進(jìn)行對(duì)比，有時(shí)難以定位較為隱蔽的病灶，導(dǎo)致術(shù)前獲得的信息與術(shù)中信息不完全匹配。

圖源：Vuzix

近些年，手術(shù)可視化系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用，而基于AR的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)開始被用于手術(shù)室，這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)時(shí)提供患者的清晰3D數(shù)字化圖像，以輔助術(shù)中導(dǎo)航和操作。

XR技術(shù)供應(yīng)商Vuzix針對(duì)美國(guó)506名外科專業(yè)醫(yī)生進(jìn)行調(diào)查，該報(bào)告顯示，高達(dá)25%的外科醫(yī)生已經(jīng)采用了AR設(shè)備，并將其無(wú)縫融入到手術(shù)流程中；31%的受訪對(duì)象表達(dá)了積極的態(tài)度，正在考慮使用AR設(shè)備。此外，有19%的外科醫(yī)生之前曾嘗試過AR技術(shù)，證明了其功效及其益處。外科逐漸關(guān)注并開始將AR技術(shù)應(yīng)用到手術(shù)領(lǐng)域。

 讓外科醫(yī)生擁有“X射線視力” 

Augmedics成立于以色列，現(xiàn)總部位于美國(guó)芝加哥，自2014年成立以來(lái)，長(zhǎng)期以來(lái)收到多家投資機(jī)構(gòu)關(guān)注，并完成多輪融資。前段時(shí)間該公司宣布完成8250萬(wàn)美元（折合人民幣近約6億）的D輪融資，這筆最新的投資使Augmedics的融資總額達(dá)到1.436億美元，但并未披露估值。

Augmedics融資情況（圖源：VR陀螺整理）

Augmedics首款產(chǎn)品“xvision Spine System”（XVS）是一種AR手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，包含AR頭顯及配套軟件，使外科醫(yī)生在復(fù)雜的手術(shù)過程中可以像擁有“X射線視覺”一樣實(shí)時(shí)觀察患者的3D解剖結(jié)構(gòu)圖像，并在脊柱手術(shù)期間準(zhǔn)確導(dǎo)航器械和植入物。

人類脊柱示意圖（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

Augmedics xvision在真正落地到手術(shù)應(yīng)用之前，曾通過5例尸體標(biāo)本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，由3名從未使用過xvision或其他AR設(shè)備的專業(yè)脊柱外科醫(yī)生進(jìn)行操作，從T6到L5總共置入120個(gè)椎弓根螺釘，術(shù)后由兩名神經(jīng)放射科醫(yī)生根據(jù)Gertzbein量表（GS）和Heary-Gertzbein量表（HGS）進(jìn)行評(píng)估分級(jí)，并與文獻(xiàn)中報(bào)告的手動(dòng)操作、手動(dòng)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航和機(jī)器人輔助計(jì)算機(jī)導(dǎo)航的置入準(zhǔn)確性進(jìn)行比較。

結(jié)果顯示，AR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體螺釘放置精度基于HGS為96.7%，基于GS為94.6%。AR輔助椎弓根螺釘置入是一種技術(shù)上可行且準(zhǔn)確的置入方法。

xvision系統(tǒng)于2019年獲FDA批準(zhǔn)后，第二年便展開落地應(yīng)用。后來(lái)有更多美國(guó)外科醫(yī)生開始使用xvision系統(tǒng)。據(jù)悉xvision目前已累計(jì)在美國(guó)21個(gè)州治療了4000多名患者，并植入了20000多個(gè)椎弓根螺釘。Augmedics表示xvision在多項(xiàng)患者研究中證明椎弓根螺釘放置的準(zhǔn)確性為97-100%。

該公司表示，將利用本次融資的資金擴(kuò)大其在美國(guó)的影響力，使xvision技術(shù)得以大規(guī)模采用。據(jù)悉，Augmedics在新一輪融資完成后，還計(jì)劃收購(gòu)Surgalign數(shù)字健康資產(chǎn)，以加深醫(yī)療領(lǐng)域的AR/AI產(chǎn)品融合，為AR脊柱手術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)一步鋪平道路。

 XVS系統(tǒng)及其操作 

搭載高速處理器，可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫視覺追蹤的xvision頭顯（圖源：Augmedics）

據(jù)了解，即便采用標(biāo)準(zhǔn)的手術(shù)可視化方法進(jìn)行脊柱手術(shù)，也可能會(huì)出現(xiàn)螺釘定位不準(zhǔn)確；螺釘錯(cuò)位導(dǎo)致患者的神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥；個(gè)別患者可能需要短期內(nèi)重新手術(shù)二次置釘?shù)惹闆r。而Augmedics推出的xvision系統(tǒng)可以滿足更多外科醫(yī)生對(duì)準(zhǔn)確定位的需求，改善手術(shù)結(jié)果。

佩戴xvision頭顯后的醫(yī)生視角（圖源：St. John's Health / YouTube）

xvision的工作流程與用于椎弓根螺釘置入的傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)類似，完成術(shù)前準(zhǔn)備及定位后，使用到O臂或C臂進(jìn)行術(shù)中CT成像，并將結(jié)果直接輸入xvision系統(tǒng)。在圖像采集過程中，外科醫(yī)生會(huì)佩戴定制的無(wú)線xvision AR頭顯，所有導(dǎo)航圖像和實(shí)時(shí)3D圖像疊加都會(huì)通過顯示器進(jìn)行可視化。

xvision系統(tǒng) 螺釘置入模擬演示（圖源：St. John's Health / YouTube）

通過AR將3D圖像疊加在患者手術(shù)區(qū)域，可以快速定位椎弓根起點(diǎn)并在橫截面成像上進(jìn)行驗(yàn)證，且用于椎弓根螺釘置入的每種器械都可以通過追蹤系統(tǒng)進(jìn)行注冊(cè)，包括手錐、絲錐、鉆頭和螺釘。

從顯示屏上查看脊柱3D模型以及橫截面成像上的實(shí)時(shí)螺釘操作路徑（圖源：國(guó)際脊柱外科雜志）

（A）3D脊柱顯示新器械和以前的椎弓根螺釘起點(diǎn)。（B）橫截面成像展示改變新置入物軌跡。（圖源：國(guó)際脊柱外科雜志）

使用xvision系統(tǒng)，可根據(jù)3D疊加和橫截面成像上的投影軌跡在皮膚上標(biāo)記理想的起點(diǎn)。椎弓根插管后，螺釘軌跡和所需的螺釘寬度和長(zhǎng)度信息可以保存并疊加到橫截面成像上，從而無(wú)需直接測(cè)量椎弓根螺釘。

幾位實(shí)際利用xvision系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)操作的脊柱外科醫(yī)生（Augustus J. Rush，Nicholas Shepard，Michael Nolte，Krzysztof Siemionow和Frank Phillips）總結(jié)了該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

“學(xué)習(xí)時(shí)間短，使用過程中姿勢(shì)自然，在手術(shù)室占地面積最?。▋H頭顯），手術(shù)工作流程中斷次數(shù)少（不超過傳統(tǒng)導(dǎo)航）。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，該技術(shù)似乎最適合輔助其他微創(chuàng)手術(shù)（例如微創(chuàng)手術(shù)椎間融合術(shù)）。在需要調(diào)整器械的情況下尤其如此，AR能夠識(shí)別現(xiàn)有器械以方便移除，并協(xié)助準(zhǔn)確放置新器械。”

 AR手術(shù)導(dǎo)航優(yōu)勢(shì)：將醫(yī)生視線聚焦在手術(shù)區(qū)域 

脊柱手術(shù)中的椎弓根螺釘置入手術(shù)（一種操作難度很大的手術(shù)）可以牢牢固定脊柱，防止背部過度伸展、彎曲或旋轉(zhuǎn)時(shí)造成傷害。通常情況下，螺釘放置不正確會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)和血管出問題，因此需要使用導(dǎo)航系統(tǒng)協(xié)助正確定位。

在手術(shù)室，外科醫(yī)生會(huì)用到手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，該設(shè)備兩側(cè)設(shè)有傳感器，通過這兩個(gè)傳感器來(lái)讀取手術(shù)工具的位置，并將它投影到術(shù)中CT的顯示屏上，外科醫(yī)生能實(shí)時(shí)查看手術(shù)工具的位置，清楚知道周圍血管神經(jīng)的解剖信息，以便減少術(shù)中血管、臟器等重要神經(jīng)的損傷。

外科醫(yī)生需要在長(zhǎng)時(shí)間的手術(shù)過程中保持專注（工作時(shí)間甚至長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)），但需要反復(fù)將視線從手術(shù)區(qū)域移開以觀察顯示屏上的影像數(shù)據(jù)，然后再回來(lái)看手術(shù)中操作的器械并確認(rèn)位置。這種視線轉(zhuǎn)移的干擾以及不可避免的注意力轉(zhuǎn)移已經(jīng)對(duì)手術(shù)中的認(rèn)知負(fù)荷和工作流程優(yōu)化產(chǎn)生了影響，一定程度上延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間。

不僅如此，現(xiàn)場(chǎng)的物體（包括醫(yī)生的手或者其他儀器）也可能遮擋導(dǎo)航攝像頭的視野，導(dǎo)致追蹤中斷。

圖源：Augmedics

通過AR設(shè)備外科醫(yī)生能夠利用AR實(shí)時(shí)獲取手術(shù)中必要的信息，包括3D解剖圖像和模型、實(shí)時(shí)醫(yī)療參考和患者信息，而無(wú)需轉(zhuǎn)移視線，抬頭看顯示屏以觀察患者實(shí)時(shí)影像，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

為了安全高效地完成脊柱手術(shù)，術(shù)中獲得良好的X射線影像十分重要。在手術(shù)過程中，若系統(tǒng)能夠保證足夠的定位精度，以此減少手術(shù)操作時(shí)間，這意味著患者和外科醫(yī)生都能減輕受到輻射暴露的影響。

迄今為止，除了脊柱手術(shù)導(dǎo)航，AR技術(shù)還被廣泛應(yīng)用于外科的各個(gè)領(lǐng)域，包括神經(jīng)外科、骨科和脊柱外科、腹腔鏡外科、肝膽外科、口腔外科等。同樣，研究人員還在其他各個(gè)領(lǐng)域探索將AR技術(shù)用于圖像引導(dǎo)手術(shù)，通過虛擬內(nèi)容增強(qiáng)手術(shù)室（OR）的功能，降低手術(shù)的復(fù)雜性。

AR中的可視化數(shù)據(jù)（圖源：MDPI）

 AR醫(yī)療落地：仍缺乏在實(shí)踐中評(píng)估AR技術(shù)的具體標(biāo)準(zhǔn) 

在過去幾十年的綜合臨床研究中，已建立的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)和許多科學(xué)平臺(tái)的性能、優(yōu)勢(shì)和功效已經(jīng)得到評(píng)估和驗(yàn)證。AR在醫(yī)療方面的優(yōu)勢(shì)在于能夠在最少甚至是無(wú)暴露的情況下獲得解剖信息，目前還未能實(shí)現(xiàn)大范圍應(yīng)用。

AR手術(shù)技術(shù)的評(píng)估指標(biāo)參考（圖源：MDPI）

現(xiàn)階段AR技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)一方面是準(zhǔn)確性，具體表現(xiàn)為圖像延遲、圖像分辨率/質(zhì)量差、不準(zhǔn)確的3D渲染、視覺疲勞（近眼顯示）等，由于使用了多個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，不確定性大幅增加。

另一方面則是安全性，患者的術(shù)后恢復(fù)期、成功率和復(fù)發(fā)率需要通過手術(shù)時(shí)間和效率來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀察。除此之外，還有采購(gòu)成本、學(xué)習(xí)成本等因素限制了AR在醫(yī)療手術(shù)輔助操作更進(jìn)一步的落地應(yīng)用。

數(shù)據(jù)和實(shí)操案例不足也是影響AR醫(yī)療技術(shù)落地的重要因素。在脊柱外科領(lǐng)域，以AR為核心的專業(yè)出版物以及相關(guān)的臨床試驗(yàn)報(bào)告和文獻(xiàn)的數(shù)量都非常少，無(wú)法更為客觀地反映AR技術(shù)的實(shí)際效用。

此外，還要考慮到醫(yī)生的情況，多數(shù)情況下外科醫(yī)生普遍擔(dān)心術(shù)中患者狀態(tài)是動(dòng)態(tài)變化的，而AR無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期操作從而導(dǎo)致醫(yī)療事故。而且在實(shí)際手術(shù)操作的情況下，AR頭顯及系統(tǒng)必須要無(wú)縫融入到醫(yī)生的工作流程中，且能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間的手術(shù)使用，并能夠連續(xù)、近乎完美地追蹤手術(shù)區(qū)域的所有細(xì)微變化，能夠在整臺(tái)手術(shù)的干預(yù)過程中清晰透明地呈現(xiàn)手術(shù)信息，交互方式需要更加靈活?，F(xiàn)階段有必要在臨床和技術(shù)層面對(duì)AR手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行更細(xì)致的評(píng)估。

AR在醫(yī)療領(lǐng)域有著巨大的潛力，Research and Markets的報(bào)告顯示：在醫(yī)療保健領(lǐng)域，一個(gè)潛力巨大的利基市場(chǎng)正在形成，AR/VR技術(shù)越來(lái)越多被應(yīng)用于醫(yī)療環(huán)境，預(yù)測(cè)大約五年后，AR/VR醫(yī)療保健市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將接近100億美元。

隨著技術(shù)的發(fā)展，上述問題有望進(jìn)一步解決，AR手術(shù)導(dǎo)航將逐步規(guī)范化，或成為外科手術(shù)中常見的輔助技術(shù)。

參考文章：

https://www.vuzix.com/blogs/vuzix-blog/how-cutting-edge-ar-technology-is-transforming-surgical-practices-across-the-unites-states

https://www.mdpi.com/2096810

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30925479/

http://www.ijssurgery.com/content/16/S2/S22

https://techcrunch.com/2023/06/27/augmedics-snaps-up-82-5m-advance-spinal-surgery-navigation-using-ar-and-ai/