脊柱導航手術臺（圖源：網絡）

以骨科手術為例，外科醫(yī)生需要在手術過程中將相關2D圖像和3D空間結合起來進行對比，有時難以定位較為隱蔽的病灶，導致術前獲得的信息與術中信息不完全匹配。

圖源：Vuzix

近些年，手術可視化系統(tǒng)得到普遍應用，而基于AR的手術導航系統(tǒng)開始被用于手術室，這項技術可以實時提供患者的清晰3D數字化圖像，以輔助術中導航和操作。

XR技術供應商Vuzix針對美國506名外科專業(yè)醫(yī)生進行調查，該報告顯示，高達25%的外科醫(yī)生已經采用了AR設備，并將其無縫融入到手術流程中；31%的受訪對象表達了積極的態(tài)度，正在考慮使用AR設備。此外，有19%的外科醫(yī)生之前曾嘗試過AR技術，證明了其功效及其益處。外科逐漸關注并開始將AR技術應用到手術領域。

 讓外科醫(yī)生擁有“X射線視力” 

Augmedics成立于以色列，現總部位于美國芝加哥，自2014年成立以來，長期以來收到多家投資機構關注，并完成多輪融資。前段時間該公司宣布完成8250萬美元（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首款產品“xvision Spine System”（XVS）是一種AR手術導航系統(tǒng)，包含AR頭顯及配套軟件，使外科醫(yī)生在復雜的手術過程中可以像擁有“X射線視覺”一樣實時觀察患者的3D解剖結構圖像，并在脊柱手術期間準確導航器械和植入物。

人類脊柱示意圖（圖源：網絡）

Augmedics xvision在真正落地到手術應用之前，曾通過5例尸體標本進行實驗研究，由3名從未使用過xvision或其他AR設備的專業(yè)脊柱外科醫(yī)生進行操作，從T6到L5總共置入120個椎弓根螺釘，術后由兩名神經放射科醫(yī)生根據Gertzbein量表（GS）和Heary-Gertzbein量表（HGS）進行評估分級，并與文獻中報告的手動操作、手動計算機導航和機器人輔助計算機導航的置入準確性進行比較。

結果顯示，AR系統(tǒng)實現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上可行且準確的置入方法。

xvision系統(tǒng)于2019年獲FDA批準后，第二年便展開落地應用。后來有更多美國外科醫(yī)生開始使用xvision系統(tǒng)。據悉xvision目前已累計在美國21個州治療了4000多名患者，并植入了20000多個椎弓根螺釘。Augmedics表示xvision在多項患者研究中證明椎弓根螺釘放置的準確性為97-100%。

該公司表示，將利用本次融資的資金擴大其在美國的影響力，使xvision技術得以大規(guī)模采用。據悉，Augmedics在新一輪融資完成后，還計劃收購Surgalign數字健康資產，以加深醫(yī)療領域的AR/AI產品融合，為AR脊柱手術領域的發(fā)展進一步鋪平道路。

 XVS系統(tǒng)及其操作 

搭載高速處理器，可實現無縫視覺追蹤的xvision頭顯（圖源：Augmedics）

據了解，即便采用標準的手術可視化方法進行脊柱手術，也可能會出現螺釘定位不準確；螺釘錯位導致患者的神經系統(tǒng)并發(fā)癥；個別患者可能需要短期內重新手術二次置釘等情況。而Augmedics推出的xvision系統(tǒng)可以滿足更多外科醫(yī)生對準確定位的需求，改善手術結果。

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)導航技術類似，完成術前準備及定位后，使用到O臂或C臂進行術中CT成像，并將結果直接輸入xvision系統(tǒng)。在圖像采集過程中，外科醫(yī)生會佩戴定制的無線xvision AR頭顯，所有導航圖像和實時3D圖像疊加都會通過顯示器進行可視化。

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區(qū)域，可以快速定位椎弓根起點并在橫截面成像上進行驗證，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)進行注冊，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時螺釘操作路徑（圖源：國際脊柱外科雜志）

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

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

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

“學習時間短，使用過程中姿勢自然，在手術室占地面積最?。▋H頭顯），手術工作流程中斷次數少（不超過傳統(tǒng)導航）。根據我們的經驗，該技術似乎最適合輔助其他微創(chuàng)手術（例如微創(chuàng)手術椎間融合術）。在需要調整器械的情況下尤其如此，AR能夠識別現有器械以方便移除，并協(xié)助準確放置新器械。”

 AR手術導航優(yōu)勢：將醫(yī)生視線聚焦在手術區(qū)域 

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

在手術室，外科醫(yī)生會用到手術導航系統(tǒng)，該設備兩側設有傳感器，通過這兩個傳感器來讀取手術工具的位置，并將它投影到術中CT的顯示屏上，外科醫(yī)生能實時查看手術工具的位置，清楚知道周圍血管神經的解剖信息，以便減少術中血管、臟器等重要神經的損傷。

外科醫(yī)生需要在長時間的手術過程中保持專注（工作時間甚至長達12小時），但需要反復將視線從手術區(qū)域移開以觀察顯示屏上的影像數據，然后再回來看手術中操作的器械并確認位置。這種視線轉移的干擾以及不可避免的注意力轉移已經對手術中的認知負荷和工作流程優(yōu)化產生了影響，一定程度上延長了手術時間。

不僅如此，現場的物體（包括醫(yī)生的手或者其他儀器）也可能遮擋導航攝像頭的視野，導致追蹤中斷。

圖源：Augmedics

通過AR設備外科醫(yī)生能夠利用AR實時獲取手術中必要的信息，包括3D解剖圖像和模型、實時醫(yī)療參考和患者信息，而無需轉移視線，抬頭看顯示屏以觀察患者實時影像，降低手術風險。

為了安全高效地完成脊柱手術，術中獲得良好的X射線影像十分重要。在手術過程中，若系統(tǒng)能夠保證足夠的定位精度，以此減少手術操作時間，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，除了脊柱手術導航，AR技術還被廣泛應用于外科的各個領域，包括神經外科、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領域探索將AR技術用于圖像引導手術，通過虛擬內容增強手術室（OR）的功能，降低手術的復雜性。

AR中的可視化數據（圖源：MDPI）

 AR醫(yī)療落地：仍缺乏在實踐中評估AR技術的具體標準 

在過去幾十年的綜合臨床研究中，已建立的手術機器人系統(tǒng)和許多科學平臺的性能、優(yōu)勢和功效已經得到評估和驗證。AR在醫(yī)療方面的優(yōu)勢在于能夠在最少甚至是無暴露的情況下獲得解剖信息，目前還未能實現大范圍應用。

AR手術技術的評估指標參考（圖源：MDPI）

現階段AR技術面臨的挑戰(zhàn)一方面是準確性，具體表現為圖像延遲、圖像分辨率/質量差、不準確的3D渲染、視覺疲勞（近眼顯示）等，由于使用了多個復雜的系統(tǒng)，不確定性大幅增加。

另一方面則是安全性，患者的術后恢復期、成功率和復發(fā)率需要通過手術時間和效率來進行長時間觀察。除此之外，還有采購成本、學習成本等因素限制了AR在醫(yī)療手術輔助操作更進一步的落地應用。

數據和實操案例不足也是影響AR醫(yī)療技術落地的重要因素。在脊柱外科領域，以AR為核心的專業(yè)出版物以及相關的臨床試驗報告和文獻的數量都非常少，無法更為客觀地反映AR技術的實際效用。

此外，還要考慮到醫(yī)生的情況，多數情況下外科醫(yī)生普遍擔心術中患者狀態(tài)是動態(tài)變化的，而AR無法實現預期操作從而導致醫(yī)療事故。而且在實際手術操作的情況下，AR頭顯及系統(tǒng)必須要無縫融入到醫(yī)生的工作流程中，且能夠滿足長時間的手術使用，并能夠連續(xù)、近乎完美地追蹤手術區(qū)域的所有細微變化，能夠在整臺手術的干預過程中清晰透明地呈現手術信息，交互方式需要更加靈活?，F階段有必要在臨床和技術層面對AR手術導航系統(tǒng)進行更細致的評估。

AR在醫(yī)療領域有著巨大的潛力，Research and Markets的報告顯示：在醫(yī)療保健領域，一個潛力巨大的利基市場正在形成，AR/VR技術越來越多被應用于醫(yī)療環(huán)境，預測大約五年后，AR/VR醫(yī)療保健市場規(guī)模預計將接近100億美元。

隨著技術的發(fā)展，上述問題有望進一步解決，AR手術導航將逐步規(guī)范化，或成為外科手術中常見的輔助技術。

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/