真实调查:用AR辅助微创手术究竟好在哪?

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目前在医疗领域,AR主要用于术前规划和医疗/手术教学两个场景,真正用在手术辅助的成功解决方案比较少,还是以测试性试验为主,比如去年十一月,西安市儿童医院的神经外科医生曾首次在HoloLens AR眼镜的辅助下完成儿童颅内手术,或者今年4月南京市第一医院骨科也曾在HoloLens辅助下完成了一场髋关节置换手术。

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在充气手术室Igloo中进行试验

用AR来辅助手术可以看做是AR术前规划的下一步,考虑到AR可以将数字图像可视化的特性,它不仅可以让医生在手术前以3D的形式直观查看患者的医疗成像并规划手术,还能在进行手术的同时,实时查看可视化的手术步骤,或者对比术前规划图。

不过该场景目前还未得到广泛应用,同时我们也在思考,将AR用在手术辅助上是真的能提高手术效果吗?它只是锦上添花,还是在未来有望取代普通显示屏?为了探索这个问题,英国伦敦大学国王学院的科研人员展开了一项调查,内容是让72名接受调查的外科医生戴上HoloLens同时模拟微创手术,他们在HoloLens可看到“患者”的CT影像和实时的内镜视屏。

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(使用传统显示屏的手术时间是5分31秒,用HoloLens的时间为4分18秒,而OSAT分数分别为17.3和21.4,满分35)

调查结果显示,与传统手术方案相比,在AR辅助下外科医生的手术时间平均缩短73秒,而且手术熟练程度也有所提高,OSAT(客观结构化临床技能评估)分数可平均提高4.1分。

关于初衷

通常在进行这种手术过程中,外科医生需要参考实时的内镜视频,过去所使用的的是2D显示屏,缺点是医生需要在显示屏和手术台上的病人之间切换,再看过屏幕后医生难以将内经视频影响与手的位置对齐(空间定向障碍),甚至引起一系列问题,如:限制手术效果、不符合人体工学、提高医源性病人损伤的可能性等。

而AR头显方面,尽管它可以将数字影像显示在外科医生眼前,被认为是适合辅助手术的技术,但目前市面上用AR辅助内镜手术的研究还存在很多局限,因为其采用的AR头显通常一些问题,比如:缺乏对空间的感知,依然存在空间定向障碍现象,或者被连接线限制了自由移动,续航不够长,不够舒适等。总之,此前市面上并没有将HoloLens用作内镜显示屏的公开研究数据。

实验过程

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研究设计流程图

据了解,参与研究的72名外科医生分别具备不同程度的泌尿外科手术经验,包括:28名医学生(新手水平)、24名泌尿外科实习医生(中等水平)、20名腔内泌尿外科专家(专家水平),他们在实验中会戴HoloLens进行对输尿管镜检查术(尿结石摘除手术)的模拟。

在正式开始模拟实验之前,科研人员会培训所有参与者如何使用HoloLens的手势输入,还会给每个人15分钟练习时间。

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实验效果对比图

其中医学生组比较特别,为了解HoloLens效果能否超过2D显示屏,科研人员让他们先用2D屏幕进行了一次额外的模拟手术。在这个手术中,医学生需要参考距离1米远、大约呈30°倾斜的2D显示屏,完成这个模拟后他们将开始使用HoloLens进行手术。同时,为了避免医学生作为新手可能不熟练,这两个阶段的模拟均需要进行两次,也就是每个医学生总共进行4次模拟。

而实验的场地,则采用了在足够安全密封且低成本的充气式手术室“Igloo”中进行模拟实验。在模拟实验中,受调查的外科医生们操作的对象则是医疗培训假体,如Uro-Scopic、Endo-Uro等等。同时,他们将使用真实的手术工具,周围还有扮演麻醉师、流动护士、手术助力护士等角色的演员。

结果

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调查问卷结果

如前面所说,研究结果显示利用AR辅助手术可不仅能缩短平均手术时间,还能提高手术熟练程度。此外,据实验后续调查问卷结果显示,大部分受调查的外科医生认为实时的AR影像对手术起到了帮助,有95%认同或强烈认同AR不仅可以用于手术训练,也是能够应用在临床治疗的可行方案。此外,约97%受调查者认同或强烈认同AR将会在手术教学上起到作用。

同时,调查问卷结果还显示HoloLens在辅助手术上的几大优势,比如:90%认为戴着它没有不适的感受,只有少数受调查者表示感受到视觉疲惫、颈部压力、眩晕等症状,另外由于HoloLens不需要手柄,手术室的无菌环境并不会被暴露。

科研人员在论文中写到,HoloLens作为手术辅助工具受到了实验参与者的认可,调查结果显示它被视作是能替代传统内镜手术显示器的可行方案,同时它只需要手势操作,因此安全无菌的环境也得到了保障。本文系青亭网翻译自:Springer LinkPhysicsworld

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