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武汉协和医院骨科医院完成世界上首例“混合现实技术引导下的髋部骨折手术”

时间:2017-06-29 作者:吴星火 叶哲伟



日前,武汉协和医院骨科医院叶哲伟主任医师、吴星火副教授手术组,成功为一名骨科患者病患实施了世界上首例混合现实(MR)技术引导下的髋部骨折手术



                     手术室实拍场景


患者15岁,因摔伤致左髋部骨折。入院后诊断:左股骨颈骨折。青少年股骨颈骨折相对少见,其发生率与成人相比仅为0.3%3.6%。但如果处理不当,极易发生骨折不愈合、股骨头缺血性坏死、髖内翻畸形、股骨头骨骺早闭等后遗症,因而在治疗上就需要根据青少年的特点选择比较合理手术方法。


 



所有的图像都是靠全息摄影设备实时录制,而非后期电脑合成


 


传统骨科手术,医生上述信息的获取依赖于X片、CT、磁共振等影像学检查结果,在大脑中进行再现还原。虽然目前CT三维重建已经可以重构出骨折的三维信息,但骨折和创伤周边血管神经结构关系完整精确还原再现往往非常困难。手术中完全依赖主刀医生的对解剖结构和各种变异的熟知,以及术中临场应变和对紧急情况处理的能力。因术前获取信息的不完整,手术方案的精确制定也会受到影响,手术时间因此变得不可控,存在一定安全隐患,病患术后康复效果也有可能会受到一定影响。



工程技术人员对全息摄影设备进行调试


武汉协和医院骨科医院叶哲伟主任医师、吴星火副教授手术团队,对于这名儿童股骨颈骨折患者,采用了最新的混合现实技术,清晰呈现了股骨颈骨折部位准确的全息影像,实现了CT数据的高清三维可视化。并结合混合现实(MR)技术,将实时共享的全息影像用于术前手术方案规划、术前讨论、医患沟通和术中手术引导,达到了以下几个目的:



武汉协和医院骨科医院的一名护士通过混合现实技术熟悉患者病情


1医患沟通变得更加简单、准确、顺畅,患者和家属在医生解说下360度全方位浏览自己骨折部位的3D数字复制品,对自己骨折的具体情况、手术方案有了更深刻的了解,医患沟通实现了无缝对接;



医患沟通变得更加简单、准确、顺畅


2、医生和医生之间的沟通变得更加便捷、直观,同一学科甚至不同学科的医生,通过对骨折细节信息的实时共享,为最佳治疗方案和手术方案的制定提供了有力工具,治疗方案变得更加精准、高效;



骨科医生之间通过全息图像进行实时共享沟通手术方案



全息图像可以任意旋转放大



全息图像可以任意旋转放大



全息图像显示血管的情况



全息图像显示血管的情况



全息图像显示血管变异的情况



骨科医生与ICU医生之间通过全息图像对另一例患者脊柱损伤进行实时共享沟通



医生与护士之间通过全息图像进行实时共享沟通


 


3混合现实技术的术中引导,在术中,主刀医生和助手医生通过星图,获取全息影像信息,使患者虚拟的3D数字模型与患者病灶重叠在一起,使医生拥有了全新的高维度透视手术区域的工具。使得手术的精确性和安全性均得以提升,提高了手术效率,有效缩短了手术时间,术后患者康复加快。



混合现实技术的术中引导


 



混合现实技术的术中引导


 


吴星火介绍,此次武汉协和医院骨科医院在国内率先将星图全息影像系统用于骨科临床,这一系统是世界上首个混合现实(MR)医学全息3D交互系统,拥有完全自主知识产权。对于髋部骨折患者,以混合现实技术为核心,全息呈现患者3D影像数据,指导医患沟通、手术方案规划、术前讨论和术中手术引导,目前在世界范围尚属世界首例。


 


延伸阅读


 


一、什么是混合现实(MR


混合现实(MR技术是一种图形学领域的新技术,它将计算机绘制的虚拟模型融合到使用者所看到的真实世界景象中。使用者可从计算机描绘的虚拟模型中获得额外的信息,从而对真实环境进行混合。术中用MR技术能使虚拟影像与真实解剖结构相融合和叠加,达到实时手术引导的目的。


混合现实技术以患者影像学数据复原的3D全息影像为观看对象,实现虚拟模型与真实环境完美融合在一起,可为医生提供患者病灶结构的11复原的全息模型,完整精确叠加在病患真实体位上。医生同时也可以对全息模型进行缩放,旋转,移动,改变透明度消隐等操作。系统便捷直观易用,术中可以手指对于空中的全息模型进行操作。


二、混合现实技术对手术的帮助


基于混合现实的手术引导的应用给外科手术带来了极大的便利,以前医生无法在手术中一边看人体组织的3D显示,一边将3d显示与病患真实的解剖部位进行对应。混合现实技术可以在外科医生不充分开口的情况下掌握病人的内部信息,并叠加显示在虚拟的物理空间上,实现精准的手术治疗方案制定。全息影像即时生成,根据病患影像学数据构造,跨地域和时间,共享病患直观的完整的全息信息,有利于医生术前手术计划和各学科专家实时会诊,有利于提供精准医疗方案。


将全息影像模型移到病患体位或者叠加在病患病灶结构上,虚实融合,保证了创伤最小的基础上的病灶结构的最大化暴露,有透明组织器官的效果。


混合现实技术术中引导为医生提供看病灶结构的完整新视野,减少医生凭经验看二维信息在自己头脑转化三维影像,实际与患者客观组织结构有偏差的过程,可大幅缩短手术时间。越复杂越危险的手术,时间缩短的越明显。全息影像减少了对于经验和医生空间想象力的依赖。不仅仅提高手术精准度和安全性,病患康复时间和生命质量也会大幅提升。


三、星图全息影像系统


此次手术使用的星图全息影像系统,是世界上首家混合现实(MR)医学全息3D交互系统,由北京维卓致远公司研发,拥有完全自主知识产权。混合现实技术(MR)通过在虚拟环境中引入现实场景信息,在虚拟世界,现实世界和用户之间搭起了一个交互反馈的信息回路,以增强用户体验的真实感。MR的关键是与现实世界进行交互和信息的及时获取与真实世界,虚拟模型,用户之间的无缝互动。星图全息影像系统目前代表了混合现实数字技术与临床医学有机融合的世界顶尖水平。


通过对于全息影像术中任意移动旋转改变大小解剖结构拆分,改变颜色和消隐及透明度变化,可以切片,测量长度,做记录及标注,同时对于多个全息模型做对比等操作。有利于更快速安全精准手术指导。


同时由于星图全息影像系统直观完整简单易用,加速了年轻医生的成长,通过一两年的手术实践能够达到十多年传统专家在病患身上实验成长的经验。有利于医院人才梯队的建设。据悉,目前全球最高端的美国医学院校也开始引进星图系列产品用于临床和医学教育。





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