基于双摄像头增强现实技术的导航系统，用于精准CT引导下的活检与消融手术

《CardioVascular and Interventional Radiology》：Dual-camera Augmented Reality-Based Navigation System for Precision CT-guided Biopsy and Ablation

双摄像头CT导航系统在穿刺术中的应用研究。通过在CT gantry安装正交摄像头，结合人体肝脏模型注册和自动轨迹延伸技术，对比传统自由手操作，发现双摄像头导航系统（Cam-Nav）和自动轨迹辅助系统（Path-Nav）的穿刺准确度（中位数5.3mm和5.1mm）显著优于自由手（16.7mm），角度误差分别为3.3°、2.6°和9.7°，操作时间缩短至32秒和36秒，较自由手86秒提升明显。

　　

摘要

目的

开发并评估一种基于CT的双摄像头导航系统，用于CT引导下的针刺手术中的增强现实（AR）应用。

方法

在CT机架上安装了两个正交方向的摄像头。将人体模型肝脏模拟体的位置相对于机架的信息注册到摄像头中。手术前对模拟体目标和解剖结构进行分割，并将其显示在监视器上。根据轴向和矢状方向的摄像头视角，调整针头的位置并引导其朝向目标。在实验过程中，自动针头分割技术结合矢量扩展功能帮助确定虚拟针头轨迹。四名介入放射科医生分别在三个组别（每组6人）中各进行了18次针刺操作：1. 基于双摄像头的导航（“Cam-Nav”）；2. 基于双摄像头的导航加上自动针头轨迹确定（“Path-Nav”）；3. 仅依靠CT引导的“手动”操作。测量了针头放置的准确性（针头到目标中心的最近距离）、角度误差以及从计划到最终针头位置的放置时间。

结果

使用Cam-Nav、Path-Nav和手动操作时的针头放置准确性的中位数分别为5.3毫米（四分位数范围3.8–8.3毫米）、5.1毫米（2.3–6.1毫米）和16.7毫米（7.7–26.6毫米）。角度误差分别为3.3度（2.3–4.5度）、2.6度（2.3–3.8度）和9.7度（6.1–15.3度）。Path-Nav在准确性和角度误差方面与Cam-Nav无显著差异（p=0.35，p=0.43），但中位数误差有所改善。两种基于摄像头的导航技术的准确性及角度误差均优于手动操作（所有p<0.001），并且放置时间也更短（Cam-Nav为32秒[21–45秒]，Path-Nav为36秒[26–60秒]，p=0.29，而手动操作为86秒[65–114秒]，两者均p<0.001）。

结论

基于CT的双摄像头导航系统在针头放置准确性上优于手动操作，可能为经皮针刺手术提供一种可靠、经济且快速的导航方案。

本研究属于实验性研究，无证据等级支持。

图形摘要