增强现实技术辅助外科治疗如何创新医疗器械行业

本文将从基本要素、技术基本原理、销售市场状况、重点企业和标志性商品等方面进行展示，并探讨其未来发展趋势。借助XVS系统软件，外科医生可以看到手术工具在皮肤和机构下的即时位置和运动轨迹，导航患者身体的导航条，从而使手术治疗更加轻松、方便和安全。

近日，荷兰PixeeMedical针对膝关节置换的增强现实(AR)网站导航膝+获得CE认证，是首个获准在全膝关节置换中应用AR的脑外科网站导航。像这种增强现实技术一样，它在手术导航条中的应用在世界范围内发展迅速。增强现实技术辅助外科治疗技术对于术前整体规划、术中正确引导和术后恢复具有关键的现实意义。本文将从基本要素、技术基本原理、销售市场状况、重点企业和标志性商品等方面进行展示，并探讨其未来发展趋势。

一、基本概念

1.增强现实技术（AR）

增强现实（AR）是将计算机求解的虚拟实体模型图像积累到实际场景中，并对实际场景进行改进的技术。它提高了人们对周围真实世界的认知，将模拟场景、物体和相关信息提示(如噪音、视频、图形或GPS数据信息)融入到实际场景中，从而提高实际效果。增强现实(AR)技术的基础科学是人工智能算法(computervision)。它使用显示屏、数码相机和AD536ASD传感器等特殊工具将电子信息积累到现实世界中。

2.手术治疗导航系统

手术治疗导航条是一种技术性的东西，它将手术治疗前或手术过程中患者的影像资料与患者的解剖结构进行精确匹配，并以虚拟探头的方式跟踪设备，自动更新其在患者影像中的位置。手术治疗导航条让医生一目了然的看到设备的各个部件，使得手术治疗更快捷、更准确、更安全。经过多年的发展趋势，手术治疗导航条已经成为脑外科的标准，在其他行业也逐渐流行起来。目前国外手术治疗的导航栏销售市场，每年进行手术治疗578375例，预计到2025年将增加到718224例。在国外，外科治疗导航条是脑外科最常见的，约占病历总数的43.3%；全膝关节置换术(TKA)是欧洲最常见的手术。

二、技术的基本原理。

增强现实技术手术网站导航包括三个关键点:虚拟图像或自然环境模型、虚拟仪器与真实室内空间配准、虚拟仪器与真实自然环境融合的光电技术。

1、虚拟形象或自然环境模型。

增强现实系统软件利用CT或MRI块成像及其心血管造影中解剖结构中间色调或纹理的差异，在计算机中重建表层下的整体目标。非真实3D渲染或翻转的实际技术性可以提高数据可视化和深度认知。

2.虚拟机与实际室内空间的注册。

注册可以根据各种形式进行，机械设备的位置和姿态可以根据框架技术三维卡特尔坐标系软件清晰可视化。

3.虚拟机与真实自然环境相结合的光电技术。

光电技术理论上可分为头戴式显示器(HMD)、增强型外接显示器、增强型光学系统、增强型对话显示器和图像投影。HMD的应用不仅可以覆盖客户视线下真实世界的虚拟机(电光视角)，还可以覆盖真实自然环境中的视频源(视频视角)。改进显示屏是一个简单的单显示屏，从现实世界中显示视频上的虚拟内容。电子光学改进是指立即改进体视显微镜或双筒观察镜的目镜。对话框的改进表明，在手术治疗位置上立即放置一个透明的显示屏，允许实际物体上的显示屏立即指示虚拟目标。可以用投影仪将虚拟机立即投影到患者身上。

三、销售市场情况。

增强现实技术(AR)在诊疗市场的应用有了很大提升，预计复合增长率为33.36%，其价值预计将从2018年的6.27亿美元增长到2024年的34.97亿美元。由于AR技术的广泛应用，医生越来越重视它，从评估手术准备到微创手术治疗和康复。此外，根据ResearchandMarkets的数据，预计到2025年，全球外科治疗影像的市场容量将达到17亿美元，在预测分析期内将以5.4%的复合增长率增长。增强现实技术(AR)在医疗保健行业的新功效和集成改善了外科手术的工作体验。实时数据可视化服务平台的快速发展趋势也产生了更强的外科治疗。此外，政府资产的改善、膝关节损伤发生率的增加和老年人口的扩大是推动全球通用视频销售市场改善的关键因素。根据应用软件，细分市场为脑外科、普外科及烧伤整形外科、心血管及毛细血管普外科、胸外科等普外科。

四、重点企业和标志性商品。

1.PixeeMedicalEnterprise的Knee+系统软件。

PixeeMedical于2017年10月在荷兰成立。公司的目标是利用当前优秀的人工智能算法和人工智能技术，打造优秀的性能辅助设计外科治疗解决方案，在有趣的自然环境中保持高质量、低价格。膝+刚刚获得了增强现实技术膝关节置换导航条的CE认证。这是第一个在全膝关节置换术中使用增强现实技术的脑外科网站导航。在这个阶段，美国食品和药物管理局对系统软件的510(k)许可已经被寻求。

Knee+发明专利结合了独特的人工智能算法和深度神经网络优化算法，可以与现有的AR眼镜配合使用，在整个手术过程中跟踪器械和假体。安装在智能眼镜中的导航仪与高压反应釜中带有灭菌标志的缩小规格MIS设备集成在一起。大小和筋的平衡可以很快融入到商业产品中。膝关节+作为笨重昂贵的智能机器人系统软件的替代品，应用方便，经济发展合理，无需术前DICOM或一次性机械设备。很有可能在未来的肩关节脱位和髋关节手术中引入该应用。

2.Augmedics企业的XVisionSpine系统软件。

Augmedics成立于2014年，是一家专注于通用医疗技术开发和设计的企业。第一个产品xvision-spine(XVS)系统软件是用于外科治疗网站导航的增强现实技术。借助XVS系统软件，外科医生可以看到手术工具在皮肤和机构下的即时位置和运动轨迹，导航患者身体的导航条，从而使手术治疗更加轻松、方便和安全。XVS公司使用获得专利的透视光电元件，以外科手术的精确度和出色的深度认知，将三维图形及其轴向直径和矢状平面投影到外科医生的眼底黄斑上。

XVS系统软件包含一个完全透明的近眼显示耳机，并具有传统网站导航的所有元素。它可以立即准确地识别手术工具的位置，并将它们累积在患者的计算机断层扫描数据上。然后，通过使用全透明近眼显示耳机将导航条数据信息投影到外科医生的眼底黄斑上，使得外科医生可以凝视患者并查询导航条数据信息，而无需将他的眼睛移动到遥控显示屏上。纽约拉什大学研究中心进行的一项科学研究发现，XVision可以将外科医生的准确率提高到令人印象深刻的98.9%。整个系统软件的精度约为1.4mm，低于英国FDA规定的2mm。

3.VOSTARS视频电子光学透视增强现实技术外科治疗系统软件。

东方之星是“黎明明时2020计划”资助的自主创新项目。欧洲生物学家研发设计的增强现实(增广现实)手术防护眼镜，可以一次性看到X射线图像和所有重要数据信息与解剖结构一起三维积累，随意移动。VOSTARS视频电子光学透视增强现实技术手术系统软件将患者的麻醉数据信息、心跳、体温、心率和心跳频率方便地显示在全科医生的视线内。手术治疗的准确性将得到显著提高，手术时间将减少(每三小时手术治疗可节省20分钟)，麻醉下的时间和所有手术治疗所涉及的费用也将减少。项目实施计划是2022年完成量产。

该系统的软件集成了当前两种增强现实技术:视频透视(VST)和电子光学透视(OST)。独立应用VST和OST不适合手术治疗活着的病人。OST系统软件如MicrosoftHololens，利用透明的镜面玻璃，根据电子计算机在客户视线上形成的图像积累，向客户展示地理环境的即时主视图。根据封闭的头戴式显示器(HMD)及其立体监控摄像头和显示屏，VST的系统软件(如占领互联网)将客户吞没在虚幻的世界中。

4.TrueVision®3DSurgical手术系统软件。

TrueVision®3DSurgical外科是全球3D数据可视化的管理者，是显微外科的方向。Truevision成立于2003年，总部位于英国佛罗里达州的圣巴巴拉。Truevision根据自主开发的三维数据可视化服务平台，辅助医生进行显微手术。企业开发设计的智能、实时、三维数据可视化手术治疗及辅助设计专项指导服务平台已获专利。

系统软件使外科医生能够通过3D的方式对整个手术过程进行视频记录，并通过流媒体服务器的方式开发出现场手术视频室，使其成为一种全新的升级学习工具。企业研发设计的微创外科治疗三维具体指导与应用，可以提高外科治疗的效率和对患者的治疗效果。该系统软件可用于微创外科、骨科、精神科，可与各种应用平台集成，也可在部分服务平台与机器人手术集成。全世界数百家受欢迎的医院和组织都在使用该系统软件。

五、探讨增强现实(AR)外科治疗网站导航的未来发展趋势。

增强现实技术在临床医学外科的应用跨越了电子信息科学、人工智能算法、传感器、通信、临床医学专业、人机工程学等多个学科，技术覆盖面广。从下面的增强现实(AR)辅助手术治疗路线的地图可以看出，未来跟踪技术和图像处理将更加重视具有深度神经网络的智能技术，显示屏和传感器将更加重视与内脏器官长宽比的技术关系，如眼底黄斑显示屏和人机对战互依技术。

此外，增强现实技术辅助外科治疗的发展趋势也存在挑战和障碍。例如，对于一些光电技术来说，将三维虚拟物体显示为现实世界的图像是有挑战性的；虚拟机和真实自然环境之间的数据同步是所有AR系统软件面临的另一个挑战，尤其是快速的视角转换；在手术治疗的整个过程中，有些情况下，影像复合必须由技术专业的电子计算机精英团队实施；增强现实技术手术网站导航与相关机械设备和解决方案的兼容模式和互操作性有待提高；数据信息隐私保护问题等。

总结一下。

医用外科治疗导航条是增强现实技术的关键应用之一。在图像正确引导外科治疗的时期，增强现实技术意味着将正确的引导系统软件集成到外科治疗工作中的下一个前沿。随着光电技术和交互模式的快速发展趋势，增强现实技术在当代普通临床中的功效可能会越来越大。