基于视觉标记的增强现实技术在微创手术术中超声中的应用：提升外科医生视觉工作流效率的创新研究

《Surgical Endoscopy》：Visual marker-based augmented reality for intraoperative ultrasound in minimally invasive surgery

为解决微创肝胆胰手术中外科医生需在腹腔镜显示器与超声监视器间频繁切换视线导致的注意力分散问题，研究人员开发了基于视觉标记追踪的增强现实系统Flag AR，将实时超声图像叠加至腹腔镜视野。研究发现Flag AR显著减少了视线切换次数(1.8 vs 8.4次)并提高了单显示器注视时间(97.9% vs 73.8%)，为复杂手术提供了更直观的空间可视化解决方案。

　　

在微创肝胆胰手术领域，外科医生面临着一个独特的视觉挑战：他们需要同时在腹腔镜显示器和独立的超声监视器之间频繁切换视线，以获取器官表面和内部结构的综合信息。这种视觉注意力的分散不仅降低了手术效率，还可能影响术中对关键解剖结构的空间判断。特别是对于肝脏、胰腺等实质性器官的手术，肿瘤和血管结构深藏于器官实质内，无法通过常规腹腔镜观察直接可视，使得术中超声(IOUS)成为不可或缺的导航工具。

传统的术中超声应用在微创环境中存在明显局限性。外科医生必须不断将视线从手术区域转移到单独的超声显示器，这种视觉中断破坏了手术流程的连续性，增加了认知负荷。更复杂的是，专为微创手术设计的迷你超声探头存在接触不稳定、扫描角度有限等问题，进一步影响了成像质量和可靠性。

针对这些挑战，东京大学的研究团队开发了一项创新技术——Flag AR系统，该技术首次在临床实践中实现了纯视觉标记为基础的增强现实超声叠加。这项发表于《Surgical Endoscopy》的研究，通过前瞻性观察研究设计，验证了这一系统在真实手术环境中的实用性和优势。

研究人员采用了几项关键技术方法开展本研究。他们开发了新型腹腔镜线性超声探头L43LAP，在探头尖端集成了13个独特图案的视觉标记系统；利用增强现实追踪技术，通过实时处理腹腔镜视频流识别这些标记，计算探头尖端的位置和方向；采用透视投影变换算法，将超声图像以1:1比例精确叠加到腹腔镜视野中；使用Tobii Pro Glasses 3眼动追踪系统定量分析外科医生的视觉行为模式；研究纳入了14例接受微创肝胆胰手术的患者，由三位经验丰富的外科医生对26个解剖靶点进行识别任务比较。

研究结果

患者特征：最终纳入分析的14例患者中位年龄68岁，50%为女性。79%的手术采用腹腔镜途径，21%为机器人辅助手术。手术类型包括肝切除(43%)、胆囊切除(29%)、胰腺切除(14%)和分期腹腔镜(14%)。

靶点识别：研究评估了26个解剖靶点，包括肝肿瘤(13个)、胆囊肿瘤(4个)、血管结构(9个)等。为减少记忆偏差影响，约半数靶点先使用Flag AR检查，另一半先使用传统术中超声。

眼动追踪分析：Flag AR显著减少了视线切换次数(1.8次 vs 8.4次，P<0.001)，并将单监视器注视时间从73.8%提高至97.9%(P<0.001)。尽管任务完成时间无显著差异(23.8秒 vs 22.1秒，P=0.351)，但视觉工作流效率得到明显改善。

讨论与结论

Flag AR技术代表了术中成像领域的重要创新，它首次实现了纯视觉标记为基础的超声叠加技术，无需复杂电磁场发生器或笨重的位置传感器，避免了电磁干扰问题，提高了系统便携性和适应性。该技术通过创建内窥镜视野与底层解剖结构之间的直接视觉连接，显著改善了外科医生对器官表面与内部结构空间关系的理解。

尽管当前系统存在一定局限性，如仅支持灰度超声图像叠加、探头机械设计限制对某些深部靶点的可达性等，但研究证实了其在改善外科医生视觉工作流效率方面的明确价值。未来研究方向包括开展更大规模的多中心研究、整合彩色多普勒或对比增强超声等先进成像模式，以及开发人工智能算法实现自动靶点识别和手术引导。

Flag AR系统为微创肝胆胰手术提供了一种创新的视觉解决方案，通过减少视觉注意力分散和增强空间可视化能力，有望在复杂手术环境中降低认知负荷，提高手术精确度和安全性。这项技术不仅展示了增强现实在手术导航中的实际应用价值，也为未来智能手术系统的发展指明了方向。