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为解决经皮介入手术中精准导航难题，研究人员开展 “集成针引导的智能手机增强现实（AR）应用在体模中的准确性评估” 研究。结果显示该应用能精准规划路径、提高穿刺准确性，且不受操作者经验影响，为经皮介入提供新的低成本引导技术。
在医疗领域，精准操作一直是提高治疗效果、保障患者安全的关键。经皮介入手术作为一种常见的微创手术方式，能够在不开刀的情况下对体内病变进行诊断和治疗，具有创伤小、恢复快等诸多优势，深受患者和医生的青睐。然而，这类手术却面临着一个棘手的问题：如何在复杂的人体结构中，准确地将穿刺针引导到目标位置。传统的徒手穿刺方式，高度依赖医生的经验和技术水平，即使是经验丰富的医生，也难以保证每次穿刺都精准无误，这就导致穿刺误差较大，不仅可能影响治疗效果，还可能给患者带来不必要的痛苦和风险。
在这样的背景下，增强现实（AR）技术逐渐进入了医学领域的视野。AR 技术就像是给医生戴上了一副 “透视眼镜”，它可以将虚拟的医学信息，如医学扫描图像、临床数据等，叠加在真实的患者身体或医生的视野上，让医生能够更直观、清晰地看到体内的结构和病变位置，从而提高手术的可视化程度和操作的准确性。但是，早期的 AR 应用在医疗实践中也存在一些不足。比如，使用头戴式设备虽然能实现无接触操作，但成本高昂，长时间佩戴还会让医生感到不适，出现眼疲劳、眩晕等症状，影响手术操作。而智能手机作为一种普及度极高的设备，具备强大的计算能力和丰富的传感器，为 AR 技术的应用提供了新的可能。不过，用智能手机进行 AR 引导时，操作的人体工程学问题又成了新的挑战，例如单手操作智能手机和穿刺针时，难以保证稳定和精准。
为了解决这些问题，美国国立卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）临床中心介入肿瘤学中心、放射学和成像科学中心等机构的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们致力于开发一种集成针引导的智能手机 AR 应用，并在体模实验中对其进行了深入研究，相关成果发表在《CardioVascular and Interventional Radiology》杂志上。
研究人员采用了一系列先进的技术方法。首先，设计并 3D 打印了一款适配 iPhone 14 Pro 的智能手机保护套，上面集成了无菌、经 FDA 批准且可一次性使用的针引导装置（Verza needle guide）。然后，基于 Unity 平台开发了用于经皮介入的 AR 应用程序。该应用利用智能手机的摄像头、内置陀螺仪和惯性测量单元（IMU）传感器，将术前的 CT 图像与目标体模进行实时配准，从而实现对手机位置的精确跟踪。在实验过程中，研究人员使用了具有预定义目标病变的拟人化腹部体模（Model 057A），招募了不同经验水平的医生参与实验，包括医学生、住院医师 / 实习生、有 5 - 10 年经验的主治医师和超过 20 年经验的高级主治医师。
研究结果令人振奋。在准确性方面，使用智能手机 AR 应用时，78%（42/54）的目标被成功穿刺，而徒手穿刺的成功率仅为 24%（13/54），两者差异具有统计学意义（P<0.001）。从穿刺针尖端到目标中心的中位距离，AR 应用组为 4mm（四分位距 3 - 6mm），徒手组则高达 18mm（四分位距 9 - 27mm）；AR 应用组的中位角度误差为 2.7°（四分位距 1.6 - 4.6°），徒手组为 9°（四分位距 5.2 - 17.1°）；从穿刺针轴到目标中心的中位距离，AR 应用组为 4mm（四分位距 2 - 5mm），徒手组为 13mm（四分位距 7 - 22mm），这些数据均表明 AR 应用在穿刺准确性上具有显著优势。
在操作时间方面，使用智能手机 AR 应用的规划时间为 91s（四分位距 71 - 151s），穿刺时间为 68s（四分位距 57 - 77s），虽然均略长于徒手操作，但考虑到 AR 应用带来的高精度，这一微小的时间增加是可以接受的。
此外，研究还发现，使用 AR 应用时，不同经验水平的医生在准确性、规划时间和穿刺时间上均无显著差异，这意味着 AR 技术能够有效降低手术操作对医生经验的依赖，促进手术的标准化。而且，即使是首次使用 AR 应用进行穿刺，在经过简单培训后，医生的操作效果与后续操作也无明显差异，说明该技术易于掌握，无需长时间的学习和适应。
然而，研究也存在一些局限性。实验是在体模上进行的，没有考虑呼吸运动对穿刺准确性的影响，而在实际临床中，呼吸运动是不可忽视的因素。同时，实验中仅将 AR 引导与徒手引导进行了对比，没有研究 AR 技术与传统影像引导工具（如超声、CBCT 等）联合使用的效果。另外，应用程序需要上传和分割术前 CT 图像的 3D 模型，目前缺乏半自动算法，操作较为耗时。
尽管存在这些不足，这项研究依然具有重要意义。它为经皮介入手术提供了一种新颖、低成本且高效的引导技术，有望在资源有限的环境中发挥重要作用。集成针引导的智能手机 AR 应用能够在智能手机上实现路径规划，并在不到 3 分钟的时间内完成精准穿刺，且不受医生经验的影响，这不仅提高了手术的安全性和有效性，还为医学教育和培训提供了新的途径。未来，随着技术的不断完善和发展，相信这一创新技术将在临床实践中得到更广泛的应用，为患者带来更多的福祉。
