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内镜垂体手术现用的追踪指针导航存在认知负荷大、干扰手术流程等问题。研究人员开展了增强现实（AR）系统用于内镜垂体手术的研究，该系统自动配准且精度达 1.1 (±0.4) mm ，优于红外（IR）追踪内镜，有望改善手术效果。
在医学领域，垂体肿瘤的治疗一直是备受关注的焦点。内镜垂体手术作为一种微创手术，通过鼻腔进入颅底切除垂体肿瘤，与传统的开颅手术相比，具有创伤小、恢复快等诸多优势，为患者带来了新的希望。然而，这项手术并非十全十美。由于垂体周围解剖结构复杂且密集，手术过程犹如在 “雷区” 中小心翼翼地前行，稍有不慎就可能损伤关键结构，导致严重的并发症。
为了帮助医生更好地了解手术区域的解剖结构，避免对重要组织造成损伤，目前临床上常采用追踪指针的方式进行图像引导。医生通过将追踪指针的尖端位置同步映射到术前的 MRI 扫描图像上，以此来判断手术器械在患者体内的位置。但这种方法却给医生带来了不小的困扰。一方面，指针位置显示在 3D 的 MRI 扫描图像上，而手术过程却是通过 2D 的内镜视频进行观察，医生需要在不同的模态和维度之间不断地进行心理转换，这极大地增加了他们的认知负荷，就像是同时在处理两幅不同的拼图，大脑需要不断地切换思维模式，容易导致疲劳和误判。另一方面，鼻腔空间有限，每次进行定位时都需要取出追踪指针，这不仅打乱了手术的节奏，延长了手术时间，还可能增加感染等风险。
面对这些难题，来自伦敦大学学院（UCL）Hawkes 研究所医学物理与生物医学工程系等机构的研究人员决心寻找更好的解决方案，他们将目光投向了增强现实（AR）技术。经过不懈努力，相关研究成果发表在《International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery》上。
研究人员开发了一种全新的 AR 系统，旨在将术前扫描信息直接显示在内镜视频上，为医生提供更加直观、准确的手术导航。该系统最大的亮点在于集成了板载追踪系统，能够实现自动配准，大大简化了操作流程，提高了手术效率。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们使用 INTEL? D405 RealSense?立体相机，通过定制的 3D 打印支架将其安装在标准的 Storz 内镜上，以此获取手术区域的实时图像。同时，利用 ArUco 板作为参考标记，结合 RealSense 相机的内置自校准方法以及基于 OpenCV 实现的 Zhang’s 方法，完成了相机的校准和系统的配准。在对比实验中，研究人员采用了红外（IR）追踪内镜方法作为对照，使用 NDI 相机追踪附着在内镜和模型上的 IR 反射标记。
研究结果令人振奋。在精度方面，研究人员通过测量真实目标位置与 AR 叠加目标之间的平均欧几里得距离，计算出系统的投影目标配准误差（TRE）。实验结果显示，IR 追踪内镜系统的精度为 2.4 (±0.9) mm，而新开发的 AR 系统精度高达 1.1 (±0.4) mm，显著优于前者。从系统的实用性来看，新的 AR 系统更加紧凑、便携，成本更低，占用手术室空间更小，更有利于在临床中广泛应用。此外，该系统将追踪相机直接安装在内镜上，避免了因手术人员遮挡而影响追踪效果的问题，即使部分标记被暂时遮挡，系统仍能通过 ArUco 板准确估计位姿，保证了手术导航的稳定性和可靠性。
在研究结论和讨论部分，该 AR 系统展现出诸多优势。它克服了传统追踪指针和现有 AR 导航系统的不足，自动配准功能不仅节省了手术准备时间，还减少了人为误差，尤其对于经验不足的医生来说，更有助于提高手术的安全性和准确性。不过，研究也存在一定的局限性。目前的评估是在固定的模型上进行的，未来还需要在不同的测试模型和真实的临床环境中进一步验证其可靠性。同时，系统的配准方法也有待完善，例如当前依赖单一重建视图，对重建效果不佳的情况较为敏感。研究人员计划探索结合多个视图进行重建，以提高系统的鲁棒性，并尝试利用真实的面部地标来估计初始方向，进一步优化配准技术。
总的来说，这项研究为内镜垂体手术带来了新的希望和变革。新的 AR 系统在提高手术精度、简化操作流程等方面展现出巨大的潜力，有望成为未来内镜垂体手术的重要辅助工具，为广大垂体肿瘤患者带来更好的治疗效果，推动医学领域在微创手术导航方面不断向前发展。
