增强现实导航在腹腔镜肝切除术中的临床应用评估与可视化优化研究

本研究针对腹腔镜肝切除术中关键结构定位困难的问题，开发了Smartliver增强现实(AR)导航系统，通过前瞻性临床研究比较三种AR显示模式（全模型显示、轮廓特征显示、聚焦孔洞显示），发现聚焦孔洞显示(Display 3)最受外科医生青睐，其结构定位信心评分达4.00(0.00)，未来使用意愿评分4.00(0.75)，为AR技术在微创肝脏手术中的临床应用提供了重要可视化优化方案。

　　

肝脏肿瘤的精准切除始终是外科领域的重大挑战，尤其在微创手术时代，腹腔镜肝切除术(Laparoscopic Liver Resection)虽然能减少患者创伤，但术中对深层血管的"盲切"风险使30%的病例仍被迫转为开腹手术。这种"看得见表面，摸不着里面"的困境，催生了增强现实(Augmented Reality, AR)技术的应用——就像给外科医生装上X光眼镜，能将CT重建的血管三维模型实时叠加在腹腔镜视频上。然而现有AR系统普遍存在两大痛点：复杂的配准流程拖慢手术节奏，杂乱的可视化界面干扰手术决策。

英国伦敦皇家自由医院(Royal Free Hospital)的Joao Ramalhinho团队在《Surgical Endoscopy》发表的研究给出了创新解决方案。他们开发的Smartliver AR系统采用光学追踪技术，前瞻性测试了三种可视化模式在13例手术中的应用效果。结果显示，聚焦内部结构的"孔洞显示"模式(Display 3)获得最高评分，其独特的环形显示区域可将肝静脉(Hepatic Veins)、门静脉(Portal Vein)等关键结构的定位信心提升至满分(4分)，同时将系统部署时间从初期7分钟优化至后期3分钟，证实了AR技术临床转化的可行性。

关键技术方法包括：1)基于NDI Polaris Spectra光学追踪系统实现器械定位；2)术前采用Storz 3D腹腔镜完成摄像机标定；3)通过商业服务生成肝脏/血管三维模型；4)术中手动配准后实时渲染三种AR显示模式（全透明模型Display 1、带解剖标记Display 2、孔洞显示Display 3）；5)采用Likert量表(1-5分)评估外科医生体验。

【系统设置】光学追踪系统部署时间呈现明显学习曲线，后期病例配准时间缩短57%。追踪项圈安装耗时<1分钟，不影响常规手术流程。

【定量反馈】Display 3在直观性(4分)和决策辅助(4分)方面表现最优，其孔洞设计显著降低视觉干扰(IQR仅0.75)。Display 2增加的肝前缘标记(黄色)和镰状韧带(紫色)虽提升空间感知，但未显著改善评分。

【定性反馈】结构可见性方面，82%外科医生认为解剖标记不可或缺，但对肝脏表面透明度的接受度存在个体差异。Display 3用户普遍认可当前透明度设置，其黑色背景有效缓解了传统AR的视觉混乱问题。

这项研究确立了AR技术在肝脏微创手术中的临床适用性标准：首先，孔洞式可视化显著提升信息获取效率，其环形约束窗口符合外科"关注重点区域"的操作习惯；其次，系统需保留结构显示的可定制性，如肝表面透明度、标记可见性等参数应支持术中调整；最后，研究指出未来改进方向应聚焦三大方面——通过深度学习方法实现自动配准(Automatic Registration)、整合生物力学模型预测气腹导致的肝变形(Liver Deformation)、优化光学追踪相机布局以消除视野盲区。这些发现为AR技术从实验室走向手术室提供了关键路线图，有望使更多位于血管邻接区或肝后段的肿瘤患者获得微创治疗机会。