通过基于智能手机的增强现实技术，扩大脊柱手术模拟的覆盖率

《Scientific Reports》：Expanding access to spine surgery simulation through smartphone-based augmented reality

　　

摘要

本研究介绍了一种低成本、便携式的增强现实（AR）模拟器的开发与验证，该模拟器用于脊柱螺钉植入技术的培训。该系统设计用于在现有的智能设备上运行，通过基于图像的跟踪技术，将虚拟的解剖结构、标志点、理想的螺钉植入位置及轨迹以及手术工具动画叠加在3D打印的椎骨上，从而无需使用外部跟踪硬件或头戴显示器。椎骨模型（C1和C2、C5、T10、L5以及骶骨）是根据CT扫描结果进行分割后3D打印而成的，并在模型底部设置了图像目标标记。虚拟工具和螺钉植入操作步骤的动画被整合到使用Unity开发的交互式AR应用程序中。技术验证包括通过Hausdorff距离分析来评估3D打印模型的精度，以及通过图像跟踪实验来评估iPhone和iPad设备上的线性位移、角度旋转及图像叠加精度。平均Hausdorff距离小于0.25毫米。相对位移误差分别为iPhone的1.78%和iPad的2.09%，两种设备的平均旋转误差均小于1°。图像叠加精度平均约为1毫米（iPhone：0.99毫米±0.24毫米，iPad：1.41毫米±0.20毫米）。该系统的精度 meet了手术AR模拟系统的推荐标准，证明了其作为脊柱手术教育培训工具的可行性。