增强现实技术在规划经皮肾镜取石术（PCNL）肾脏通路中的初步经验

每位患者的CT扫描图像均以医学数字成像与通信 (DICOM) 文件格式加载至DICOM-to-Print (D2P) 软件（3D Systems Inc.，科罗拉多州利特尔顿）进行组织分割和3D模型构建。该软件可安装在任何获得许可的台式机或笔记本电脑上。图像分割由持有资质的技术人员在医学工程实验室进行，重点关注相关结构的各个方面，包括肾结石、集合系统、肾实质、同侧肾血管、同侧邻近器官（肝脏、脾脏、肠道、肺脏）、骨骼结构（肋骨、脊柱、骨盆）以及患者皮肤。图像如图 1 所示。

图 1

在模型构建的整个过程中，作者运用了轴向、冠状面和矢状面 CT 扫描。可以观察到 2D 模型（从右开始）和 3D 模型（从左开始）之间的关系。每张图片展示了所呈现器官的不同不透明度。a 可以看到骨骼框架的构造以及肾脏、肾盂和近端输尿管在空间中的位置。b 接下来，计算肾盂内结石的位置（涂成白色），并可以看到血管的位置（主动脉、肾动脉和分支）。请注意，未显示下腔静脉、肾静脉和分支的构造。c 右肾邻近器官的位置；肝脏（棕色）、肠道（肝曲，紫色）、下腔静脉（深紫色）、主动脉（红色）、右肺（紫色）和输尿管（黄色）。d 右侧鹿角结石的模型。鹿角结石涂成白色，集合系统涂成黄色。此外，还展示了包括肌肉和皮肤在内的软组织。 CT：计算机断层扫描；2D：二维；3D：三维 IVC；下腔静脉

模型由泌尿外科专家指导创建。创建 3D 模型的平均时间为 4.5 小时。

为了实现 AR 可视化，泌尿科医生佩戴了无线 HoloLens 第一代 (HL1) 头戴式设备 (HMU)（微软公司，华盛顿州雷德蒙德）[17–19]。应用 D2P 软件，通过由传感器、摄像头、显示器和透明全息透镜（波导）组成的立体 3D HoloLens 镜头，以及第二代定制全息处理单元、音频和语音系统，实现了基于 AR 系统的解剖导航。佩戴 3D 眼镜后，模型便呈现在泌尿科医生面前。利用实时手部和眼动追踪技术，泌尿科医生可以通过手部动作和头部定位来移动、旋转、调整透明度以及放大解剖结构（肾结石、肾脏和邻近器官）。这些交互可以在虚拟空间中坐着、站着或倾斜时进行，如图 2 所示。

图 2.

在右上角的小图中，泌尿科医生佩戴 HoloLens 眼镜，该眼镜投射出阵列显示。该显示可以调整 3D 模型，例如透明度、大小和形状。此功能允许泌尿科医生通过突出显示特定器官并详细显示结石及其周围解剖结构来与模型进行交互。