基于头戴式增强现实设备的逆反射工具追踪与空间重建的脑室外引流手术导航

增强现实（AR）已被用于辅助脑室外引流（EVD）手术中的手术导航，降低手动操作中置管错位的风险。在该过程中，关键挑战是在 AR 环境中准确估计术前图像与实际患者解剖结构之间的空间关系。本研究提出了一种利用商用 AR 头戴式设备（HMD）中集成的飞行时间（ToF）深度传感器实现精确 EVD 手术导航的新框架。由于先前研究已证实 ToF 传感器存在深度误差，我们首先评估了其在 AR-HMD 上的特性。随后，引入深度误差模型与患者特异性参数辨识方法以获取精确的表面信息。接着提出一种结合逆反射标记与点云的追踪流程，用于精确的头部追踪。利用深度数据重建头部表面以实现空间配准，避免了在患者颅骨上刚性固定追踪目标。首先，人体皮肤上 revealed $7.580\pm 1.488 mm$ 的深度值误差，表明深度校正的重要性。我们的结果表明，在不同材质的头部模型上，所提深度校正方法将误差降低了超过 $85\%$。同时，利用校正后深度数据重建的头部表面达到了亚毫米精度。在羊头上的实验显示重建误差为 $0.79 mm$。此外，开展了模拟 EVD 手术中的性能用户研究，五名外科医生在头部模型上借助虚拟导航进行了九次克氏针注射。该研究结果显示平移精度为 $2.09 \pm 0.16 mm$，方向精度为 $2.97\pm 0.91$ 度。