SurgNavAR：用于光学透视头戴式显示器的增强现实手术导航框架
计算机视觉与模式识别
2026-04-01 v1
摘要
具有头戴式显示器（HMD）的增强现实（AR）设备可将三维术前成像数据直接叠加到患者身上，便于手术使用。要将 HMD-AR 设备用作独立的手术导航系统，设备应能够定位患者和手术器械，将术前成像数据与患者对齐，并在手术期间实时可视化导航数据。虽然所需的部分技术已知，但此类设备中的集成较为繁琐，需要特定知识和专业知识，阻碍了该领域的科学进展。因此，本工作旨在提出并评估一个集成的基于 HMD 的 AR 手术导航框架，适用于多样化的手术应用。该框架通过附着在患者和手术器械上的参考标记来跟踪二维图案。它允许使用枢轴和基于参考的校准技术对手术工具进行校准。它通过基于点的匹配和手动定位实现图像到患者的配准。该框架的集成功能在两个 HMD 设备——HoloLens 2 和 Magic Leap 2——上进行了评估，并在幻影设置中评估了两个手术用例：AR 引导的针头插入和肋骨骨折定位。该框架在两个手术用例中实现了平均工具尖端校准精度 1 mm、配准精度 3 mm 和目标精度低于 5 mm。该框架提供了一个易于使用的可配置 HMD 基础 AR 手术导航工具，可扩展和适配于许多手术应用。该框架在 https://github.com/abdullahthabit/SurgNavAR 上公开发布。
引用
@article{arxiv.2603.29990,
title = {SurgNavAR: An Augmented Reality Surgical Navigation Framework for Optical See-Through Head Mounted Displays},
author = {Abdullah Thabit and Mohamed Benmahdjoub and Rafiuddin Jinabade and Hizirwan S. Salim and Marie-Lise C. van Veelen and Mark G. van Vledder and Eppo B. Wolvius and Theo van Walsum},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.29990},
year = {2026}
}
备注
This work has been submitted to the IEEE for possible publication