給手術配上GPS 北京協和醫院與騰訊聯合發佈國產手術導航系統


7月5日,北京協和醫院聯合騰訊AILab,共同發佈具有完全自主知識產權的便攜式、智能化手術導航系統,臨床初步應用取得成功。該系統由導航平板電腦、導航棒、深度相機等設備組成,小巧便攜,不占據手術室空間,是一款可位於頭架上的神經外科導航系統。它具有高精度、便攜式、低成本等特點,就像給臨床醫生的手術配上GPS,輔助醫生精準定位隱藏在腦組織中的病變。

目前,該產品已在北京協和醫院神經外科開展三十餘例臨床試驗,涉及腦出血、垂體腺瘤、膠質瘤、腦膜瘤、顱咽管瘤等多種疾病。


(手術導航術中使用場景&系統核心組件)

北京協和神經外科教研室主任、博士生導師王任直教授表示:“神經外科醫生在手術時,不僅對病變定位精度要求高,同時還需要解病變與周圍血管和神經的關系,避免手術當中損傷這些重要的組織。過去我們隻是憑著經驗,將病人的CT或磁共振二維影像片子重新整合在大腦中形成三維圖像。實際上,這個學習過程是非常漫長的,需要大量長期的經驗積累。我們和騰訊共同研發的手術導航簡單、方便、易用,可以幫助臨床醫生解決許多實際問題。”

在我國,傳統手術導航的使用率很低,這是因為:一方面,傳統手術導航系統的核心技術、組件都依賴進口,動輒數百萬的費用很難讓這項技術真正惠及基層醫院;另一方面,傳統手術導航設備體積龐大,學習、操作門檻高,使用起來耗時較長,很難真正在急診等實際場景下應用。

為從根本上解決這些問題,方便患者在傢門口接受更精準的手術治療,研發團隊歷時三年,對手術導航進行顛覆性的創新設計,不僅大幅降低成本,更節約準備時間,與國外產品相比具有同樣的精準程度,完成手術導航系統的國產化替代。新型導航在具有較高精度的前提下,將其成本壓縮到傳統手術導航產品的十分之一,填補國內市場的空白。

基於騰訊AI Lab的前沿算法能力和北京協和醫院神經外科多年的臨床積累,國產手術導航系統能在術前、術中等多個環節,輔助醫生提升診療效率。

術前,基於AI和影像技術,該手術導航系統能夠將磁共振、CT等影像自動進行分割重建及三維可視化處理,通過騰訊AI Lab的算法能力,一鍵生成定制化的3D“透明腦”,方便醫生制定手術計劃,向病人和傢屬講解手術方案。

 (術前“透明腦”生成)

整個系統集光學定位和SLAM跟蹤於一體,通過光學定位,該手術導航系統能實時跟蹤手術器械;通過實時定位技術(SLAM),系統可在無需頭架和參考架的情況下,多角度觀察病灶位置。

術中,通過SLAM跟蹤可在無需頭架和參考架情況下,實現增強現實導航。以一位膠質瘤患者為例,醫生移動攝像頭,系統可實時展示病人顱內的三維結構相對頭皮的位置關系,輔助醫生快速制定切口。


(術前切口制定)

借助深度相機,綜合深度學習和視覺算法,該系統能實現虛擬空間和現實空間的高精度一鍵配準,將生成的3D“透明腦”1:1與病人實際情況進行匹配, 進行術中導航。


 (術中導航)

試驗數據顯示,其配準精度可達亞毫米級。算法能力的提升,可將傳統手術導航的配準時間由傳統的近半個小時,縮短至幾秒鐘,為病人搶占寶貴的治療時機。

在實際應用場景中,該系統還可根據醫生需求,通過與AR眼鏡配適,對大腦進行多視角觀察,掃除視野盲區。

未來,除神經外科,五官科、急診科,都可以使用手術導航系統。該系統還能用於課堂教學,提升基層醫療服務能力。

騰訊在醫療及生命科學領域已有多項佈局。2020年疫情爆發時,騰訊AI Lab曾與鐘南山院士團隊聯合發佈一項利用AI預測COVID-19患者病情發展至危重概率的研究成果,並發表於Nature子刊。目前,騰訊正在將計算機視覺、機器學習、深度學習等技術與醫學跨界融合,輔助醫生進行疾病篩查、診斷和治療,提高臨床醫生的診斷準確率,挽救更多患者的生命。


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