AR技術在臨床手術領域的應用

目錄 1 相關(guan)背景... 1 karrylady.cn 加強(qiang)現(xian)實(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)介紹... 1 karrylady.cn 加強(qiang)現(xian)實(shi)發展歷史... 1 karrylady.cn 加強(qiang)現(xian)實(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)原理... 1 karrylady.cn AR技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)在臨床手術(shu)(shu)領(ling)域的具體應用... 3 karrylady.cn 國(guo)外(wai)現(xian)狀(zhuang)... 3 karrylady.cn 國(guo)內現(xian)狀(zhuang)... 4 karrylady.cn 市(shi)場... 4 2 技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)預見... 6 karrylady.cn 追蹤(zong)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)... 6 karrylady.cn 環境感知... 6 karrylady.cn 跟(gen)蹤(zong)用戶動作(zuo)... 7 karrylady.cn 顯示技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)... 7 karrylady.cn 交互技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)... 8 karrylady.cn 建模醫學(xue)圖(tu)像... 8 karrylady.cn 技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)路線圖(tu)... 8 3 社(she)會調(diao)研... 10 karrylady.cn 問卷調(diao)查... 10 karrylady.cn 專業(ye)訪談(tan)... 12 karrylady.cn 美國(guo)學(xue)生(sheng)的反饋(kui)... 13 4 創(chuang)新(xin)設(she)計(ji)方(fang)(fang)案... 14 karrylady.cn AR技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)創(chuang)新(xin)設(she)計(ji)方(fang)(fang)案... 14 karrylady.cn 高(gao)新(xin)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)企業(ye)創(chuang)新(xin)設(she)計(ji)方(fang)(fang)案... 14 karrylady.cn 國(guo)家政策... 15 結(jie)論(lun)... 16 參(can)考文獻... 17 附錄1：社(she)會調(diao)查問卷... 19

近年來，現(xian)實(shi)(shi)得(de)到了(le)加強(qiang)(qiang)(Augmented Reality)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(以下(xia)簡稱(cheng)AR技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)一(yi)直是(shi)媒體(ti)和市場的(de)(de)熱(re)門(men)話題(ti)之一(yi)。然而，就(jiu)AR就(jiu)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)本身而言(yan)，它并(bing)不是(shi)一(yi)項特(te)別新穎的(de)(de)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)。AR技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)源于(yu)(yu)(yu)人類在(zai)現(xian)實(shi)(shi)世界(jie)中投(tou)影(ying)虛(xu)擬(ni)場景的(de)(de)美(mei)好(hao)想象(xiang)，所以早(zao)在(zai)幾個世紀(ji)(ji)前(qian)，歐洲劇院(yuan)就(jiu)用(yong)(yong)物體(ti)暗淡的(de)(de)投(tou)影(ying)來裝扮表(biao)演人物。由計算機(ji)合成的(de)(de)現(xian)代(dai)(dai)增強(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)起(qi)源于(yu)(yu)(yu)20世紀(ji)(ji)60年代(dai)(dai)MIT的(de)(de)Surland[1]。他(ta)發明了(le)一(yi)個基礎CRT與安裝在(zai)天(tian)花板上的(de)(de)機(ji)械(xie)跟蹤系統連接的(de)(de)光(guang)學透視頭戴式顯(xian)(xian)示(shi)器(qi)PDP-計算機(ji)和自(zi)定義圖形(xing)硬件。后來，超聲波系統取代(dai)(dai)了(le)笨重的(de)(de)機(ji)械(xie)跟蹤器(qi)。他(ta)們(men)(men)的(de)(de)系統將必要的(de)(de)顯(xian)(xian)示(shi)、跟蹤和計算組件結(jie)合起(qi)來AR該系統提供了(le)寶貴的(de)(de)經(jing)驗。隨著電(dian)子計算機(ji)計算能(neng)力的(de)(de)快速提高，增強(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)快速發展。到20世紀(ji)(ji)90年代(dai)(dai)，一(yi)些(xie)關于(yu)(yu)(yu)增強(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)基本技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)，如跟蹤技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)、虛(xu)擬(ni)物體(ti)顯(xian)(xian)示(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)和用(yong)(yong)戶交(jiao)互技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)，已經(jing)被廣泛(fan)研究，增強(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)(shi)已經(jing)開始應用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)許多領域(yu)。Rekimoto[2]使用(yong)(yong)AR該技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)開發了(le)一(yi)套(tao)工具，可以加強(qiang)(qiang)人們(men)(men)在(zai)工作中的(de)(de)面(mian)對面(mian)合作，允許人們(men)(men)通過AR系統與遠程(cheng)同事面(mian)對面(mian)交(jiao)互。增強(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)(shi)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)也廣泛(fan)應用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)醫療領域(yu)。比如腹腔鏡手(shou)術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)可視化[3]，患者(zhe)體(ti)內X射(she)線的(de)(de)可視化[4]，圖像(xiang)引導手(shou)術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)[5]。

自20世紀以來，隨著移動設備(bei)(bei)和互(hu)聯網的(de)大規(gui)模普(pu)及(ji)，AR技(ji)術開始逐(zhu)漸(jian)走出實(shi)驗(yan)室和研究(jiu)所，逐(zhu)漸(jian)應(ying)用于普(pu)通人的(de)生(sheng)活，進入商業應(ying)用階段(duan)。新西(xi)蘭HIT2007年，實(shi)驗(yan)室成立(li)了(le)世界上(shang)第一個移動實(shi)驗(yan)室AR應(ying)用。他(ta)們與當地(di)動物園合作，通過移動設備(bei)(bei)在印(yin)刷(shua)報紙廣告上(shang)投(tou)影虛擬動物形象(xiang)。2013年谷歌發(fa)布Google glass，成為應(ying)用AR第一個成熟的(de)可穿(chuan)戴設備(bei)(bei)。經(jing)過50多年的(de)發(fa)展，AR技(ji)術仍在快(kuai)速進步。相信(xin)不久的(de)將來，AR技(ji)術將給我們的(de)生(sheng)活帶來真正的(de)變化。

AR該技(ji)術(shu)是(shi)一種(zhong)(zhong)利(li)用(yong)計算機(ji)技(ji)術(shu)在(zai)現(xian)(xian)(xian)實(shi)(shi)(shi)世(shi)界中(zhong)(zhong)(zhong)整合虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)物(wu)(wu)(wu)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)(jiao)(jiao)互(hu)(hu)技(ji)術(shu)，使人(ren)們(men)(men)能夠在(zai)現(xian)(xian)(xian)實(shi)(shi)(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)與(yu)(yu)虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)物(wu)(wu)(wu)體(ti)(ti)互(hu)(hu)動。AR在(zai)技(ji)術(shu)出現(xian)(xian)(xian)之前，人(ren)們(men)(men)在(zai)計算機(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)構建虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)模(mo)型并顯示在(zai)計算機(ji)顯示器(qi)(qi)上。然(ran)而，這(zhe)是(shi)一種(zhong)(zhong)二維顯示技(ji)術(shu)。人(ren)們(men)(men)只(zhi)能通(tong)過(guo)鼠標和(he)鍵盤觀(guan)察顯示器(qi)(qi)上的(de)(de)(de)(de)圖片并與(yu)(yu)之交(jiao)(jiao)(jiao)互(hu)(hu)。在(zai)計算機(ji)上構建和(he)實(shi)(shi)(shi)用(yong)的(de)(de)(de)(de)三(san)維模(mo)型突出了(le)這(zhe)種(zhong)(zhong)交(jiao)(jiao)(jiao)互(hu)(hu)方(fang)式沒有替代感的(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)。對于生(sheng)活在(zai)三(san)維世(shi)界中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)人(ren)類來(lai)說，如果有一種(zhong)(zhong)交(jiao)(jiao)(jiao)互(hu)(hu)方(fang)式使人(ren)與(yu)(yu)虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)物(wu)(wu)(wu)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)(jiao)(jiao)互(hu)(hu)與(yu)(yu)顯示物(wu)(wu)(wu)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)交(jiao)(jiao)(jiao)互(hu)(hu)沒有區別，那么這(zhe)種(zhong)(zhong)方(fang)式是(shi)一種(zhong)(zhong)更準確(que)的(de)(de)(de)(de)方(fang)式，符(fu)合人(ren)類的(de)(de)(de)(de)直覺。AR技(ji)術(shu)構建了(le)連(lian)接現(xian)(xian)(xian)實(shi)(shi)(shi)和(he)虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)的(de)(de)(de)(de)橋梁。如圖(karrylady.cn)增強(qiang)現(xian)(xian)(xian)實(shi)(shi)(shi)是(shi)混合現(xian)(xian)(xian)實(shi)(shi)(shi)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)一部分(fen)。它在(zai)實(shi)(shi)(shi)際環境的(de)(de)(de)(de)基礎上，將(jiang)虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)物(wu)(wu)(wu)體(ti)(ti)集成(cheng)到實(shi)(shi)(shi)際場(chang)景中(zhong)(zhong)(zhong)，人(ren)類可以通(tong)過(guo)特定的(de)(de)(de)(de)設備觀(guan)察到虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)物(wu)(wu)(wu)體(ti)(ti)并與(yu)(yu)它們(men)(men)互(hu)(hu)動。相應(ying)地(di)，增強(qiang)虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)技(ji)術(shu)是(shi)一種(zhong)(zhong)交(jiao)(jiao)(jiao)互(hu)(hu)技(ji)術(shu)，它使用(yong)虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)場(chang)景來(lai)替換(huan)現(xian)(xian)(xian)實(shi)(shi)(shi)場(chang)景，然(ran)后將(jiang)現(xian)(xian)(xian)實(shi)(shi)(shi)對象集成(cheng)到虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)場(chang)景中(zhong)(zhong)(zhong)，其虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)(ni)程度高于增強(qiang)現(xian)(xian)(xian)實(shi)(shi)(shi)。

圖karrylady.cn：虛(xu)擬與(yu)現實的過渡[7]

根據被廣(guang)泛接受的(de)定(ding)義，AR技術包(bao)括三個關鍵要素[6]。

1) 結合現實場(chang)景(jing)和虛(xu)擬元素

2) 能實時交互

3) 三維顯示

滿(man)足這(zhe)三個(ge)(ge)特點AR該系(xi)統的(de)(de)技術要求是，它(ta)必須(xu)有一個(ge)(ge)可(ke)以組(zu)合真實和(he)虛擬(ni)圖像(xiang)的(de)(de)顯示器(qi)；一個(ge)(ge)可(ke)以生成(cheng)交互式圖形的(de)(de)計算機系(xi)統，以實時(shi)響應用戶輸(shu)入；以及一個(ge)(ge)可(ke)以找到用戶視點位置的(de)(de)跟蹤系(xi)統，以便在真實環境中(zhong)準確地顯示虛擬(ni)圖像(xiang)。

隨(sui)著(zhu)移動設(she)備(bei)計(ji)算能力的(de)提高(gao)，目前的(de)實用(yong)設(she)備(bei)主要是可穿戴設(she)備(bei)，如智能眼(yan)鏡(jing)、可穿戴投影設(she)備(bei)和智能手機(ji)。小(xiao)型(xing)(xing)交互式圖(tu)形計(ji)算任務主要依賴(lai)于設(she)備(bei)本(ben)身，而(er)工業建模(mo)設(she)計(ji)等(deng)大型(xing)(xing)圖(tu)形的(de)計(ji)算依賴(lai)于云計(ji)算服(fu)務器。

增強(qiang)現實技(ji)(ji)術主要包括(kuo)跟蹤(zong)技(ji)(ji)術、顯示(shi)技(ji)(ji)術和交互技(ji)(ji)術。

跟(gen)蹤(zong)技術是(shi)指顯示在顯示場(chang)景中(zhong)的(de)(de)虛擬物體應該像(xiang)(xiang)它(ta)是(shi)現實(shi)(shi)世(shi)(shi)(shi)界的(de)(de)一(yi)部分一(yi)樣固(gu)定(ding)。為了(le)將虛擬物體固(gu)定(ding)在現實(shi)(shi)場(chang)景中(zhong)，必須確定(ding)觀(guan)察者(zhe)在現實(shi)(shi)世(shi)(shi)(shi)界中(zhong)的(de)(de)觀(guan)測點（位(wei)置和方向）。基于特(te)定(ding)的(de)(de)技術和應用程序，真實(shi)(shi)世(shi)(shi)(shi)界的(de)(de)固(gu)定(ding)點可以是(shi)物理對(dui)象(xiang)，如磁跟(gen)蹤(zong)源(yuan)或圖像(xiang)(xiang)標記或使用GPS確定(ding)空間(jian)中(zhong)的(de)(de)位(wei)置。

顯(xian)示(shi)(shi)技術是(shi)(shi)指在(zai)現(xian)實場(chang)景中實時(shi)顯(xian)示(shi)(shi)虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)物(wu)體(ti)的(de)(de)技術，包括裸眼光學(xue)投(tou)影(ying)(ying)、顯(xian)示(shi)(shi)現(xian)實等。顯(xian)示(shi)(shi)技術的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)(shi)讓用戶同時(shi)看到虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)物(wu)體(ti)和現(xian)實環(huan)境(jing)。因此，如何將虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)物(wu)體(ti)集(ji)成到現(xian)實環(huan)境(jing)中，并在(zai)人類視網(wang)膜上投(tou)影(ying)(ying)，是(shi)(shi)人類看到的(de)(de)關鍵問(wen)題。光學(xue)投(tou)影(ying)(ying)依靠可穿戴設(she)備直接在(zai)人眼前投(tou)影(ying)(ying)相(xiang)關圖像，而顯(xian)示(shi)(shi)器只在(zai)屏幕(mu)上顯(xian)示(shi)(shi)集(ji)成虛(xu)(xu)(xu)擬(ni)(ni)物(wu)體(ti)的(de)(de)攝像頭圖像，人類通過觀察屏幕(mu)獲得增強現(xian)實信(xin)息。

交(jiao)(jiao)互技術的(de)目的(de)是(shi)使人(ren)類能(neng)夠(gou)像實際物(wu)體一樣與虛擬物(wu)體交(jiao)(jiao)互。主要(yao)問題是(shi)輸入(ru)(ru)人(ren)類指令(ling)。AR該系統可結合(he)各種輸入(ru)(ru)方法。從(cong)鍵盤、鼠標(biao)、觸摸屏輸入(ru)(ru)等傳(chuan)統二(er)維用(yong)戶界面，到手(shou)持設備、語音、手(shou)勢等三維多模(mo)式接口(kou)。不(bu)同的(de)輸入(ru)(ru)模(mo)式對應(ying)于不(bu)同的(de)實際應(ying)用(yong)，輸入(ru)(ru)模(mo)式會(hui)隨著應(ying)用(yong)的(de)不(bu)斷豐(feng)富而不(bu)斷發(fa)展。

20世紀60年代，增(zeng)強(qiang)(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)起源(yuan)于美(mei)國，在(zai)發明初期被(bei)認為(wei)廣泛應用(yong)(yong)(yong)于醫療(liao)手(shou)(shou)術(shu)(shu)領域(yu)。如(ru)1997年Leveton等(deng)人用(yong)(yong)(yong)增(zeng)強(qiang)(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)圖(tu)像引導(dao)醫生(sheng)(sheng)進行手(shou)(shou)術(shu)(shu)[5]；1998年Fuchs[3]等(deng)人成功利(li)用(yong)(yong)(yong)增(zeng)強(qiang)(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)實(shi)現(xian)腹腔鏡手(shou)(shou)術(shu)(shu)的(de)可視化；2007年Merten在(zai)增(zeng)強(qiang)(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)幫助(zhu)(zhu)下，等(deng)人為(wei)腳粉(fen)碎性骨折患者建立了腳骨虛擬模型(見圖(tu))(karrylady.cn))，為(wei)醫生(sheng)(sheng)的(de)診斷和后期手(shou)(shou)術(shu)(shu)提(ti)供了重要幫助(zhu)(zhu)。近日(ri)，日(ri)本微軟公(gong)司(si)利(li)用(yong)(yong)(yong)Hololens平(ping)臺，將(jiang)3D圖(tu)像顯示給(gei)醫生(sheng)(sheng)，并準確匹配(pei)病(bing)(bing)(bing)人的(de)病(bing)(bing)(bing)變組織，以幫助(zhu)(zhu)手(shou)(shou)術(shu)(shu)。近日(ri)，日(ri)本微軟公(gong)司(si)利(li)用(yong)(yong)(yong)Hololens平(ping)臺，將(jiang)3D圖(tu)像顯示給(gei)醫生(sheng)(sheng)，準確匹配(pei)病(bing)(bing)(bing)人的(de)病(bing)(bing)(bing)變組織，輔(fu)助(zhu)(zhu)手(shou)(shou)術(shu)(shu)。增(zeng)強(qiang)(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)在(zai)國外(wai)發展(zhan)多年，大量基礎(chu)研究為(wei)醫療(liao)領域(yu)的(de)應用(yong)(yong)(yong)奠定了堅實(shi)的(de)基礎(chu)。目(mu)前(qian)，增(zeng)強(qiang)(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)主流發展(zhan)方向仍。

圖(tu)karrylady.cn：利(li)用AR足部手術輔助(zhu)技(ji)術

中國(guo)的(de)增強(qiang)(qiang)現(xian)實技(ji)術起步較晚(wan)，計(ji)算(suan)機技(ji)術完全(quan)落后于國(guo)外(wai)。因此，國(guo)內對(dui)增強(qiang)(qiang)現(xian)實技(ji)術的(de)基礎研究較少，一般(ban)局(ju)限于應用水(shui)平(ping)。隨著虛擬現(xian)實和增強(qiang)(qiang)現(xian)實概(gai)念自2010年以來的(de)普及，中國(guo)也開始研究增強(qiang)(qiang)現(xian)實技(ji)術的(de)臨床手術。目前，它主要(yao)集中在外(wai)科導航(hang)和外(wai)科教學(xue)系(xi)統領(ling)域，其中有代表(biao)性的(de)公司包括觸覺技(ji)術和醫療微信。

醫療、零(ling)售、汽車等(deng)不同行業的應用范圍(wei)不斷(duan)擴(kuo)大，預(yu)計(ji)將促進預(yu)測期(qi)內(nei)的需求(qiu)。著名的技(ji)(ji)(ji)術(shu)咨(zi)詢(xun)公司Gartner根據2017年(nian)(nian)技(ji)(ji)(ji)術(shu)發展軌(gui)跡報告，現實技(ji)(ji)(ji)術(shu)正處于萌芽(ya)階(jie)段。從圖(karrylady.cn)可(ke)見，現實技(ji)(ji)(ji)術(shu)的增強還處于技(ji)(ji)(ji)術(shu)成(cheng)熟期(qi)，預(yu)計(ji)5-10年(nian)(nian)后將得到廣(guang)泛應用。可(ke)見，增強現實技(ji)(ji)(ji)術(shu)具有巨(ju)大的增長(chang)潛力，吸引(yin)了(le)大量投資，為行業增長(chang)做出了(le)貢獻。

圖karrylady.cn：Gartner技術發(fa)展軌跡圖

在市(shi)場(chang)規模方面，2018年實(shi)(shi)際(ji)市(shi)場(chang)規模增長18億美(mei)元(yuan)，市(shi)場(chang)規模小，市(shi)場(chang)潛力巨大(da)。增強(qiang)(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)技術的盈利方式(shi)主(zhu)要有兩種(zhong):銷售增強(qiang)(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)設備(bei)和(he)提供增強(qiang)(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)服務(wu)。其(qi)中，設備(bei)銷售主(zhu)要包(bao)括智(zhi)能(neng)眼鏡、增強(qiang)(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)游戲機、增強(qiang)(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)醫療設備(bei)等，服務(wu)主(zhu)要包(bao)括增強(qiang)(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)娛樂內容(rong)和(he)虛擬模型建設。目前，硬件設備(bei)是增強(qiang)(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)的主(zhu)要瓶頸。我(wo)相信(xin)，在未來，增強(qiang)(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)利潤點(dian)仍(reng)將(jiang)在硬件設備(bei)中。實(shi)(shi)際(ji)技術標(biao)準完全成熟(shu)，硬件設備(bei)普(pu)及后，利潤點(dian)將(jiang)逐(zhu)步(bu)向軟件轉(zhuan)移(yi)。根據(ju)名稱調查機構Grand View Research預(yu)測(ce)結果見圖(karrylady.cn),AR近10年技術市(shi)場(chang)規模將(jiang)呈指數級增長，市(shi)場(chang)空間(jian)巨大(da)。

圖karrylady.cn：全球AR技術市場規(gui)模預測圖

同時，AR醫(yi)(yi)療領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)技術(shu)(shu)發展也很快(kuai)。自2010年以來(lai)，AR/VR近年來(lai)，醫(yi)(yi)療領(ling)域(yu)，特(te)別是智(zhi)能醫(yi)(yi)療設備，受到投(tou)(tou)資(zi)(zi)機(ji)構(gou)的(de)(de)(de)青睞AR醫(yi)(yi)療設備初創(chuang)公(gong)司(si)相繼獲得巨(ju)額(e)融資(zi)(zi)。2017年，AR醫(yi)(yi)學(xue)影像公(gong)司(si)EchoPixel投(tou)(tou)資(zi)(zi)英特(te)爾資(zi)(zi)本850萬(wan)(wan)美元(yuan)；AR手(shou)術(shu)(shu)平(ping)臺公(gong)司(si)Beyeonices融資(zi)(zi)1150萬(wan)(wan)美元(yuan)。可見投(tou)(tou)資(zi)(zi)機(ji)構(gou)普遍正確AR在醫(yi)(yi)學(xue)領(ling)域(yu)的(de)(de)(de)應用(yong)有很大的(de)(de)(de)信(xin)心。圖(karrylady.cn)對投(tou)(tou)資(zi)(zi)機(ji)構(gou)AR醫(yi)(yi)療市場(chang)規模的(de)(de)(de)估計(ji)可見AR未來(lai)10年，醫(yi)(yi)療市場(chang)規模將保持(chi)較高的(de)(de)(de)增長率。

圖karrylady.cn：全球AR預測醫療市(shi)場規模

作(zuo)為一種系(xi)統技術，增(zeng)強現(xian)(xian)實(shi)在臨床(chuang)手術中的(de)應用，包括許多(duo)復雜的(de)具體技術，從虛擬模(mo)型(xing)(xing)構建到(dao)(dao)與現(xian)(xian)實(shi)環境(jing)相結合，再(zai)到(dao)(dao)實(shi)現(xian)(xian)人與虛擬模(mo)型(xing)(xing)的(de)交(jiao)互(hu)。目前，學術界將加(jia)強現(xian)(xian)實(shi)技術主要分(fen)為跟蹤技術、顯示(shi)技術和(he)交(jiao)互(hu)技術三部分(fen)，加(jia)強現(xian)(xian)實(shi)技術應用于手術領域，解決人體器官模(mo)型(xing)(xing)建設問題(ti)，分(fen)別(bie)分(fen)析現(xian)(xian)狀，根據技術現(xian)(xian)狀和(he)文(wen)獻研(yan)究結果進行技術預測。

增(zeng)強(qiang)現實(shi)系(xi)統(tong)必須能夠感(gan)知環(huan)境(jing)，跟蹤觀(guan)察者的(de)(de)(de)運動(dong)，最(zui)(zui)好有(you)(you)6個自由(you)感(gan)知。3個變量(x, y, z)表(biao)示空間位置，3個角度(偏航、俯(fu)仰、滾(gun)動(dong))表(biao)示方向(xiang)[10]。在現實(shi)環(huan)境(jing)中，必須有(you)(you)一些模型(xing)可以在匹(pi)配模型(xing)和現實(shi)時為增(zeng)強(qiang)現實(shi)系(xi)統(tong)提供(gong)參考，這意味著必須有(you)(you)一些預設(she)的(de)(de)(de)環(huan)境(jing)因素(su)。但事實(shi)上，這樣的(de)(de)(de)條件很難滿足(zu)。并非所(suo)有(you)(you)環(huan)境(jing)都(dou)能找到(dao)跟蹤技術的(de)(de)(de)參考點，也(ye)不是所(suo)有(you)(you)環(huan)境(jing)都(dou)有(you)(you)固定(ding)的(de)(de)(de)參考點。所(suo)以直到(dao)今天，確定(ding)用戶(hu)的(de)(de)(de)方向(xiang)仍然是一個復雜的(de)(de)(de)問(wen)題，沒有(you)(you)單一的(de)(de)(de)最(zui)(zui)佳解(jie)決方案。

增(zeng)強現(xian)(xian)實系(xi)統(tong)必須(xu)能(neng)夠感知(zhi)用戶(hu)當(dang)前的(de)(de)環(huan)境和位置(zhi)，以便(bian)根(gen)據用戶(hu)的(de)(de)環(huan)境顯(xian)示不(bu)同的(de)(de)內容。在大(da)多(duo)數情況下，增(zeng)強現(xian)(xian)實技術并不(bu)需要對環(huan)境進(jin)行(xing)詳細的(de)(de)描述，因(yin)為(wei)它忠實地(di)再現(xian)(xian)了(le)環(huan)境，并顯(xian)示了(le)虛擬模型。

但在臨床(chuang)手(shou)術中(zhong)的(de)(de)(de)應用完全不(bu)同。臨床(chuang)手(shou)術對精度要(yao)求很高。人體(ti)器(qi)官是一(yi)個緊(jin)密相連的(de)(de)(de)復雜系統，隨著人體(ti)運動、呼吸等微(wei)(wei)小運動，人體(ti)器(qi)官的(de)(de)(de)位置和(he)大小不(bu)斷變化(hua)。這給真實器(qi)官與虛(xu)擬器(qi)官模(mo)型的(de)(de)(de)精確(que)匹配帶來了(le)巨大的(de)(de)(de)挑戰(zhan)。準確(que)性問題(ti)，即(ji)如何準確(que)感知患者手(shou)術中(zhong)器(qi)官的(de)(de)(de)微(wei)(wei)小變化(hua)，并反映在虛(xu)擬模(mo)型的(de)(de)(de)顯示上，成(cheng)為限制(zhi)AR技(ji)術發展的(de)(de)(de)瓶頸之一(yi)。

目前，感(gan)知(zhi)技術(shu)(shu)一般通(tong)過(guo)基(ji)于高清攝像(xiang)頭的(de)(de)計算機(ji)視覺(jue)系統實現，攝像(xiang)機(ji)拍攝真(zhen)實環(huan)境，如患者病變、教(jiao)學(xue)模(mo)型等，然(ran)后將圖像(xiang)數據傳輸到計算機(ji)進行處理。由于缺乏有效(xiao)的(de)(de)醫療檢(jian)測手段(duan)，目前的(de)(de)醫療檢(jian)測設(she)備都(dou)是靜態(tai)檢(jian)測設(she)備，未來感(gan)知(zhi)技術(shu)(shu)的(de)(de)發展仍將以視覺(jue)感(gan)知(zhi)為主要手段(duan)。隨著(zhu)深度學(xue)習的(de)(de)不斷發展，計算機(ji)的(de)(de)圖像(xiang)處理能(neng)力得到了(le)飛速提高，圖像(xiang)目標(biao)檢(jian)測、目標(biao)分(fen)割的(de)(de)方(fang)向(xiang)也(ye)取得了(le)長足進步，這將成(cheng)為增強現實感(gan)知(zhi)技術(shu)(shu)的(de)(de)又一突破(po)點(dian)。

對于(yu)一般的增強顯(xian)示(shi)系(xi)統而(er)言，與(yu)虛擬環境(jing)(jing)(jing)相比(bi)，用戶追(zhui)蹤(zong)(zong)設(she)備必須具有更(geng)高的準(zhun)確(que)性，更(geng)寬(kuan)的輸入變化(hua)和帶寬(kuan)以及(ji)更(geng)廣(guang)的范圍(wei)[6]。配準(zhun)精度不僅取決(jue)于(yu)幾(ji)何(he)模型，還取決(jue)于(yu)要匹(pi)配的物體(ti)的距離(li)。距離(li)越(yue)遠，位置跟蹤(zong)(zong)中的影(ying)響(xiang)誤差(cha)越(yue)小。在室內環境(jing)(jing)(jing)下，追(zhui)蹤(zong)(zong)通常比(bi)在室外環境(jing)(jing)(jing)中更(geng)容易，因為(wei)追(zhui)蹤(zong)(zong)設(she)備不必大范圍(wei)移(yi)動。

而在臨床手(shou)術(shu)(shu)(shu)應用(yong)(yong)當(dang)中，情況也稍有(you)不同。手(shou)術(shu)(shu)(shu)全都(dou)在封閉的(de)(de)(de)(de)室(shi)內完成(cheng)，而且系統(tong)使用(yong)(yong)者(zhe)——醫生在手(shou)術(shu)(shu)(shu)過(guo)程中與病人的(de)(de)(de)(de)位置(zhi)相(xiang)對(dui)固定(ding)，因此手(shou)術(shu)(shu)(shu)增強現(xian)實(shi)系統(tong)的(de)(de)(de)(de)問題更多在于提升(sheng)精(jing)(jing)確度(du)而非適(shi)用(yong)(yong)范圍。目前的(de)(de)(de)(de)用(yong)(yong)戶追(zhui)蹤(zong)手(shou)段(duan)主要有(you)固定(ding)磁(ci)性標記、固定(ding)視覺(jue)標記、全球定(ding)位系統(tong)、慣性制導系統(tong)和(he)光學(xue)系統(tong)。其(qi)中除光學(xue)系統(tong)之(zhi)外(wai)的(de)(de)(de)(de)手(shou)段(duan)全都(dou)存(cun)在精(jing)(jing)度(du)過(guo)低的(de)(de)(de)(de)情況。如全球定(ding)位系統(tong)精(jing)(jing)度(du)一般在10米左(zuo)右，并不適(shi)用(yong)(yong)于手(shou)術(shu)(shu)(shu)這(zhe)類(lei)精(jing)(jing)細場景。光學(xue)系統(tong)利用(yong)(yong)多個攝(she)像(xiang)機的(de)(de)(de)(de)多角度(du)拍攝(she)，定(ding)位使用(yong)(yong)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)位置(zhi)和(he)方向，從而實(shi)現(xian)虛(xu)擬(ni)模型的(de)(de)(de)(de)精(jing)(jing)確顯示(shi)。目前手(shou)術(shu)(shu)(shu)系統(tong)中一般采用(yong)(yong)這(zhe)種(zhong)方式。光學(xue)系統(tong)在手(shou)術(shu)(shu)(shu)室(shi)這(zhe)種(zhong)穩定(ding)、少干擾(rao)的(de)(de)(de)(de)情況下性能優異，能準確追(zhui)蹤(zong)使用(yong)(yong)者(zhe)的(de)(de)(de)(de)6自由度(du)運動。

目前主要(yao)的(de)(de)(de)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)設備主要(yao)包括(kuo)(kuo)頭戴(dai)(dai)式(shi)和(he)手(shou)(shou)持(chi)(chi)式(shi)。頭戴(dai)(dai)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)包括(kuo)(kuo)視頻/光學透(tou)視頭戴(dai)(dai)式(shi)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)（HMD），虛擬視網膜顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)（VRD）和(he)頭戴(dai)(dai)式(shi)投影顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)（HMPD）。手(shou)(shou)持(chi)(chi)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)包括(kuo)(kuo)手(shou)(shou)持(chi)(chi)視頻顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)、光學透(tou)視顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)以及手(shou)(shou)持(chi)(chi)投影儀[10]。頭戴(dai)(dai)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)解放了人的(de)(de)(de)雙(shuang)手(shou)(shou)，便于活動；缺點(dian)是顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)設備必(bi)須連接到計算(suan)設備，這樣限制了設備的(de)(de)(de)移動性，而(er)目前大帶寬、低延(yan)遲的(de)(de)(de)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)尚未普及，5G技(ji)術(shu)有望解決這一(yi)問(wen)題。手(shou)(shou)持(chi)(chi)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)器(qi)更加笨重，由于生產成本(ben)低且易于使用，成為目前將(jiang)增強(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)引入大眾市(shi)場的(de)(de)(de)最佳解決方案。增強(qiang)現(xian)(xian)實(shi)(shi)游戲Pokemon go就是手(shou)(shou)持(chi)(chi)顯(xian)(xian)(xian)示(shi)(shi)設備的(de)(de)(de)極好(hao)范例。

在(zai)臨床手(shou)術(shu)領域，由于(yu)醫生需(xu)(xu)要進行手(shou)術(shu)操作，因此(ci)頭(tou)(tou)戴(dai)(dai)(dai)式(shi)設備成為唯一選(xuan)擇。用于(yu)輔助(zhu)手(shou)術(shu)的(de)頭(tou)(tou)戴(dai)(dai)(dai)式(shi)顯(xian)示器(qi)(qi)(qi)并(bing)不需(xu)(xu)要有很高的(de)移(yi)(yi)動性(xing)，可以采用有線連接，這(zhe)樣就解決了頭(tou)(tou)戴(dai)(dai)(dai)式(shi)設備的(de)續航問(wen)題和(he)傳輸問(wen)題。頭(tou)(tou)戴(dai)(dai)(dai)顯(xian)示器(qi)(qi)(qi)中虛擬視網(wang)膜顯(xian)示器(qi)(qi)(qi)準(zhun)確(que)度最高，它是將虛擬圖像直(zhi)接投影(ying)到人眼(yan)視網(wang)膜上來實(shi)現(xian)虛擬模型顯(xian)示，相比(bi)于(yu)依靠(kao)二次反射的(de)透(tou)視式(shi)和(he)投影(ying)式(shi)有顯(xian)著(zhu)優勢(shi)，以后醫療增強(qiang)現(xian)實(shi)顯(xian)示技術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)方向將沿(yan)著(zhu)這(zhe)一方向發(fa)展(zhan)，并(bing)逐步提(ti)高移(yi)(yi)動性(xing)、續航和(he)獨立(li)計算能力。

增(zeng)(zeng)強(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)系統需要(yao)提供虛(xu)擬對象(xiang)(xiang)和(he)(he)真(zhen)實(shi)對象(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)某(mou)種接(jie)口，以(yi)便人(ren)(ren)類能夠和(he)(he)這些虛(xu)擬物體(ti)互(hu)動。這對于連接(jie)物理(li)世(shi)(shi)界(jie)和(he)(he)數字世(shi)(shi)界(jie)有(you)重要(yao)意義，通過(guo)交(jiao)互(hu)技術，曾(ceng)經(jing)冷冰冰的(de)(de)(de)數據(ju)將變成看得見摸得著的(de)(de)(de)具體(ti)形象(xiang)(xiang)[11]。目前主要(yao)的(de)(de)(de)交(jiao)互(hu)方(fang)(fang)(fang)(fang)式包括平面用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)界(jie)面、三維用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)界(jie)面、觸(chu)覺、手(shou)勢和(he)(he)姿態捕捉、語音識(shi)別(bie)、視(shi)線追(zhui)蹤和(he)(he)人(ren)(ren)機(ji)共(gong)生(sheng)。交(jiao)互(hu)方(fang)(fang)(fang)(fang)式多(duo)(duo)種多(duo)(duo)樣(yang)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)技術也(ye)十分(fen)廣泛。用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)界(jie)面類的(de)(de)(de)交(jiao)互(hu)方(fang)(fang)(fang)(fang)式一般用(yong)(yong)(yong)于人(ren)(ren)和(he)(he)機(ji)器的(de)(de)(de)交(jiao)互(hu)，只是用(yong)(yong)(yong)增(zeng)(zeng)強(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)(fang)(fang)式實(shi)現(xian)了傳(chuan)(chuan)統的(de)(de)(de)人(ren)(ren)機(ji)交(jiao)互(hu)界(jie)面。觸(chu)覺、手(shou)勢、語音、視(shi)線更加接(jie)近人(ren)(ren)和(he)(he)現(xian)實(shi)世(shi)(shi)界(jie)的(de)(de)(de)原本交(jiao)互(hu)方(fang)(fang)(fang)(fang)式，我們就是用(yong)(yong)(yong)話語和(he)(he)手(shou)勢與人(ren)(ren)交(jiao)流(liu)，用(yong)(yong)(yong)觸(chu)覺感受世(shi)(shi)界(jie)，用(yong)(yong)(yong)視(shi)線來(lai)表達關(guan)注的(de)(de)(de)。人(ren)(ren)機(ji)共(gong)生(sheng)利用(yong)(yong)(yong)體(ti)內植(zhi)入(ru)傳(chuan)(chuan)感器收集生(sheng)理(li)信號，如皮膚電(dian)反(fan)應，腦電(dian)圖(tu)（神經(jing)活動）或肌(ji)(ji)電(dian)圖(tu)（肌(ji)(ji)肉活動）等數據(ju)，以(yi)監(jian)測(ce)生(sheng)物活動。這為增(zeng)(zeng)強(qiang)(qiang)現(xian)實(shi)系統提供了新(xin)穎(ying)的(de)(de)(de)交(jiao)互(hu)方(fang)(fang)(fang)(fang)式，目前植(zhi)入(ru)傳(chuan)(chuan)感器還(huan)處(chu)于研究階段。

在(zai)臨床手(shou)術(shu)中(zhong)(zhong)，交互(hu)方(fang)(fang)式更偏向于自然直(zhi)接(jie)的交互(hu)方(fang)(fang)式，如觸覺、手(shou)勢等(deng)；人機共生(sheng)技術(shu)和(he)醫療領域有著緊密的聯系，它(ta)可以(yi)直(zhi)接(jie)提供(gong)手(shou)術(shu)中(zhong)(zhong)所(suo)需的生(sheng)理監測信號，相信隨著植入傳感器的進一步發展，人機共生(sheng)技術(shu)將在(zai)臨床手(shou)術(shu)AR系統中(zhong)(zhong)扮演重要(yao)作用。

人(ren)體(ti)是世界上最復雜(za)的(de)(de)(de)系(xi)統(tong)之(zhi)一，眾(zhong)多人(ren)體(ti)器(qi)(qi)官(guan)(guan)協同(tong)工作(zuo)組成了這個(ge)異(yi)常復雜(za)的(de)(de)(de)系(xi)統(tong)。臨(lin)床(chuang)(chuang)手(shou)術中稍有(you)(you)差(cha)池都有(you)(you)可能對病人(ren)生命(ming)健康造成嚴重(zhong)后果。因(yin)此(ci)用于(yu)臨(lin)床(chuang)(chuang)手(shou)術的(de)(de)(de)增強現實虛(xu)擬模(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)必(bi)須十分(fen)(fen)準確(que)。以(yi)最復雜(za)的(de)(de)(de)腦部(bu)(bu)手(shou)術為例，由于(yu)個(ge)體(ti)差(cha)異(yi)的(de)(de)(de)存在，每個(ge)病人(ren)腦部(bu)(bu)的(de)(de)(de)形(xing)狀(zhuang)、大(da)小、結構都有(you)(you)所不同(tong)[15]。因(yin)此(ci)用作(zuo)手(shou)術輔助的(de)(de)(de)虛(xu)擬人(ren)體(ti)器(qi)(qi)官(guan)(guan)模(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)必(bi)須十分(fen)(fen)精確(que)，而(er)且(qie)要(yao)能反映(ying)出不同(tong)人(ren)器(qi)(qi)官(guan)(guan)的(de)(de)(de)差(cha)異(yi)。目前的(de)(de)(de)醫(yi)學(xue)探(tan)測手(shou)段(duan)主(zhu)(zhu)要(yao)是靜態平(ping)面探(tan)測和(he)立體(ti)探(tan)測。平(ping)面探(tan)測主(zhu)(zhu)要(yao)有(you)(you)X光(guang)射線，立體(ti)探(tan)測主(zhu)(zhu)要(yao)有(you)(you)CT技(ji)術和(he)核磁共振技(ji)術。3D醫(yi)學(xue)圖像重(zhong)建(jian)技(ji)術使用現有(you)(you)醫(yi)學(xue)探(tan)測手(shou)段(duan)得到的(de)(de)(de)圖像，將平(ping)面的(de)(de)(de)或者分(fen)(fen)層(ceng)的(de)(de)(de)檢(jian)測圖像重(zhong)建(jian)為三維(wei)(wei)器(qi)(qi)官(guan)(guan)模(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)[12]。目前的(de)(de)(de)重(zhong)建(jian)技(ji)術主(zhu)(zhu)要(yao)基于(yu)CT檢(jian)測結果，重(zhong)建(jian)算法(fa)利用CT檢(jian)測得到的(de)(de)(de)大(da)量斷層(ceng)二維(wei)(wei)圖片重(zhong)構三維(wei)(wei)器(qi)(qi)官(guan)(guan)模(mo)(mo)型(xing)(xing)(xing)。目前的(de)(de)(de)技(ji)術主(zhu)(zhu)要(yao)有(you)(you)表面陰影遮蓋技(ji)術、容積漫游技(ji)術、曲面重(zhong)建(jian)技(ji)術和(he)虛(xu)擬內鏡技(ji)術等(deng)[14]。這些(xie)技(ji)術分(fen)(fen)別適用于(yu)不同(tong)形(xing)態的(de)(de)(de)器(qi)(qi)官(guan)(guan)，在臨(lin)床(chuang)(chuang)應用中均取得了良好效(xiao)果。

增(zeng)(zeng)強現實(shi)在臨(lin)(lin)床手(shou)術(shu)(shu)(shu)中的(de)應(ying)用(yong)(yong)橫跨計算機(ji)科(ke)學(xue)、計算機(ji)視(shi)覺、傳感(gan)器、通信、臨(lin)(lin)床醫學(xue)、人(ren)體工程學(xue)等諸(zhu)多學(xue)科(ke)，技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)涉及(ji)面極廣。使(shi)用(yong)(yong)增(zeng)(zeng)強現實(shi)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)輔(fu)助臨(lin)(lin)床手(shou)術(shu)(shu)(shu)的(de)實(shi)現，取決于(yu)(yu)(yu)多學(xue)科(ke)共同發展的(de)結果。上文中按照不同的(de)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)類別將臨(lin)(lin)床手(shou)術(shu)(shu)(shu)中的(de)增(zeng)(zeng)強現實(shi)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)做了分析(xi)，結合相(xiang)關(guan)文獻(xian)研究熱點的(de)基礎上[9]，我們(men)繪制了用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)臨(lin)(lin)床手(shou)術(shu)(shu)(shu)的(de)增(zeng)(zeng)強現實(shi)系統技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)路線(xian)圖(tu)(tu)，見圖(tu)(tu)(karrylady.cn)。從技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)路線(xian)圖(tu)(tu)中可以看到，未來追蹤技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)和(he)(he)圖(tu)(tu)像(xiang)處理(li)將更(geng)偏向以深度(du)學(xue)習(xi)為(wei)代表的(de)智能技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)，顯示(shi)器和(he)(he)傳感(gan)器將更(geng)偏向于(yu)(yu)(yu)與(yu)人(ren)體器官高度(du)關(guan)聯的(de)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)，如視(shi)網膜顯示(shi)器和(he)(he)人(ren)機(ji)共生技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)。

圖karrylady.cn：AR輔助(zhu)手(shou)術技術路線圖

我(wo)(wo)們的(de)(de)(de)(de)社(she)會調(diao)研(yan)主要從兩方面展開。首先，針對廣(guang)大社(she)會群體，我(wo)(wo)們設計了(le)有(you)關(guan)AR在臨(lin)床手術(shu)(shu)(shu)應用(yong)中的(de)(de)(de)(de)調(diao)查問卷；其次，由(you)于AR技術(shu)(shu)(shu)和醫療(liao)領域的(de)(de)(de)(de)特殊性，僅(jin)有(you)普通(tong)群眾意見是(shi)遠(yuan)遠(yuan)不夠(gou)的(de)(de)(de)(de)，因(yin)此我(wo)(wo)們還分別(bie)采(cai)(cai)訪了(le)相關(guan)專業人士，了(le)解(jie)了(le)他們對AR技術(shu)(shu)(shu)在臨(lin)床手術(shu)(shu)(shu)中應用(yong)的(de)(de)(de)(de)意見；最(zui)后(hou)，我(wo)(wo)們還對同組(zu)美國同學進行了(le)采(cai)(cai)訪，了(le)解(jie)了(le)他們對AR手術(shu)(shu)(shu)發展的(de)(de)(de)(de)一些(xie)意見和建議。

我(wo)們分別就群眾對AR技術的熟知程度(du)、經濟因素、觀念接受(shou)度(du)、心理預(yu)期和發(fa)展意見(jian)等方面設置了問(wen)卷(juan)(juan)問(wen)題（見(jian)附錄(lu)一(yi)）。此次調研采用網(wang)絡問(wen)卷(juan)(juan)的形式，共回收有效(xiao)問(wen)卷(juan)(juan)124份，達到了預(yu)期效(xiao)果。

根據年(nian)齡分布圖(karrylady.cn)可知，調研群(qun)體(ti)主(zhu)要集(ji)中在18-28歲和40-60歲兩個群(qun)體(ti)內，可以(yi)分別代(dai)表年(nian)輕人和中年(nian)人的(de)意(yi)見(jian)(jian)。根據圖(karrylady.cn)，答卷(juan)者(zhe)中，擁有大學本(ben)科(ke)學歷及(ji)以(yi)上者(zhe)達到了karrylady.cn，可見(jian)(jian)受訪者(zhe)普遍具有較(jiao)高的(de)文(wen)化(hua)水平。

圖karrylady.cn：受訪者年齡分布(bu)圖

圖(tu)karrylady.cn：受訪者(zhe)學歷分布圖(tu)

由圖(karrylady.cn)可(ke)知，有karrylady.cn的(de)(de)(de)人對AR在醫療領域的(de)(de)(de)應(ying)用效(xiao)果持樂(le)觀(guan)態度(du)，可(ke)見普通(tong)群體對AR技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)接受(shou)度(du)較(jiao)高(gao)。而由圖(karrylady.cn)可(ke)知，當被(bei)問到“假設你(ni)需要接受(shou)AR/VR輔助的(de)(de)(de)腦部手術(shu)，愿意為此支付(fu)的(de)(de)(de)價(jia)格”時，karrylady.cn的(de)(de)(de)人心理預期(qi)價(jia)格低于2萬，可(ke)見普通(tong)群體對這項(xiang)新技(ji)術(shu)在價(jia)格上的(de)(de)(de)承受(shou)力(li)并(bing)不是很(hen)高(gao)。

圖karrylady.cn：假設你(ni)需(xu)要接受AR/VR輔助的腦部(bu)手術，愿意為此支付的價格

圖karrylady.cn：AR醫療是否(fou)能很大程度提(ti)升就醫體驗(yan)

由圖(tu)(karrylady.cn)可知，目(mu)前大(da)家對AR技術的成熟(shu)度信(xin)心仍然(ran)不足，有karrylady.cn的人認(ren)為AR醫療(liao)目(mu)前最大(da)的障礙仍是(shi)技術不成熟(shu)。與之相反(fan)(fan)的是(shi)，圖(tu)(karrylady.cn)表明，karrylady.cn的人認(ren)為AR技術將在(zai)5年內在(zai)醫療(liao)領域大(da)規模應用，反(fan)(fan)映出(chu)普通(tong)群(qun)體對目(mu)前技術現狀仍不甚了解。

圖karrylady.cn：AR醫(yi)療的最大障礙

圖karrylady.cn：AR醫療大(da)規模(mo)應(ying)用的預計時間(jian)

為(wei)了(le)(le)獲(huo)取專業(ye)指導(dao)性意見，我們還分別采(cai)訪了(le)(le)AR醫(yi)(yi)療研究(jiu)者(zhe)(zhe)、醫(yi)(yi)療從(cong)業(ye)者(zhe)(zhe)和AR技術從(cong)業(ye)者(zhe)(zhe)，獲(huo)取了(le)(le)一些專業(ye)指導(dao)性意見。

l AR醫療研究者

AR/VR在醫(yi)療領域(yu)的(de)應(ying)(ying)用(yong)前(qian)景廣闊。AR/VR技術(shu)在醫(yi)療領域(yu)的(de)應(ying)(ying)用(yong)主要(yao)包(bao)括輔(fu)助手術(shu)、輔(fu)助教(jiao)學和(he)輔(fu)助訓練。目前(qian)實現技術(shu)突破(po)的(de)關(guan)鍵(jian)點在于AR醫(yi)療輔(fu)助的(de)準確程(cheng)度，也就是怎么精確地將AR模(mo)型和(he)實際的(de)人(ren)體(ti)結合起來。一旦AR技術(shu)本身實現突破(po)，它在醫(yi)療領域(yu)的(de)應(ying)(ying)用(yong)也將快速跟進。

l 醫療從業者

專業醫(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)師(shi)(shi)認為，AR技術(shu)將(jiang)完(wan)全顛覆傳(chuan)統(tong)手(shou)術(shu)過(guo)程。它(ta)可以(yi)讓身體內的(de)各(ge)種結構呈現(xian)地更清晰、立(li)體，那么醫(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)生(sheng)手(shou)術(shu)也會更精確，與(yu)之對比，目前微創(chuang)手(shou)術(shu)依賴平面(mian)顯示，缺少景深信息。當(dang)然，相比AR技術(shu)的(de)先進性(xing)(xing)，醫(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)師(shi)(shi)們(men)更關心實(shi)(shi)際使用中(zhong)技術(shu)與(yu)成本的(de)平衡。受(shou)(shou)訪醫(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)生(sheng)表示，AR輔助醫(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)療的(de)費用不能超(chao)出醫(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)療機構和患(huan)者可承受(shou)(shou)的(de)范圍，阻(zu)礙(ai)新技術(shu)運用到實(shi)(shi)際的(de)往往是(shi)(shi)經濟原因(yin)。同時(shi)她(ta)也指出，人(ren)(ren)體結構的(de)復雜性(xing)(xing)將(jiang)成為技術(shu)突(tu)破的(de)極大障礙(ai)。她(ta)說(shuo)：“人(ren)(ren)體是(shi)(shi)系統(tong)性(xing)(xing)的(de)，而且時(shi)刻處于動態變化(hua)之中(zhong)，如何利用現(xian)有的(de)醫(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)療數據(ju)建立(li)準確的(de)人(ren)(ren)體模型將(jiang)是(shi)(shi)AR/VR醫(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)療付諸實(shi)(shi)際的(de)關鍵因(yin)素。”

l AR技術從業者

AR技術從業者認為(wei)，目前AR技術的(de)最大障礙在于用(yong)(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)不佳(jia)。笨重的(de)頭盔、糟糕的(de)顯示、卡頓的(de)交互，都很難讓用(yong)(yong)戶(hu)真(zhen)(zhen)正喜歡上AR產(chan)品，這(zhe)也是目前AR產(chan)業停滯不前的(de)原(yuan)因(yin)。如何提升用(yong)(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)，使得AR產(chan)品真(zhen)(zhen)正為(wei)用(yong)(yong)戶(hu)所習慣(guan)并喜愛，將是AR大規模應用(yong)(yong)的(de)前提。

相(xiang)比于社(she)會調研中(zhong)受訪(fang)者(zhe)對AR醫(yi)療(liao)的普遍樂觀預計，美(mei)國同學(xue)對AR醫(yi)療(liao)大(da)規(gui)模應用(yong)的預計比較(jiao)悲觀。他們(men)普遍認為，AR醫(yi)療(liao)要(yao)大(da)規(gui)模應用(yong)至少(shao)需要(yao)10年(nian)以上(shang)。

同時，他(ta)們也提(ti)出了(le)AR醫療的(de)(de)(de)用戶心(xin)理接受度(du)的(de)(de)(de)問題。根(gen)據恐怖谷理論[13]，人對(dui)AR虛(xu)(xu)擬(ni)(ni)對(dui)象的(de)(de)(de)好(hao)感程度(du)初期會隨著(zhu)仿(fang)真(zhen)度(du)的(de)(de)(de)提(ti)高(gao)而增加，但(dan)到(dao)達(da)一定(ding)階段就會進入極(ji)度(du)反感的(de)(de)(de)相反狀(zhuang)態，之后又(you)會回(hui)歸正常。隨著(zhu)技術水平的(de)(de)(de)提(ti)升，AR虛(xu)(xu)擬(ni)(ni)模(mo)型的(de)(de)(de)擬(ni)(ni)真(zhen)度(du)將不(bu)斷(duan)提(ti)升，如何引導用戶在心(xin)理上舒適地接受和看(kan)待虛(xu)(xu)擬(ni)(ni)模(mo)型也是必須考(kao)慮(lv)的(de)(de)(de)問題。

圖karrylady.cn：恐怖谷理論

根據上文中的(de)(de)(de)技術(shu)(shu)(shu)分析(xi)和技術(shu)(shu)(shu)預見，我們已經(jing)對增強現(xian)實(shi)應用在臨床手(shou)術(shu)(shu)(shu)中的(de)(de)(de)具體技術(shu)(shu)(shu)進行了(le)(le)詳細分析(xi)；同(tong)時我們也進行了(le)(le)廣泛的(de)(de)(de)社會調研，了(le)(le)解了(le)(le)社會不同(tong)群體對這項(xiang)技術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)了(le)(le)解、認識和需求(qiu)。

社(she)會(hui)(hui)調(diao)研結(jie)果(guo)(guo)表明，人們普遍認為AR在(zai)臨(lin)床手(shou)術(shu)(shu)(shu)(shu)治療上的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)是(shi)(shi)社(she)會(hui)(hui)發展(zhan)的(de)(de)(de)必然趨勢(shi)。karrylady.cn的(de)(de)(de)受訪(fang)者認為AR技術(shu)(shu)(shu)(shu)在(zai)醫療領域的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)符合社(she)會(hui)(hui)發展(zhan)趨勢(shi)；同時他們也愿意(yi)成為這(zhe)項(xiang)技術(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)者，karrylady.cn的(de)(de)(de)受訪(fang)者表示愿意(yi)接受AR/VR輔助的(de)(de)(de)臨(lin)床手(shou)術(shu)(shu)(shu)(shu)。可見AR技術(shu)(shu)(shu)(shu)應(ying)(ying)用(yong)于(yu)臨(lin)床手(shou)術(shu)(shu)(shu)(shu)存在(zai)市場需求。專業訪(fang)談(tan)結(jie)果(guo)(guo)和社(she)會(hui)(hui)調(diao)研結(jie)果(guo)(guo)一致顯示，目(mu)前(qian)AR技術(shu)(shu)(shu)(shu)還(huan)沒有在(zai)臨(lin)床手(shou)術(shu)(shu)(shu)(shu)領域大規(gui)模應(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)(de)根本(ben)原因(yin)是(shi)(shi)目(mu)前(qian)AR技術(shu)(shu)(shu)(shu)還(huan)不(bu)夠成熟(shu)。結(jie)合技術(shu)(shu)(shu)(shu)與社(she)會(hui)(hui)來考慮，我們應(ying)(ying)該采取何種措施，加速AR在(zai)臨(lin)床手(shou)術(shu)(shu)(shu)(shu)中的(de)(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)呢(ni)？我們從技術(shu)(shu)(shu)(shu)本(ben)身、企業、國(guo)家(jia)相關政策三個方面進(jin)行了創新方案設計。

技術方(fang)面，未來實用的(de)AR手術輔助(zhu)系(xi)統必須解(jie)決以下4個問題。

1) 實時性

虛擬(ni)圖(tu)像隨使用者(zhe)位置移動和環(huan)境(jing)變化實(shi)時(shi)顯示。

2) 精確匹配

虛擬模型要和(he)人(ren)體(ti)真實生理結構更為吻合(he)，包(bao)括結構精細(xi)度、清晰度、完整(zheng)性(xing)；同時虛擬模型的實際器(qi)官的定位匹(pi)配(pei)也要更加準確。

3) 深度感知

解決模型顯示(shi)中的聚焦、分辨率、對比度(du)等問題，同(tong)時提高(gao)深度(du)感知反饋能力。

4) 便攜性

設備小型(xing)化，佩戴更為舒適(shi)。

相(xiang)關企(qi)業應該采(cai)取(qu)“高低(di)并行”發(fa)展模式，從(cong)技術和市場兩方面入手。

1) “往高處走”

也就是提升技術水平，讓這項技術更快(kuai)地應用在復(fu)雜、艱難的手術操作中(zhong)，如(ru)腦(nao)部腫瘤手術，解決醫療難題(ti)。

2) “往低處走”

也就是通過(guo)一些(xie)簡單的應用(yong)，如(ru)在(zai)醫院提供(gong)一些(xie)小(xiao)的AR游(you)戲設(she)備，提高群眾對這項技術的認可度，拓寬市(shi)場渠道。

國家政策層(ceng)面，我們從產業、群(qun)眾(zhong)生活和(he)醫療體系三個方(fang)面提(ti)出了具體方(fang)案(an)。

1) 支(zhi)持高新企(qi)業(ye)發(fa)展(zhan)

《中國(guo)制造(zao)2025》中明確提出支持AR/VR技(ji)術(shu)相(xiang)關企業的發展，在目前中美貿易戰的大(da)環境下，必須認識到誰能占(zhan)據(ju)技(ji)術(shu)高點，誰就能在日后的國(guo)際競爭中占(zhan)據(ju)主動(dong)。因此(ci)國(guo)家應(ying)該大(da)力(li)支持高新技(ji)術(shu)企業的發展，給與(yu)相(xiang)應(ying)的優惠政策。

2) 醫療保險政策

從社(she)會調研中可(ke)(ke)以看到，民眾對AR輔助手術(shu)的(de)價格承受(shou)力較低，因此可(ke)(ke)以考慮將AR技術(shu)輔助臨床(chuang)手術(shu)納入醫療保險(xian)當(dang)中，降低民眾經濟負擔(dan)。

3) 健全監管體系

AR手(shou)術(shu)輔助技術(shu)在持續的(de)(de)發展(zhan)中，肯定會出現一些諸如成熟度不夠就貿然應(ying)用此(ci)類(lei)的(de)(de)問題，因(yin)此(ci)國家要盡早完(wan)善(shan)相關法律法規，健全醫療監管體系，讓AR手(shou)術(shu)輔助技術(shu)能(neng)真正做到(dao)造福于社(she)會。

本文就AR技(ji)術(shu)(shu)在臨床(chuang)手(shou)術(shu)(shu)中(zhong)的(de)應(ying)用技(ji)術(shu)(shu)，首先(xian)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)了(le)(le)詳細(xi)的(de)技(ji)術(shu)(shu)細(xi)節分(fen)析，對(dui)各個分(fen)技(ji)術(shu)(shu)領域做出了(le)(le)技(ji)術(shu)(shu)預見(jian)；同時(shi)進(jin)行(xing)了(le)(le)廣泛(fan)的(de)社(she)會(hui)調(diao)研(yan)，分(fen)別從普通(tong)群(qun)體和專業人士兩個角度征集(ji)對(dui)AR技(ji)術(shu)(shu)在臨床(chuang)手(shou)術(shu)(shu)中(zhong)應(ying)用的(de)意見(jian)。在技(ji)術(shu)(shu)預見(jian)和社(she)會(hui)調(diao)研(yan)的(de)基礎上，分(fen)別從AR技(ji)術(shu)(shu)、高新企業、國家相關政策三(san)個方(fang)面進(jin)行(xing)了(le)(le)創新方(fang)案設計。

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1. 您是否(fou)知道AR/VR技術？

是，否

2. 您是(shi)否想象過AR/VR技術用在醫療領域？

是 ，否

3. 如果(guo)未來可以通過AR/VR技術透視人體，您是否(fou)愿意接受？

是 ，否

4. 您(nin)認為AR/VR技術在醫療(liao)領域的應用(yong)符(fu)合社會發展趨勢嗎(ma)？

是，否

5. 您(nin)認為(wei)AR/VR技術在醫療(liao)領(ling)域的應用是(shi)否符合“智(zhi)慧城市”的發展理念？

是，否

6. 假設(she)您需要(yao)接受AR/VR輔助的腦部(bu)手術(shu)，您愿(yuan)意為此支付的金額(e)是多少(shao)？

1萬(wan)(wan)以下(xia)，1-2萬(wan)(wan)，2-5萬(wan)(wan)，5-10萬(wan)(wan)，10萬(wan)(wan)以上

7. 您認(ren)為AR/VR技術能給醫療帶來多大程(cheng)度的改變？

很(hen)小改(gai)變，一部分領域的改(gai)變，徹底改(gai)變

8. 您認為AR距(ju)離(li)實際應用還有多(duo)長時間？

3年(nian)以內，3-5年(nian)，5-10年(nian)，10年(nian)以上

9. 您認為AR技(ji)術要應用在實際中最大的(de)障礙是什么？

技術(shu)不成熟，費用高昂，觀念上難以(yi)接受(shou)，其他(ta)

10.您對AR/VR技術未來發展的意見？

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