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进入大脑进行神经外科手术涉及钻孔和切割，这可能会导致深部大脑解剖结构发生变化或扭曲。这可能会导致术前成像与手术过程中大脑的实际状态之间存在差异。

当前的手术导航系统可能有助于提供实时指导，但通常使用别针和夹子将患者的头部牢固地固定到位，这会带来并发症的风险并会延长恢复时间。

约翰霍普金斯大学手术、治疗和放射成像 (I-STAR) 实验室的一组研究人员正在研究一种侵入性较小的解决方案，该解决方案不需要额外的设备，也不会让患者暴露在额外的辐射下扫描与实时成像相关。他们与医疗设备公司美敦力(Medtronic)和美国国立卫生研究院合作开发了一种使用内窥镜的实时引导系统，内窥镜是神经外科常用的一种设备。

I-STAR 实验室的博士研究生、该研究的主要作者 Prasad Vagdargi 表示：“我们的研究证明了这种实时 3D 导航方法相对于当前可视化技术的优越性。”Vagdargi 的顾问是计算机科学系生物医学工程教授 Jeffrey Siewerdsen 和计算机科学教授 Gregory Hager。

该团队的手术引导方法建立在一种称为同步定位和映射(SLAM)的先进计算机视觉技术之上，该技术也已用于自动驾驶汽车的导航。校准内窥镜视频输入后，该团队的 SLAM 算法会跟踪每个帧中的重要视觉细节，并使用这些细节来确定内窥镜摄像头的位置及其定位方式。然后，算法将这些细节转换为物体的 3D 模型——在本例中是患者头骨的内部。然后将该模型与真实世界的视频源叠加，以在屏幕上实时可视化目标结构。

“将其视为患者大脑的动态 3D 地图，您可以使用它来跟踪深部大脑变形并将其与术前成像进行匹配，”Vagdargi 说。“将该地图与内窥镜视频上的增强现实叠加相结合，将有助于外科医生可视化大脑表面以外的目标和关键解剖结构。”