超越提示：为什么全程形状感知对手术导航很重要

微创手术 （MIS） 改善了患者护理，实现了在内窥镜、泛血管和机器人领域的微创、更快、更精确的手术。然而，许多手术仍然依赖于传统的跟踪系统，而这些跟踪系统从未在其设计阶段，考虑更先进医疗介入器械的复杂性和灵活性。这就是全程形状传感的与众不同之处——为当今柔性器械在体内的行为提供了更全面、更动态的视图。

大多数跟踪技术（如电磁导航系统和基于阻抗的导航系统）仅跟踪离散点，通常仅跟踪器件尖端。这些方法，虽然在特定使用案例中有所帮助，但缺乏当今灵活器械所需的全面空间感知能力。我们将在下面进一步探讨其局限性。

导航的未来，并不是在某一点上更好地跟踪。这是关于整个器械长度的分布式智能感知。当今的干预措施要求更高：器械弯曲、扭曲和对组织的动态响应，需要一种超越尖端的新型跟踪解决方案。

基于提示的跟踪：我们已经超越了什么

1. 电磁跟踪

电磁跟踪系统，广泛用于各种介入手术，并在单个传感器位置提供 6 自由度 （6DOF）位置和方向。

优点：当磁场不失真且手术只需要尖端反馈时，电磁跟踪可以很好的工作。

限制：

（1） 仅跟踪单个点，通常位于尖端

（2） 不提供有关轴曲率或实时器械形状的数据

（3） 容易受到周围金属和电子设备的干扰

（4） 经常需要医生依靠2D透视进行确认，从而增加辐射并降低效率

（5） 虽然一些研究平台已经探索在单个设备中使用嵌入多个无线磁标记，但磁干扰、有限的空间分辨率和同步定位的复杂性等挑战，使得这种方法对于器械全程跟踪来说不切实际

其含义很明显：在复杂的解剖结构中导航长而灵活的设备时，仅知道尖端位置是不够的。即使是轴形状或扭矩行为的微小偏差也可能导致错过目标或意外伤害——这些都无法检测到电磁跟踪。

2. 基于阻抗的跟踪

该系统几乎专门用于电生理学 （EP） 程序。它在多个电极上提供 5 个自由度 （5DOF），提供位置数据，但不提供方向信息。

为什么将其用于 EP：诊断EP导管已经需要多个电极来进行传感和消融。通过阻抗跟踪这些相同的电极非常方便，不需要额外的组件。

为什么它不在其他地方使用：

   （1） 每个跟踪电极都需要一根嵌入式导线，这增加了复杂性和刚度

   （2） 需要患者表面贴片和专用场发生器

   （3） 由于呼吸和电导率变化而发生变形

   （4） 无法提供可靠的器械全轴形状重建

简而言之：虽然基于阻抗的系统可以沿着EP导管的各个部分映射位置，但它们无法扩展到其他介入设备，而且它们仍然缺乏完整的方向感知能力。

点跟踪无法满足复杂解剖结构和灵活工具的需求。我们需要更强大、更分布式的东西。

我们真正需要的：全程分布式位置感知

柔性导管不像刚性杆那样移动。它们在曲折的解剖结构中弯曲，对外力做出反应，并且对扭矩高度敏感。在导航这些器械时，外科医生需要知道的不仅仅是尖端的位置。他们需要看到：

     ·  曲线的起点和终点

     ·  如果在视野之外形成了一个闭环信息反馈

     ·  整个器械全程的实时动态行为方式

     ·  扭矩如何沿着器械传播并可能对导航产生的影响

这不是6DOF与5DOF的问题，而是您是否有任何DOF数据分布在器械的整个长度上的问题。即使是5DOF，当该数据在整个器械中都可用时，外科医生获得的洞察力也比从单个点获得的洞察力呈指数级增长。

形状传感的优势

3D光纤形状传感不依赖于单点跟踪。它将传感光纤嵌入到器械本体中，实时捕获数千个位置点的曲率和应变数据。

     ·  沿轴多达4000个传感点

     ·  每个点都有坐标和方向数据 （6DOF）

     ·  检测发生的微弯、扭转和变形

     ·  监控扭矩累积

     ·  不受电磁失真的影响

     ·  不依赖基于辐射的成像

这使外科医生可以全面了解器械的位置及其行为方式，而无需外部搭配其他追踪系统或重复透视。

为什么它对人工智能和自主性很重要

全程形状传感，不仅与人类外科医生有关，它还是实时设备监控和系统级感知等未来创新的数据层。通过连续的分布式传感，该平台可以：

     ·  实时器械监控：在漫长而复杂的病例中监测导管完整性。

     ·  AI引导的程序：形状感知数据为机器学习模型提供强大的高分辨率输入。

     ·  自主机器人：机器人可以根据全器械意识做出实时决策。

     ·  自动记录：系统可以自动记录和总结手术动态。

     ·  智能刀具选择：基于实时形状行为的自适应规划。

为什么是现在？

我们正处于医学导航技术的转折点。随着手术变得越来越复杂和针对特定患者，传统跟踪方式的局限性成本也越来越高。监管压力和对无辐射手术室的推动正在加速这一转变。

  ·  对无辐射干预措施的需求正在增长

  ·  机器人和介入人工智能正在加速发展

  ·  手术的复杂性正在增加，对准确性的期望也在增加

全程形状感技术，应不仅仅是升级。它是下一代导航的基础技术。

实际应用案例

形状传感不再是假设的，它正在整个护理过程中被积极使用。以下是如何应用它的几个示例：

     ·  学术研究：领先的大学正在验证形状传感在机器人控制和MIS工作流程中的应用。

     ·  OEM创新：器械制造商使用形状传感来改善导管反馈并降低集成风险。

     ·  临床探索：血管和腔内平台的早期应用显示出更安全、更高效的导航的巨大潜力。

构建更智能手术的平台

在TSSC，我们不仅仅是导航系统，我们还在帮助构建智能手术的未来。全程形状传感是这种转换的数据依托，能够：

  ·  先进的机器人系统

  ·  实时术中洞察

  ·  更可预测和可重复的结果

未来的导航技术，不会局限于一点，而将依赖于看到全貌。