目的设计和研发一种辅助肝脏肿瘤精准化消融治疗的增强现实导航系统,并验证其可行性和实用价值。材料和方法该系统集成了图像分割、三维重建、图像配准、定位和跟踪、呼吸运动补偿和AR显示等技术。通过一个腹部体模实验和7只犬的动物实验研究,来验证系统的导航精度和可视化效果。在体模实验中,应用导航系统,对肝脏仿真肿瘤穿刺,统计了导航精度,包括靶点定位误差、用户手动误差和靶点配准误差。在犬动物实验中,通过对犬肝脏人工种植肿瘤的导航穿刺下和常规CT引导陡手下穿刺的两种方法对比研究,记录和比较两种方法的穿刺时间、穿刺次数、CT扫描次数、总辐射剂量和穿刺精度的差异性。结果体模实验中,在该导航系统下完成了30次穿刺。靶点配准误差(TRE)为(4.24±1.63)mm,用户手动误差(UE)为(3.32±1.19)mm,靶点定位误差(TPE)为(4.24±1.65)mm。应用单样本t检验分析导航穿刺TPE((4.24±1.65)mm)与5mm临界值比较有显著差异(P=0.018<0.05),表明AR导航误差更小,其精度符合经皮穿刺操作要求。应用单因素(ANOVA)方差分析法,研究三种轨迹对UE的影响,无显着性差异(P=0.116);并研究操作者的技能和路径对TPE的影响,TPE之间无显著差异性(P=0.288,0.304)。应用配对t检验分析法,两种不同操作者的对UE值影响,无显著性差异(t=1.335,P=0.203)。犬动物实验中,对7只比格犬肝脏成功植入14个人工种植肿瘤,对14个肝脏肿瘤分别行该导航穿刺下和常规CT引导陡手下穿刺,两种方法的穿刺时间数比为(t=6.936,P=0.000<0.01);穿刺次数比为(t=6.450,P=0.000<0.01);CT扫描次数比(t=6.450,P=0.000<0.01);总辐射剂量比为(t=2.523,P=0.025<0.05);穿刺精度比为(t=3.315,P=0.006<0.01)。在增强现实显示方面,应用该导航系统,借助微软HoloLens全息眼镜,可以实现三维显示效果,操作者能够在导航系统的辅助下获得“透视”的能力,直观地感知消融针与肿瘤的相对位置关系,有利于提高穿刺准确性。结论本文AR导航系统达到理想导航精度要求,有效提高穿刺效率,减少穿刺次数、减少CT扫描次数;同时,能够实现穿刺操作过程的“可视化”和实时定位导航。是CT引导肝脏肿瘤穿刺消融的有效辅助手段。