（上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240）

0 引言

随着计算机图形学和医学影像分析技术的发展，增强现实（Augmented Reality，AR）技术已成为计算机应用领域的研究热点之一，在治疗指导［1］、患者康复［2］、手术导航［3］等方向发展迅速。光学半透式头戴显示器（Optical See-Through Head-Mounted Display，OST-HMD）在增强现实中应用广泛，它可以为用户提供在不同场景下身临其境的体验。许多可穿戴显示设备已被用于医疗用途，如谷歌眼镜（公司为Google，CA）［4］、Optinvent（公司为Rennes，France）［5］、Vuzix M300（公司为Vuzix，Rochester，NY）［6］和HoloLens（公司为Microsoft Corporation，Redmond）［7］。

在增强现实辅助手术和介入治疗领域中，有很多基于Microsoft HoloLens 的尝试。在不可逆电穿孔（IRreversible Electroporation，IRE）中，利用HoloLens 在目标区域显示超声二维图像来对电极针消融进行引导。文献［8］中提到用手眼标定来计算光学跟踪系统和HoloLens 坐标系之间的转换，但并未提及系统的精度。在骨科手术中，Gibby 等［9］通过半透式头盔中的三维手术路径来引导椎弓根螺钉的置入，但是虚拟路径和脊椎模型之间的对齐是靠手动实现的。石磊等［10］在肝癌切除手术中使用HoloLens 进行手术规划和术中引导，但虚拟模型与术中靶器官的匹配也是手动实现的。于德旺等［11］利用Vuforia 插件对比了识别图注册、三点注册和手动注册方法，通过实验验证三种方法的平均误差值为4.16 mm。Hajek等［12］使用两台HoloLens 配合实现了闭环校准，一台由用户佩戴，另一台固定在C 臂机上作为定位装置。通过手眼标定估计了C 臂机到HoloLens 的转换矩阵，并借助即时定位与地图构建算法（Simultaneous Localization And Mapping，SLAM）在同一世界坐标系中标记这两台HoloLens，最终建立锥形束计算机断层扫描（Cone-Beam Computed Tomography，CBCT）坐标系到虚拟坐标系之间的映射，该方法在定位上的均方根误差为26.6 mm。……