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裸眼3D,使医学图像更立体(科技视角)

来源:烟台之声 时间:2020-03-21 20:11:27

裸眼3天是在没有任何辅助设备的情况下,直接用人眼获得空间和深度的真实立体图像。早在100多年前,人们就用光栅或镜片将图像投射到空中。然而,这种方法也存在一定的局限性,因为它所形成的图像不是完整的信息,而是使人们产生视觉视差,通过视差将视差组合成三维图像。直到20世纪90年代,由于计算机和相关技术的发展,研究者将其推广到立体图像的获取、重建和显示,实现了对立体图像的肉眼观察,并将其应用于各个领域。

在医疗保健领域,从任何角度看类似物体的信息都是特别重要的。目前,医学图像多为层析图像或三维重建图像,仍以普通二维平面显示为主,不能直接呈现复杂、精细、完整的三维人体地图。同时,手术中还存在着手眼协调的问题.医生在进行微创手术时,不能直接看到人体的内部情况,因此需要参考医学影像信息进行诊断和治疗的判断和决策。在手术中,医生需要在医学图像显示和手术区域之间反复切换视线,造成时间浪费,甚至可能导致手术失误。

增强现实技术或虚拟现实技术的应用可以有效地解决上述问题,并在外科领域显示出精细的三维人体地图。然而,基于头戴显示器或立体手术显微镜的双目立体导向手术要求医生佩戴眼镜等附加设备,观察的方便性和舒适性低于观察自然物体。另外,基于双目视觉原理,立体声场景的空间尺寸随观察者的变化而变化,与真实物体大小相同的立体图像原则上无法恢复。因此,上述技术的应用存在一定的局限性,对成像精度提出了更高的要求。在这方面,目前国内外还没有成熟的三维图像外科导航产品。

裸露的三维医学立体成像技术应运而生。该技术是一种利用光在空气中重建物体的肉眼立体成像方法。利用微透镜阵列对光的方向调制作用,可以利用二维显示和微透镜阵列的紧凑显示系统来再现真实的三维全真实彩色图像。这项技术将为医生提供更多关于微创手术的信息。

为了更好地将这一技术应用于临床实践,研究人员开发了一种基于立体全像技术的新型空间透视融合导航技术。这项技术相当于为医生增加一双透视眼,巧妙地使用光学设备和空间结构设计,将裸露的三维医学图像和实际患者完全集成和显示,可以实现增强现实的直观外科指导。这样,医生就可以直接看手术区域,通过外部皮肤、骨内器官病变的遮挡一目了然,解决医生的手眼协调问题。同时,方便医生直接到达治疗中心,避免手术对其他重要生理结构的损伤,缩短手术时间,提高手术的准确性和安全性。目前,该技术已在骨科、脑外科、颌面外科等领域进行了充分的研究,并形成了一个系统的解决方案框架。

裸眼3D新技术领域的研究人员正致力于使成像距离更长、角度更宽、清晰度更高。随着相关技术的不断发展和成熟,人们相信裸3D技术也将在教育、娱乐、媒体、工业等领域得到推广。

(作者是清华大学医学院生物医学工程系教授)

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