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新闻动态 > 廖洪恩:裸眼3D—让医学影像更立体
廖洪恩:裸眼3D—让医学影像更立体
作者:廖洪恩 来源:人民日报 发布时间: 2020-04-20
编者按:《人民日报》于 2020年03月18日刊发了国际健康产业论坛创始成员、千人计划专家、清华大学生物医学工程系主任廖洪恩教授的署名文章 《裸眼3D,让医学影像更立体》,现转发给大家参考。
裸眼3D,就是在不需要任何辅助设备的情况下,用人眼直接获得具有空间、深度的逼真立体影像。早在100多年前,人们便用光栅或透镜的方式将影像分别投影到空中。但这种方式存在一些局限, 因为它形成的图像并不是完整的信息,只是让人产生视觉上的视差,通过这种视差合成为三维的影像。直到上世纪90年代,得益于计算机及相关技术的发展,科研人员将这一技术拓宽到立体影 像的采集、重建和显示中,实现了立体影像的裸眼观察,并应用到不同的领域。
在医疗领域,从任何一个角度都可以看到像实物一样的信息尤为重要。目前的医学影像大多为断层图像或三维重建图像,仍通过普通的2D平面显示器呈现,无法直接呈现复杂而精细的完整 “三维人体地图”。同时,手术中还存在着手眼协调问题。医生在进行微创手术时,无法直接看到人体内部的情况,需要参考医学影像信息做出诊疗的判断决策。医生在操作时,需要在医学 影像显示器与手术区域间反复切换视线,造成时间浪费,甚至有可能导致手术的失误。
增强现实或虚拟现实技术的运用,可以有效解决上述问题,把精细的“三维人体地图”叠加显示在手术区域中。然而,基于头戴式显示器或立体手术显微镜的双目立体引导手术,需要医生佩 戴眼镜等附加装置,观察的便捷性和舒适性与观察自然物体相比有所下降。此外,基于双目视觉原理重建出立体场景的空间尺寸,会随观察者的不同而变化,从原理上无法恢复与真实物体 尺寸相同的立体影像。因此,上述技术对成像精度要求较高的应用存在一定局限。在这方面,国内外尚无成熟的真三维立体影像手术导航商用产品问世。
裸眼三维医学立体全像技术由此应运而生。该技术是一种用光在空中重构物体的裸眼立体成像方法,利用微透镜阵列对光的定向调制作用,使用一个二维显示器与一个微透镜阵列的紧凑显 示系统即可重现真三维全真彩色影像。这项技术在微创手术中将为医生提供更丰富的信息。
为了更好地将这一技术运用在临床上,科研人员开发出基于立体全像技术的新型空间透视融合导航。该技术相当于为医生增加了一双透视眼,巧妙利用光学器件和空间结构设计,将裸眼三维 医学影像和实际病人完全融合显示,实现增强现实的直观手术引导。这样一来,医生便可以直接看着手术区域进行操作,被外部皮肤、骨骼遮挡的内部器官病灶一目了然,解决了医生手眼协 调问题。同时,便于医生直接抵达病灶进行治疗,避免手术操作对其他重要生理结构的损伤,从而缩短手术时间,提高手术的精确性和安全性。目前,这项技术已在骨科、脑外科、颌面外科 等领域进行了充分的理论与应用研究,形成了系统的解决方案框架。
裸眼三维新技术领域的科研工作者正朝着将成像距离变得更长、角度变得更宽、清晰度变得更高的目标而努力。随着相关技术的不断发展和成熟,相信裸眼3D技术还将被推广到教育、娱乐、传媒、工业等各个领域。