裸眼3D技术在医学检测中的应用研究

裸眼3D技术在医学检测中的应用研究

牛志颖 ,刘雨 ,成若梅 ,苗俊涛 ,巩梦瑶

山东协和学院   济南 250107

摘要：随着裸眼3D技术日渐成熟，软硬件设施不断完善，裸眼3D也因其富有真实感、立体感、无需佩戴专用眼镜等优势，取得了极为出色的效果。其在医学方面的应用也非常广泛。本文探讨了裸眼3D显示技术在医学检测中的应用研究。

关键词：裸眼3D显示技术；医学检测；应用

1引言

随着3D技术在近几年的快速发展，带来了许多新奇的体验。也推动了众多行业的技术革新，军事、工业、医疗、影视娱乐等领域都不断有新的成果出现，其中裸眼3D技术将是未来发展的必然趋势。其在医学检测方面的贡献也尤为突出。微创手术持续时间特别长，如神经瘤外科手术平均持续时间为7小时24分钟。在医学影像显示器与手术区域间反复切换，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，需要视线，造成时间浪费，甚至有可能导致手术的失误。在术前医学检测时也会出现2D影像呈现不立体，导致手术预案错误，进而手术进行不顺利。由此，我们研发了医学天眼-一款医用透视3D影像显示系统。

2医用透视3D影像显示系统

2.1介绍

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。

2.2MIMIC S+超级链接转换系统

自主研发MIMICS+服务，在兼容所有CT机接口及CT数据的同时，仍可处理微创手术探头杆，扩张器探头等A型和M型超声诊断探头，在双重运算的同时，处理各种CT, Tech CT, MRI和显微镜数据，让图像不仅仅是DICOM格式。

2.3高分辨率立体全像渲染技术

手术场景发生变化时，引导影像需实现实时渲染，以进行同步更新。然而，立体全像渲染过程包含大量的计算，为保证渲染速度符合临床需求，使用基于图形处理器（GPU）并行加速的立体全像渲染流程 ，使用商用级 GPU 便可实现高分辨率实时立体全像渲染。

系统具有200亿个像素/秒的像素填充率，三角形生成速率超过100万个/秒，贴图分辨256X256~4096X4096，可进行上千万个三角面以及大型（高分辨率）纹理贴图的三维场景实时渲染，较同类计算机图形学算法提升50%。从而术前可以进行立体全像渲染达到3D效果，以便做好术前预案。

2.4仿真基元图像计算

通过计算机仿真基元图像生成过程，并将基元图像显示在二维平面显示器上，配合基元图像的计算方法以实现动态重现。医生可以决定手术器械的入口和路径，以避免损伤周围的高风险结构。同时，辅助进行注册。结合患者术前医学图像选择不同的注册方法，完成术前医学图像与实际患者的统一。直观的人性化友好界面能够为医生提供可视化引导。

3裸眼3D技术的应用

3.1医学检测诊断辅助

在医学会诊和远程诊断中，医生都需要借助医学影像来获取病人的相关信息，一次对患者的病情作出全面细致的思考和分析，从而获取正确的诊断和制定治疗方案和预案。因此,让医学影像最大化地反映实物显得尤为重要。目前的医学影像大多通过普通的2D平面显示器呈现，对病灶区域的表现力不足,无法真实地展示病情,不利于医生从各个角度观察病灶,容易误诊。裸眼3D显示技术能将病灶部分的具体三维结构逼真地展示在医生眼前，同时免去佩戴3D眼镜的麻烦,更方便交流互动。对于远程会诊,裸眼3D显示技术与5G技术的配合使用,能实时传输会诊视频,3D的立体效果又让每位医生有亲临现场之感,有助于进行诊断,能够提高医生诊断的准确性和效率。

3.2医学检测手术辅助

医学透视3D影像显示系统具有高精度，低延时，可视角度广，可视距离多样化，准确定位等特点。

产品实体由MIMICS+超级链接转换系统和信息处理一体化显示器构成运用基元算法，将CT数据形成3D数据，运算速度提升50%高分辨率实时图像渲染，为医生提供良好的手术环境在手术过程中实时跟踪检测手术器械的位置，确定病灶区域的空间位置。

医生在进行微创手术时，需要观看医学影像了解人体内情况。2D影像不利于医生准确把握患病部位的定点切除和治疗,有可能导致手术的失误。裸眼3D技术可以通过立体影像的投射,很好地展示患者的病灶信息,方便医生进行手术定位,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成功率,实现直观手术引导,同时也提高了医生观看的便捷性和舒适性。因此,利用裸眼3D显示技术进行手术辅助特别适用于口腔、腹腔、胃肠等需要借助医学影像进行操作的手术。

3.3医学检测治疗辅助

立体的3D影像能使人沉浸于虚拟场景之中，对人的知觉与感觉产生一定的影响。因此,利用裸眼3D显示技术可以对一些受场景影响较大的疾病进行治疗,如精神疾病的诊断和治疗。精神疾病鉴别诊断要结合身体检查和具体的知觉、情感、意志行为的表现,有些精神病患者在生活中的表现与常人无异,但在特定场景下受到刺激就会导致病发,如强迫症、狂躁症等。因此,我们可以利用裸眼3D显示技术虚拟场景，辅助精神病人的诊断和治疗。当然,还有很多疾病或者身体问题可以通过裸眼3D显示技术制造场景来辅助治疗,如近视眼、术后康复等。

4总结

不管是远程操作,还是近处观察,裸眼3D显示技术以其巨大的优越性,将在医学检测领域中发挥重要的作用。随着科学技术的不断进步,未来必将提高裸眼3D技术在医学中的应用。努力打造一个真正符合医生需求的裸眼3D显示系统，裸眼3D正在点亮未来生活，颠覆人类新视界，已经起航，美好的前景即将展现。

参考文献：

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指导老师：宋艳芳、颜安  山东协和学院