裸眼3D，就是在不需要任何輔助設(shè)備的情況下，用人眼直接獲得具有空間、深度的逼真立體影像。早在100多年前，人們便用光柵或透鏡的方式將影像分別投影到空中。但這種方式存在一些局限，因為它形成的圖像并不是完整的信息，只是讓人產(chǎn)生視覺上的視差，通過這種視差合成為三維的影像。直到上世紀(jì)90年代，得益于計算機(jī)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，科研人員將這一技術(shù)拓寬到立體影像的采集、重建和顯示中，實現(xiàn)了立體影像的裸眼觀察，并應(yīng)用到不同的領(lǐng)域。

在醫(yī)療領(lǐng)域，從任何一個角度都可以看到像實物一樣的信息尤為重要。目前的醫(yī)學(xué)影像大多為斷層圖像或三維重建圖像，仍通過普通的2D平面顯示器呈現(xiàn)，無法直接呈現(xiàn)復(fù)雜而精細(xì)的完整“三維人體地圖”。同時，手術(shù)中還存在著手眼協(xié)調(diào)問題。醫(yī)生在進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)時，無法直接看到人體內(nèi)部的情況，需要參考醫(yī)學(xué)影像信息做出診療的判斷決策。醫(yī)生在操作時，需要在醫(yī)學(xué)影像顯示器與手術(shù)區(qū)域間反復(fù)切換視線，造成時間浪費，甚至有可能導(dǎo)致手術(shù)的失誤。

增強(qiáng)現(xiàn)實或虛擬現(xiàn)實技術(shù)的運用，可以有效解決上述問題，把精細(xì)的“三維人體地圖”疊加顯示在手術(shù)區(qū)域中。然而，基于頭戴式顯示器或立體手術(shù)顯微鏡的雙目立體引導(dǎo)手術(shù)，需要醫(yī)生佩戴眼鏡等附加裝置，觀察的便捷性和舒適性與觀察自然物體相比有所下降。此外，基于雙目視覺原理重建出立體場景的空間尺寸，會隨觀察者的不同而變化，從原理上無法恢復(fù)與真實物體尺寸相同的立體影像。因此，上述技術(shù)對成像精度要求較高的應(yīng)用存在一定局限。在這方面，國內(nèi)外尚無成熟的真三維立體影像手術(shù)導(dǎo)航商用產(chǎn)品問世。

裸眼三維醫(yī)學(xué)立體全像技術(shù)由此應(yīng)運而生。該技術(shù)是一種用光在空中重構(gòu)物體的裸眼立體成像方法，利用微透鏡陣列對光的定向調(diào)制作用，使用一個二維顯示器與一個微透鏡陣列的緊湊顯示系統(tǒng)即可重現(xiàn)真三維全真彩色影像。這項技術(shù)在微創(chuàng)手術(shù)中將為醫(yī)生提供更豐富的信息。

為了更好地將這一技術(shù)運用在臨床上，科研人員開發(fā)出基于立體全像技術(shù)的新型空間透視融合導(dǎo)航。該技術(shù)相當(dāng)于為醫(yī)生增加了一雙透視眼，巧妙利用光學(xué)器件和空間結(jié)構(gòu)設(shè)計，將裸眼三維醫(yī)學(xué)影像和實際病人完全融合顯示，實現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實的直觀手術(shù)引導(dǎo)。這樣一來，醫(yī)生便可以直接看著手術(shù)區(qū)域進(jìn)行操作，被外部皮膚、骨骼遮擋的內(nèi)部器官病灶一目了然，解決了醫(yī)生手眼協(xié)調(diào)問題。同時，便于醫(yī)生直接抵達(dá)病灶進(jìn)行治療，避免手術(shù)操作對其他重要生理結(jié)構(gòu)的損傷，從而縮短手術(shù)時間，提高手術(shù)的精確性和安全性。目前，這項技術(shù)已在骨科、腦外科、頜面外科等領(lǐng)域進(jìn)行了充分的理論與應(yīng)用研究，形成了系統(tǒng)的解決方案框架。

裸眼三維新技術(shù)領(lǐng)域的科研工作者正朝著將成像距離變得更長、角度變得更寬、清晰度變得更高的目標(biāo)而努力。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，相信裸眼3D技術(shù)還將被推廣到教育、娛樂、傳媒、工業(yè)等各個領(lǐng)域。

(作者為清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系教授)

(廖洪恩)

標(biāo)簽： 裸眼3D