同轴激光扫描和光致变色标记应用于远程手术指导

来源 :中国科学技术大学 |
显示技术作为手术导航系统中的一项关键技术,承担着将成像和定位信息融合展现给手术医生的重要功能。为了能够达到类似于在手术现场指导的效果,远程手术指导中的显示技术显得尤为重要。然而,目前的远程手术指导标记显
显示技术作为手术导航系统中的一项关键技术,承担着将成像和定位信息融合展现给手术医生的重要功能。为了能够达到类似于在手术现场指导的效果,远程手术指导中的显示技术显得尤为重要。然而,目前的远程手术指导标记显示技术存在着一些不足:普通屏幕显示需要医生不断切换视线,增强现实显示要实现良好的实时三维重建十分困难,且分辨率和视野有限,投射式增强现实显示的亮度和对比度有限,且这些技术显示出的标记都存在当组织变形时的失效问题。为了克服这些不足,本文提出了一种光致变色标记显示技术,并为此设计了同轴视觉激光标记系统和光致变色薄膜。该系统由激光扫描模块、图像捕获模块和其他组件构成,具有将在相机视觉下绘制的手术指导标记用激光扫描出来的功能。该薄膜具有生物兼容性可用于人体皮肤上,经紫外光照射后能产生非常明显的变色。二者配合,可将远程专家医生绘制的手术指导标记清晰地显示并保留在患者皮肤表面。该技术可扫描显示出变色显著的标记,且标记可以维持视觉感受很明显的色差20 min以上。在420 mm的工作距离下,系统的激光定位平均误差为0.33 mm,扫描出的标记准确度(IoU)可达0.93±0.02。本论文通过与手绘标记方式的对照试验,验证了该技术在准确度、高效性和直观性上的优越性;通过离体组织演示实验,验证了该技术用于远程手术指导的可行性。本研究为远程手术指导提供了一种全新的安全准确且直观高效的显示技术,对实现外科手术技术跨地域共享,促进远程医疗发展,解决医疗资源不均衡难题有着重要意义。
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