基于双目结构光的术中肝脏表面局部亮度饱和分区投影

作     者：陈龙 王文聪 张峰峰 孙立宁 CHEN Long;WANG Wen-Cong;ZHANG Feng-Feng;SUN Li-Ning

作者机构：苏州大学机电工程学院江苏苏州215006 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215123 

出 版 物：《光学精密工程》 (Optics and Precision Engineering)

年 卷 期：2021年第29卷第11期

页      面：2590-2602页

核心收录：

学科分类：1002[医学-临床医学] 100210[医学-外科学(含：普外、骨外、泌尿外、胸心外、神外、整形、烧伤、野战外)] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 10[医学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(No.2018YFB1307700) 

主　　题：肝脏 结构光 亮度饱和 投影 区域分割 

摘      要：开放式肝脏肿瘤切除手术是治疗肝脏肿瘤的最有效方法,基于双目结构光的术中肝脏表面三维重建对肿瘤的精确定位起到至关重要的作用。但由于手术环境光照和双目相机采集图像的位置等因素,将造成相机拍摄的图像出现局部亮度饱和问题,进而导致肝脏表面三维重建缺失。为此,本文提出基于不同反射率区域分割投影算法制定的自适应最佳条纹光栅的方法来解决该问题。先建立肝脏表面光照的物理模型和双目系统下的肝脏表面光照示意图并分析肝脏表面局部亮度饱和的影响。接着,利用肝脏表面不同位置的反射率不同,进行区域划分,根据不同反射率的区域分割投影算法来计算自适应最佳条纹光栅的强度,实现肝脏表面的分区投射。然后,将左、右相机图像中的饱和点转换到投影仪投射的条纹图像中并通过局部亮度饱和实验来验证本文提出的方法对克服肝脏表面局部亮度饱和问题的有效性。最后,通过猪肝实验结果表明:采用本文提出的方法后,三种不同手术状态下因局部亮度饱和而导致猪肝三维重建表面的缺失比率分别从1.1%、2.9%和1.4%降至0%,并且猪肝表面三维重建精度达到0.75 mm。本文的方法基本可以满足医生提出的术中肝脏表面三维重建精度1 mm以内并且重建表面无缺失的要求。