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3D技术的多元化应用

文章来源:网络收集 作者:无 发布时间:2010年10月12日 点击数: 字号:

  如今3D立体影像已经广泛应用在医疗和科学研究上,例如国网中心就与清大「脑神经研究中心」主任江安世合作,将果蝇的脑部结构与脑神经分布全部「3D化」,透过立体影像独特的空间感解密,果蝇的脑部图谱也一一现身。图为首次观看果蝇脑神经立体影像的观众所自然流露的惊讶表情。

  3D立体影像能帮助观众更精准地抓住各种「被摄物」间的距离感,这种「深度视觉」的特质,运用在影视产业上固然娱乐效果十足,但转个方向结合教育、生命科学、地理信息重建、提升医疗手术质量与效率等各层面的应用,也能发挥造福社会的积极作用,「3D创新科技」也成为目前各领域学界亟待推广的研究面向。

  2010年3月19日,比利时法语区首府Li?ge正在举行第9届 的「Imag?Sant? Festival」(健康影展),主办单位在市中心的Sauveni?re影院放映了一场长达3小时的「实时转播」影片,内容非关科幻,却也刀光血影十足刺激,原来这是同一时间在距影院16公里之外的Centre Hospitalier Universitaire医院所进行的一场脑神经外科手术。

  3D手术写历史

  这场全球首次「3D Live」手术,执刀者为比利时的神经外科权威Didier Martin教授。要完成这场跨时代转播并非易事,首先,所有的摄影器材都必须经过严格消毒、剧组人员也得像医护人员般穿上无菌衣;另外,拍摄及打光时,都必须与医疗团队保持至少10公尺的距离,以免因不必要的肢体碰撞造成干扰、提高手术风险。

  除此之外,由于3D实时影像的数据量极为庞大(传输速度需达每秒500MB才能正常转播),拍摄团队还请来2家比利时知名计算机公司支持架设网络,才得以顺利达成转播任务,并让同一时间在影院「远距参与」的医疗同业们赞赏不已。

  当然,像是打开头盖骨等血肉模糊的画面,并非一般人所能接受,然而对于医疗专业人员来说,3D立体影像如临手术现场的视觉效果,却对他们判断病灶位置、了解动刀程序,以及学习手术时若遇到大出血或其他紧急情况的应变措施,带来莫大帮助。

  也难怪事后比利时国家广播电视台访问现场观众时,有人居然意犹未尽地说:「我觉得比《阿凡达》还精彩!」

  运用立体影像标记肿瘤(黄色区块),不但可帮助医生确认病灶位置、提前掌握下刀的距离与分寸,也能更清楚地为病患及其家属解释手术风险与利弊得失。图/国网中心提供

  立体影像辅助医疗

  事实上,将立体影像应用在医疗早已行之有年。像是国内最高阶的计算机运算中心──位于新竹科学园区的国家实验研究院高速网络与计算中心(简称「国网中心」),早从2001年开始,就陆续与长庚医院及台大医院合作,将医院所提供的病患X光片、计算机断层扫描及核磁共振等检查数据,运用特殊软件及高速运算,建构成可自由翻转各种角度的3D立体影像。

  当医生戴起特制的3D眼镜,就可以巨细靡遗地观察病患体内神经纤维束及肿瘤分布的相对位置,不但可避免手术失误,在教学或术前规划手术流程等方面,也有事半功倍的效果。

  国网中心软件技术组副研究员张宏生更指出,3D立体影像还有助于改善医生与病患或病患家属的医病关系。他举例,台大医院曾为一名脑瘤患者建构立体影像。这名患者的脑瘤恰恰长在主管人类语言沟通及逻辑推理的区域,透过3D立体影像的辅助解说,家属就能非常清楚地了解病患会出现「老是忘东忘西」的短期记忆丧失现象,主因就是肿瘤周边的神经纤维束因长期被压迫已严重变形。

  由于神经伤害是「不可逆」的,即使开刀取出肿瘤,病患也无法恢复常态,甚至有可能造成语言能力丧失的副作用,但如果不开刀,肿瘤持续变大也可能危及患者生命。

  「对于病患及其家属而言,开不开刀都是极为困难的抉择,但至少在立体影像的辅助说明下,医生能用更浅显易懂的方式向家属解释手术的利弊得失,术后不必要的医疗纠纷也会减少许多,」张宏生说。

  运用立体影像标记肿瘤(粉红色小点),不但可帮助医生确认病灶位置、提前掌握下刀的距离与分寸,也能更清楚地为病患及其家属解释手术风险与利弊得失。图/国网中心提供

  实时手术的3D传输,台湾也有巨幅进展,例如工研院已在今年6月宣布将与彰化秀传医院的微创手术中心,展开为期2年的合作计划,初期将透过现有微创手术影像传输系统,截取内视镜2D影像画面讯号,在另一部3D显示器上同步将2D影像转换成3D显示,外科医师就能在手术中实时获取立体影像。

  第二阶段则将合作开发出局部手术患部的实时3D影像及景深辅助系统。如此一来,当外科医师在进行微创手术时,不仅可透过原有的内视镜2D屏幕进行手术操作,也能经由3D屏幕同步获得手术部位的立体影像,这样就可以更精确地掌握缝合或切割时相对位置的空间感,此种新技术将可望大幅提升现有2D内视镜手术的质量与效率。

  地理信息的立体化

  除了医疗之外,立体影像也广泛应用在科学研究与地理信息的重建上。例如国网中心就与清大生命科学院「脑科学研究中心」主任江安世长期合作,建立了全球第一个「果蝇脑神经网络立体影像数据库」,江安世也以此为研究基础,发表了「果蝇脑内嗅觉神经网络地图」等多篇闻名国际的论文。

  另外像是中央大学太空及遥测研究中心,每年会固定从「福卫2号」传回4组台湾全岛的最新卫星影像,再由国网中心加入台湾各地的「标高资料」后,进一步运算转化为3D立体图资。

  这么一来,当研究者/政府官员戴上3D眼镜,再配合鼠标、键盘等简单操作,就可体验宛如坐在直升机上俯瞰台湾各地的效果,也能轻易比对风灾或强震过后的国土变貌。

  例如去年肆虐南台的莫拉克风灾,透过国网中心重建的灾前/灾后立体影像可发现,原本青山绿水的小林村周边,风灾过后全数化为黄澄澄的土石流;被怀疑是祸首的「献肚山」则宛如被炸弹夷平后的一片光秃,种种影像透过3D展现后更显触目惊心,让人在感叹大自然的威力之余,却也不禁忧心,当未来极端天气渐成常态,目前尚存在各种环境问题的台湾是否还有能力因应?

  无论如何,3D立体地理影像确实提供极富参考价值的国土变异、水土保持及防灾信息。而对于科学家来说,与其讨论「3D电影会不会跃居主流」、「3D电视何时才能普及」等软性议题,如何透过立体影像所带来的视觉「空间感」,发展更多元面向

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