清華新聞網(wǎng)9月27日電 近日，第18屆亞洲計(jì)算機(jī)輔助外科大會(huì)（The 18th Asian Conference on Computer Aided Surgery，ACCAS 2022）在泰國(guó)召開(kāi)。經(jīng)過(guò)激烈競(jìng)爭(zhēng)和嚴(yán)格評(píng)審，會(huì)議評(píng)選出四篇“優(yōu)秀論文獎(jiǎng)”（Excellent Paper Award）。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系廖洪恩教授團(tuán)隊(duì)的2020級(jí)博士生魏雪伶和2020級(jí)碩士生毛帆，分別憑借論文《基于單目?jī)?nèi)窺鏡和棱鏡的立體成像系統(tǒng)》（Stereoscopic Imaging System Using Monocular Endoscope and Prism）和《基于液態(tài)透鏡的自動(dòng)聚焦和可變放大倍率腹腔鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)與深度估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)》（A Monocular Depth from Auto-Focusing and Multi-Magnifications Laparoscopic System）榮獲“優(yōu)秀論文獎(jiǎng)”。
單目?jī)?nèi)窺鏡立體成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)與三維測(cè)量算法實(shí)現(xiàn)
相比于開(kāi)放式手術(shù)，微創(chuàng)手術(shù)具有減少患者恢復(fù)時(shí)間等優(yōu)勢(shì)，但微創(chuàng)手術(shù)中應(yīng)用范圍最廣的單目?jī)?nèi)窺鏡缺乏為醫(yī)生提供三維信息的能力?！痘趩文?jī)?nèi)窺鏡和棱鏡的立體成像系統(tǒng)》研究旨在解決單目?jī)?nèi)窺鏡三維信息缺失的問(wèn)題，提出一種成本低、結(jié)構(gòu)緊湊的單目?jī)?nèi)窺鏡立體成像系統(tǒng)，利用棱鏡對(duì)光線(xiàn)的反射能力生成單目?jī)?nèi)窺鏡的兩個(gè)虛擬相機(jī)，從而賦予單目?jī)?nèi)窺鏡提供有效三維信息的能力。同時(shí)，為充分驗(yàn)證所設(shè)計(jì)立體成像系統(tǒng)提供有效三維信息的能力，研究進(jìn)行了視差估計(jì)實(shí)驗(yàn)，并設(shè)計(jì)了可充分利用內(nèi)窺鏡圖像全分辨率信息和多尺度信息的多手術(shù)器械三維定位算法及實(shí)驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算棱鏡角度、棱鏡和內(nèi)窺鏡之間的相對(duì)位置，保證了所采集雙目圖像的平行性。棱鏡結(jié)構(gòu)的引入為單目?jī)?nèi)窺鏡實(shí)時(shí)立體成像提供了更高效的方案，該研究有效解決了單目?jī)?nèi)窺鏡微創(chuàng)手術(shù)中醫(yī)生難以獲取有效三維信息的問(wèn)題，為未來(lái)快速診療一體化提供了一定的思路與基礎(chǔ)。
基于液態(tài)透鏡的自動(dòng)聚焦和可變放大倍率腹腔鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)與深度估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)
腹腔鏡手術(shù)中的深度感知是精準(zhǔn)微創(chuàng)手術(shù)引導(dǎo)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)機(jī)械調(diào)焦的腹腔鏡速度慢、調(diào)焦過(guò)程不精確、術(shù)野固定?！痘谝簯B(tài)透鏡的自動(dòng)聚焦和可變放大倍率腹腔鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)與深度估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)》研究旨在解決腹腔鏡術(shù)野固定、無(wú)法深度感知的問(wèn)題，提出一種可安裝于傳統(tǒng)腹腔鏡后端的液態(tài)透鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦和連續(xù)可變放大倍率變換。該研究同時(shí)設(shè)計(jì)了深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，將變焦計(jì)算深度的原理引入內(nèi)窺鏡領(lǐng)域，即對(duì)腹腔鏡在自動(dòng)聚焦過(guò)程中的變焦信息進(jìn)行利用，實(shí)現(xiàn)快速深度估計(jì)和三維重建。相比其他系統(tǒng)，該系統(tǒng)在成像質(zhì)量上達(dá)到了提升，并且摒棄了深度估計(jì)對(duì)于相機(jī)位姿和圖像特征的依賴(lài)性，借助液態(tài)透鏡為快速調(diào)焦和實(shí)時(shí)三維重建提供更好的方案。該研究有效地解決了醫(yī)生在腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)過(guò)程中無(wú)法獲取深度感知、手術(shù)視角受到局限的問(wèn)題，為推進(jìn)快速診療一體化提供了思路與基礎(chǔ)。
上述兩篇獲獎(jiǎng)?wù)撐奶岢龅膬?nèi)窺鏡領(lǐng)域的新型三維醫(yī)學(xué)引導(dǎo)技術(shù)揭示了未來(lái)智能醫(yī)療的發(fā)展趨勢(shì)，展示了實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)窺鏡微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域的持續(xù)研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療影像信息的最優(yōu)化理解與最充分利用具有重要意義，同時(shí)也體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室在醫(yī)療健康領(lǐng)域立足眼前并兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的自主創(chuàng)新方向。
以上研究得到包括國(guó)家自然科學(xué)基金國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目和北京市自然科學(xué)基金等支持。廖洪恩課題組長(zhǎng)期致力于三維醫(yī)學(xué)影像和微創(chuàng)精準(zhǔn)診療的研究，依據(jù)臨床手術(shù)過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息指引，以實(shí)施精密治療從而提高治愈率和患者的生存質(zhì)量（Quality of Life）為目的，致力于創(chuàng)建和推廣一種以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)影像顯示技術(shù)和智能微創(chuàng)器械為診斷和治療平臺(tái)的精準(zhǔn)微創(chuàng)診療一體化模式，并取得一系列重要成果。這些技術(shù)突破傳統(tǒng)意義微創(chuàng)手術(shù)概念，開(kāi)拓新興微創(chuàng)高精度診療領(lǐng)域，期待為未來(lái)的智能型診療設(shè)備研發(fā)及臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
亞洲計(jì)算機(jī)輔助外科大會(huì)是由亞洲計(jì)算機(jī)輔助外科領(lǐng)域科學(xué)家、臨床醫(yī)生和研究者發(fā)起的專(zhuān)業(yè)會(huì)議。每年有來(lái)自中國(guó)、日本、韓國(guó)、新加坡、泰國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家上百位的研究者參與，旨在交流探討精準(zhǔn)計(jì)算機(jī)輔助外科領(lǐng)域的最新研究工作和進(jìn)展，近年在智能精準(zhǔn)診療方面也涌現(xiàn)出大量的創(chuàng)新成果。
供稿：醫(yī)學(xué)院
編輯：覃霞
審核：郭玲
