手术影像与摄影暗房教育中的新兴技术应用

### 手术影像与摄影暗房教育中的新兴技术应用 在现代科技飞速发展的今天，医学和教育领域不断引入新的技术以提升效率和质量。本文将聚焦于手术影像对象显示系统以及混合现实技术在摄影暗房教育中的应用，深入探讨其原理、效果及发展前景。 #### 手术影像对象显示系统 在近年来需求不断增长的内窥镜手术中，内窥镜图像以二维形式显示，医生在屏幕上判断深度主要依靠解剖知识、经验以及用镊子触诊，这在复杂手术中既困难又耗时。为解决此问题，研究人员致力于开发一种使用增强现实（AR）的内窥镜手术支持系统原型，以实时呈现具有直观深度感知的手术视野，并评估深度感知来确认该系统的有效性。 研究通过实验分析了 ARPCM（增强现实感知对比模型）和 2D 图像在深度感知方面的表现。实验结果如图 7 和图 8 所示： |深度（mm）|ARPCM 正确响应率（%）|ARPCM 响应时间（s）|2D 图像响应时间（s）| | ---- | ---- | ---- | ---- | |≥6|几乎 100| - | - | |4|约 91.7| - | - | |2|约 65| - | - | |平均| - |比 2D 图像长 4.32| - | 从结果可知，ARPCM 在深度为 6mm 或更大时，平均正确响应率几乎为 100%；在 4mm 时约为 91.7%，这表明 ARPCM 能够感知 4mm 及以上的深度。然而，当深度为 2mm 时，平均正确响应率低至 65%，这是由于 Azure Kinect DK 的性能问题以及使用 ARPCM 时的图像质量问题，导致在检查深度时改变视角后，研究中使用的方块无法进行有效比较。 在响应时间方面，ARPCM 的平均响应时间比 2D 图像长 4.32 秒。在内窥镜手术中，需要更短的手术时间，额外的几秒钟深度确认时间可能会给患者和医生带来压力，因此仍有改进空间。 总体而言，ARPCM 在内窥镜手术中对医生的深度感知具有重要价值，但也存在一些需要改进的地方，如提高呈现 4mm 及以下深度的能力、减少响应时间以及缩小相机尺寸等。 #### 混合现实技术在摄影暗房教育中的应用 随着科技的不断发展，混合现实技术的应用领域日益广泛，包括科学研究、医学、娱乐、教育等。在摄影暗房教育领域，传统暗房技术因数码相机的普及而逐渐衰落，但它对于专业摄影来说仍然是极其重要的学习内容。因此，研究人员尝试将混合现实技术与智能眼镜相结合，设计并制作混合现实摄影暗房教学软件，以探索混合现实在教学中的应用可行性。 ##### 研究背景与目的 虚拟现实技术的成熟发展催生了增强现实，而技术和硬件的不断改进又创造了混合现实。这些技术的核心原理是基于数字世界对现实世界的模拟、交互和融合。在摄影领域，传统暗房技术是胶片转照片的重要技术支持，也是摄影专业的必修课。尽管数码相机的普及使暗房技术的需求下降，但它的重要性不可忽视。利用新媒体技术传承暗房技术值得深入研究。 本研究的目的是利用混合现实技术和可穿戴设备开发传统摄影暗房技术教学软件，打破传统摄影暗房学习的限制，激发学生的学习兴趣和热情，充分发挥混合现实的实用性和创造性。 ##### 理论基础 - **混合现实的概念**：混合现实通过具有空间深度分析功能的相机对真实场景进行全方位检测和扫描，在内核中建立实时三维模型信息，构建全场景的数字模型，以确定叠加数字信息的固定位置。通过带有半透明折射屏幕的头戴式显示设备，可以看到几乎绝对的位置稳定效果。数字虚拟信息如界面窗口、3D 模型、动画图像等可以悬浮在空中，并与真实物体紧密相连，甚至被真实物体遮挡，与物理现实环境实时共存并交互，实现全息图像的视觉体验。 - **混合现实的关键技术**：混合现实本质上是一种所见即所得（WYSIWYG）的界面，它基于人类的自然感知，使人们摆脱复杂深奥的计算机用户界面，回归到原始的人类感官通道，从而直观地理解世界。以微软的 HoloLens 眼镜为例，它是最先进的第一代混合现实眼镜，使用 Windows 10 系统。全息图像通过半透明屏幕与真实环境混合，使全息数字图像像真实物体一样存在于实时场景中的相对固定位置，从不同角度都能无限制地查看，为用户提供自然熟悉的交互方式。 ##