Augmented virtuality based on stereoscopic reconstruction in multimodal image-guided neurosurgery: methods and performance evaluation

增强现实 立体视 成像体模 计算机视觉 人工智能 神经导航 计算机科学 多边形网格 影像引导手术 曲面重建 医学 放射科 计算机图形学(图像) 曲面(拓扑) 数学 磁共振成像 几何学
作者
Perrine Paul‐Gilloteaux,O. J. Fleig,Pierre Jannin
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:24 (11): 1500-1511 被引量:60
标识
DOI:10.1109/tmi.2005.857029
摘要

Displaying anatomical and physiological information derived from preoperative medical images in the operating room is critical in image-guided neurosurgery. This paper presents a new approach referred to as augmented virtuality (AV) for displaying intraoperative views of the operative field over three-dimensional (3-D) multimodal preoperative images onto an external screen during surgery. A calibrated stereovision system was set up between the surgical microscope and the binocular tubes. Three-dimensional surface meshes of the operative field were then generated using stereopsis. These reconstructed 3-D surface meshes were directly displayed without any additional geometrical transform over preoperative images of the patient in the physical space. Performance evaluation was achieved using a physical skull phantom. Accuracy of the reconstruction method itself was shown to be within 1 mm (median: 0.76 mm +/- 0.27), whereas accuracy of the overall approach was shown to be within 3 mm (median: 2.29 mm +/- 0.59), including the image-to-physical space registration error. We report the results of six surgical cases where AV was used in conjunction with augmented reality. AV not only enabled vision beyond the cortical surface but also gave an overview of the surgical area. This approach facilitated understanding of the spatial relationship between the operative field and the preoperative multimodal 3-D images of the patient.

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