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裸眼3D，就是在不需要任何輔助設備的情況下，用人眼直接獲得具有空間、深度的逼真立體影像。早在100多年前，人們便用光柵或透鏡的方式將影像分別投影到空中。但這種方式存在一些局限，因為它形成的圖像并不是完整的信息，只是讓人產生視覺上的視差，通過這種視差合成為三維的影像。直到上世紀90年代，得益于計算機及相關技術的發(fā)展，科研人員將這一技術拓寬到立體影像的采集、重建和顯示中，實現了立體影像的裸眼觀察，并應用到不同的領域。

在醫(yī)療領域，從任何一個角度都可以看到像實物一樣的信息尤為重要。目前的醫(yī)學影像大多為斷層圖像或三維重建圖像，仍通過普通的2D平面顯示器呈現，無法直接呈現復雜而精細的完整“三維人體地圖”。同時，手術中還存在著手眼協(xié)調問題。醫(yī)生在進行微創(chuàng)手術時，無法直接看到人體內部的情況，需要參考醫(yī)學影像信息做出診療的判斷決策。醫(yī)生在操作時，需要在醫(yī)學影像顯示器與手術區(qū)域間反復切換視線，造成時間浪費，甚至有可能導致手術的失誤。

增強現實或虛擬現實技術的運用，可以有效解決上述問題，把精細的“三維人體地圖”疊加顯示在手術區(qū)域中。然而，基于頭戴式顯示器或立體手術顯微鏡的雙目立體引導手術，需要醫(yī)生佩戴眼鏡等附加裝置，觀察的便捷性和舒適性與觀察自然物體相比有所下降。此外，基于雙目視覺原理重建出立體場景的空間尺寸，會隨觀察者的不同而變化，從原理上無法恢復與真實物體尺寸相同的立體影像。因此，上述技術對成像精度要求較高的應用存在一定局限。在這方面，國內外尚無成熟的真三維立體影像手術導航商用產品問世。

裸眼三維醫(yī)學立體全像技術由此應運而生。該技術是一種用光在空中重構物體的裸眼立體成像方法，利用微透鏡陣列對光的定向調制作用，使用一個二維顯示器與一個微透鏡陣列的緊湊顯示系統(tǒng)即可重現真三維全真彩色影像。這項技術在微創(chuàng)手術中將為醫(yī)生提供更豐富的信息。

為了更好地將這一技術運用在臨床上，科研人員開發(fā)出基于立體全像技術的新型空間透視融合導航。該技術相當于為醫(yī)生增加了一雙透視眼，巧妙利用光學器件和空間結構設計，將裸眼三維醫(yī)學影像和實際病人完全融合顯示，實現增強現實的直觀手術引導。這樣一來，醫(yī)生便可以直接看著手術區(qū)域進行操作，被外部皮膚、骨骼遮擋的內部器官病灶一目了然，解決了醫(yī)生手眼協(xié)調問題。同時，便于醫(yī)生直接抵達病灶進行治療，避免手術操作對其他重要生理結構的損傷，從而縮短手術時間，提高手術的精確性和安全性。目前，這項技術已在骨科、腦外科、頜面外科等領域進行了充分的理論與應用研究，形成了系統(tǒng)的解決方案框架。

裸眼三維新技術領域的科研工作者正朝著將成像距離變得更長、角度變得更寬、清晰度變得更高的目標而努力。隨著相關技術的不斷發(fā)展和成熟，相信裸眼3D技術還將被推廣到教育、娛樂、傳媒、工業(yè)等各個領域。

(作者為清華大學醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系教授)