Novel True 3D Display Tools for Effective 3D Visualization in Biomedical Research

用于生物医学研究中有效 3D 可视化的新型真实 3D 显示工具

基本信息

  • 批准号:
    8387741
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.49万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-22 至 2014-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The physical world around us is three-dimensional (3D), yet most existing display systems have flat screens and can handle only two-dimensional (2D) images that lack the third dimension (depth) information. This fundamental restriction greatly limits the capability of human being in perceiving and understanding the complexity of real world objects. Human body and internal organs are of 3D shapes. Many medical imaging modalities are true 3D in nature. 3D imaging and 4D real-time imaging modalities have proven especially useful in cancer diagnosis and treatments, such as image guided radiation therapy (IGRT). However, when 3D image data are collected, existing methods of image display, interpretation and evaluation are often 2D, leading to possible slowdown, misinterpretation and less desirable clinical decisions for diagnosis, IGRT and other 3D visualization tasks. Xigen LLC has recently made a technology breakthrough and developed a novel large screen autostereoscopic 3D display concept based on the novel Single Projector Multiview (SPM) technology. The proposed SPM 3D display technology enables scalable large screen (up to a few meters), glass-free, interactive 3D visualization experience, and could alleviate key drawbacks of existing 3D display technologies by providing stereo parallax, motion parallax and surface textures, and reducing overall system cost to the range comparable with 2D display counterparts. Using only one projector significantly reduces the complexity, cost, and burdens for calibration and maintenance, resulting in a low-cost, high quality, mass-produciable commercial product. Uses of true 3D display in biomedical research would lead to efficient, effective and accurate visualization and interaction on high dimensional cell structure, molecular, genomic medicine, and image data. Uses of true 3D display to clinical applications, such as image guided radiation therapy (IGRT), could eliminate the directional bias during the diagnosis, planning and interventions. To the best of our knowledge, the proposed SPM 3D display concept is unprecedented and represents a significant breakthrough in true 3D display technology. The primary objective of this Phase I SBIR effort is to demonstrate the feasibility of a novel SPM technology by developing critical components for the SPM system, building a functional prototype, and demonstrating its application potential to various 3D/4D visualization applications in clinical settings with a focus on image-guided radiation therapy (IGRT). This project would bring the novel true 3D display technology one important step closer to marketplace as a generic tool for advanced 3D visualization for biomedical research and cancer diagnosis/treatments. The true 3D display is a fundamentally new technology platform that can facilitate a broad range 3D/4D visualization applications in biomedical research and clinical applications. With the high performance and low-cost solution proposed in this SBIR, the true 3D display technology could serve as a viable tools to provide a new level of realism and add a new dimension (literally and figuratively) to the visualization tools available for biomedical research and clinical practices. It has broad impact on various aspects of healthcare practices, ranging from 3D/4D image visualization, image guided intervention, telemedicine, surgical replays, microscope/endoscope visualization, education, training, etc.
我们周围的物理世界是三维 (3D) 的,但大多数现有显示系统都具有平面屏幕,只能处理缺乏三维(深度)信息的二维 (2D) 图像。这种根本性的限制极大地限制了人类感知和理解现实世界物体的复杂性的能力。 人体和内脏器官都是 3D 形状的。许多医学成像模式本质上都是真正的 3D。 3D 成像和 4D 实时成像模式已被证明在癌症诊断和治疗中特别有用,例如图像引导放射治疗 (IGRT)。然而,当收集 3D 图像数据时,现有的图像显示、解释和评估方法通常是 2D 的,这可能导致诊断、IGRT 和其他 3D 可视化任务的速度减慢、误解以及不太理想的临床决策。 Xigen LLC 最近取得了技术突破,并基于新颖的单投影机多视图 (SPM) 技术开发了一种新颖的大屏幕自动立体 3D 显示概念。所提出的 SPM 3D 显示技术可实现可扩展的大屏幕(长达几米)、裸眼、交互式 3D 可视化体验,并且可以通过提供立体视差、运动视差和表面纹理,并减少现有 3D 显示技术的主要缺陷。总体系统成本与 2D 显示同类产品相当。仅使用一台投影仪可显着降低校准和维护的复杂性、成本和负担,从而产生低成本、高质量、可大规模生产的商业产品。 在生物医学研究中使用真正的 3D 显示将带来高维细胞结构、分子、基因组医学和图像数据的高效、有效和准确的可视化和交互。将真正的 3D 显示应用于临床应用,例如图像引导放射治疗 (IGRT),可以消除诊断、计划和干预期间的方向偏差。据我们所知,所提出的SPM 3D显示概念是前所未有的,代表了真正3D显示技术的重大突破。 第一阶段 SBIR 工作的主要目标是证明 一种新颖的 SPM 技术,通过开发 SPM 系统的关键组件、构建功能原型并展示其在临床环境中各种 3D/4D 可视化应用的应用潜力,重点关注图像引导放射治疗 (IGRT)。该项目将使新颖的真 3D 显示技术作为一种用于生物医学研究和癌症诊断/治疗的高级 3D 可视化通用工具,向市场迈进重要一步。 真正的 3D 显示是一个全新的技术平台,可以促进生物医学研究和临床应用中广泛的 3D/4D 可视化应用。凭借本 SBIR 中提出的高性能和低成本解决方案,真正的 3D 显示技术可以作为一种可行的工具,提供新水平的真实感,并为生物医学研究可用的可视化工具添加新的维度(字面意义和象征意义)和临床实践。它对医疗保健实践的各个方面产生了广泛的影响,包括 3D/4D 图像可视化、图像引导干预、远程医疗、手术回放、显微镜/内窥镜可视化、教育、培训等。

项目成果

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