歯科手術のために3D画像オーバーレイを使用した自動マーカーフリーの画像登録による拡張現実ナビゲーション

コンピューター支援の口腔および顎顔面手術（OMS）は、過去10年以来急速に進化してきました。OMSの最先端の外科的ナビゲーションは、かさばる追跡センサー、面倒な画像登録手順、患者の動き、視覚ガイダンスにおける深さ知覚の喪失、およびナビゲーションの精度の低さに依然として苦しんでいます。3D画像オーバーレイと歯科手術のためのステレオトラッキングを使用した自動マーカーフリーの画像登録を備えた拡張現実ナビゲーションシステムを提示します。カスタマイズされたステレオカメラは、患者と機器の両方を追跡するように設計されています。画像登録は、患者の追跡とリアルタイムの3D輪郭マッチングによって実行されますが、基準マーカーと参照マーカーは必要ありません。リアルタイムのオートステロスコピック3-Dイメージングは​​、消費者レベルのグラフィックス処理ユニットを使用して実装されています。結果として得られる患者の解剖学の3D画像は、隠れた批判的構造を露出させて外科医を導くために、画像登録とIP-Camera登録を使用して、ハーフシルバーミラーで手術部位でオーバーレイされます。手術器具の3D画像は、拡張ディスプレイのために実際のものにも重ねられています。3D画像は、深さの知覚を取得できるステレオとモーションの両方の視差を紹介します。システムのさまざまな側面を評価するために実験が行われました。提案されたシステムの全体的な画像オーバーレイエラーは0.71 mmでした。

Computer-assisted oral and maxillofacial surgery (OMS) has been rapidly evolving since the last decade. State-of-the-art surgical navigation in OMS still suffers from bulky tracking sensors, troublesome image registration procedures, patient movement, loss of depth perception in visual guidance, and low navigation accuracy. We present an augmented reality navigation system with automatic marker-free image registration using 3-D image overlay and stereo tracking for dental surgery. A customized stereo camera is designed to track both the patient and instrument. Image registration is performed by patient tracking and real-time 3-D contour matching, without requiring any fiducial and reference markers. Real-time autostereoscopic 3-D imaging is implemented with the help of a consumer-level graphics processing unit. The resulting 3-D image of the patient's anatomy is overlaid on the surgical site by a half-silvered mirror using image registration and IP-camera registration to guide the surgeon by exposing hidden critical structures. The 3-D image of the surgical instrument is also overlaid over the real one for an augmented display. The 3-D images present both stereo and motion parallax from which depth perception can be obtained. Experiments were performed to evaluate various aspects of the system; the overall image overlay error of the proposed system was 0.71 mm.