3D立體顯示及其圖像視覺舒適度與健康評價標(biāo)準(zhǔn)研究(簡稱3D健康標(biāo)準(zhǔn)研究)，已經(jīng)成為影響當(dāng)前國際國內(nèi)3D立體顯示及其圖像視覺技術(shù)與產(chǎn)業(yè)(簡稱3D技術(shù)產(chǎn)業(yè))快速健康發(fā)展和各行業(yè)應(yīng)用的主要熱點問題和瓶頸問題，目前各國都十分關(guān)注，并作為戰(zhàn)略性3D新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)的制高點進行重點研發(fā)。本文概述了開展進行此類研究的重要意義，我國開展此項研究的目標(biāo)任務(wù)和研究水平狀況，以及在未來3D數(shù)字醫(yī)療領(lǐng)域中的可能應(yīng)用等。

一 3D 立體顯示與圖像視覺技術(shù)產(chǎn)品的概念

本文所述 3D 立體顯示是指True Three-Dimensional or Stereoscopic Display;立體圖像視覺即 3D Stereo Image Vision。3D 立體顯示與圖像視覺技術(shù)產(chǎn)品目前主要有：

(1) 前端采集 — 3D攝影，3D 掃描/容積成像;

(2) 中間處理 — 3D 內(nèi)容制作，3D影像處理及融合，增強虛擬現(xiàn)實;

(3) 顯示終端 — 3D立體顯示器/立體電視機 (液晶、等離子體、投影、全息等);

(4) 觀視方式 — 配立體眼鏡 ( 液晶開關(guān)、偏振片 )、裸眼。

圖1 3D電影《阿凡達》

圖2 3D 電視機/3D 顯示器

圖3 3D 腦功能DTI 圖像顯示

圖4 3D 重建影像顯示

圖5 3D 腦功能影像融合顯示
 

二 3D 健康標(biāo)準(zhǔn)研究的需求和價值

1. 3D 立體顯示技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

目前，3D 立體顯示及其圖像視覺技術(shù)在各行業(yè) ( 包括醫(yī)療行業(yè) ) 得到快速應(yīng)用和發(fā)展。3D立體電影《阿凡達》在全球的熱映, 極大地刺激了立體顯示技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用, 世界各國相關(guān)研發(fā)機構(gòu)及廠家紛紛推出最新的立體顯示技術(shù)成果，如 3D 立體電視機/立體顯示器( 液晶、等離子體等，包括配戴眼鏡、裸眼兩種觀視方式 )、3D 成像攝影及3D 內(nèi)容制作、3D 眼鏡 ( 液晶快門/偏振眼鏡) 等。世界最大的醫(yī)用顯示器制造商巴可公司也在研發(fā)和推出新一代2D/3D 雙模醫(yī)用顯示器?，F(xiàn)在，3D立體顯示技術(shù)及其產(chǎn)品已經(jīng)相繼進入影院、家庭，以及醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計、軍事等各種領(lǐng)域

3D立體顯示及觀視行為再現(xiàn)了人的自然的立體視覺行為，比2D 平面顯示有了較大的性能提高。據(jù)預(yù)測，未來五年內(nèi)別是中國市場，將成為世界上主要的3D顯示技術(shù)產(chǎn)品的戰(zhàn)略競爭市場。3D立體顯示技術(shù)市場巨大，應(yīng)用十分廣泛，并將成為繼 2D 液晶和高清技術(shù)之后的又一個戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)，各國( 如，全球 3D 立體顯示技術(shù)產(chǎn)品綜合市場額將超過1200億美元。消費類市場和各行業(yè)應(yīng)用 ( 包括數(shù)字醫(yī)療等行業(yè)應(yīng)用 ) 的3D 立體顯示技術(shù)產(chǎn)品等需求正迎來井噴盛況。歐美和亞洲市場，特日本、韓國、美國、歐盟和中國等 ) 近來都已經(jīng)將其列入國家科技發(fā)展戰(zhàn)略競爭規(guī)劃和區(qū)域創(chuàng)新型高技術(shù)園區(qū)的發(fā)展規(guī)劃。在十二五規(guī)劃中，我國科技部及有關(guān)省市也已明確了發(fā)展 3D新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)及其相關(guān)的數(shù)字醫(yī)療工程技術(shù)的戰(zhàn)略目標(biāo)。

3D 立體顯示技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必將有力推動 3D數(shù)字醫(yī)療及視覺科學(xué)的快速發(fā)展。例如， 眼科立體視覺診療;3D醫(yī)學(xué)成像及其影像學(xué)中關(guān)于實體腫瘤的 3D立體顯示、測量與空間立體定位診療評估;利用 3D 立體顯示技術(shù)可以檢測立體視，眼科專家就能利用立體視的調(diào)節(jié)集合機制防治近視眼，等等。3D 立體顯示技術(shù)( 如2D/3D 雙模式平面/立體顯示器、筆記本、圖形工作站等) 不僅要面向所有醫(yī)學(xué)工作者普及應(yīng)用，而且還將大量地應(yīng)用于 3D 醫(yī)學(xué)成像顯示與觀察診斷、數(shù)字化導(dǎo)航手術(shù)、數(shù)字化微創(chuàng)介入手術(shù)、醫(yī)學(xué)教育的各種手術(shù)培訓(xùn)的模擬器，以及數(shù)字化手術(shù)室、遠(yuǎn)程醫(yī)療等，它必將改變現(xiàn)代數(shù)字醫(yī)療工程技術(shù)的面貌，促進醫(yī)療健康領(lǐng)域的發(fā)展。目前，3D立體顯示技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，在國內(nèi)已開始起步并正快速發(fā)展和應(yīng)用。

2. 3D 健康標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀

為了促進3D 立體顯示技術(shù)及其應(yīng)用持續(xù)快速和健康地發(fā)展，以保障億萬人群的立體視覺健康，必須盡快啟動并開展 3D健康標(biāo)準(zhǔn)的項目研究，突破瓶頸制約，盡早建立我國乃至國際 3D立體顯示與視覺技術(shù)產(chǎn)品的相關(guān)立體視覺健康標(biāo)準(zhǔn)。

盡管目前 3D立體顯示與圖像視覺技術(shù)及其成果應(yīng)用得到了超出預(yù)期的快速發(fā)展，但它所帶來的健康隱患也不容忽視，并引起了3D研發(fā)界、企業(yè)界，以及政府和社會各界的高度重視。3D立體顯示與圖像視覺跟醫(yī)學(xué)健康領(lǐng)域密切相關(guān)，特別是與雙眼視、腦融合功能相關(guān)?，F(xiàn)階段，3D產(chǎn)品的成像原理基本上是利用視差原理，這就不可避免地造成了人眼調(diào)節(jié)與輻輳的不匹配。當(dāng)視差超過一定范圍后，人眼就會產(chǎn)生明顯的不適，并且腦部也不能將雙眼的成像進行很好地融合，引起頭暈、頭痛等不良癥狀，應(yīng)設(shè)法將此影響減小至允許的可接受程度。

3D 立體顯示與圖像視覺技術(shù)的發(fā)展是一個產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)降陌l(fā)展，從立體成像攝影、內(nèi)容制作到終端顯示, 再到最后的消費者和專業(yè)使用工作者(如醫(yī)生等)觀看，任何一個環(huán)節(jié)缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，都會對消費者和使用者的視覺觀視造成健康隱患。國內(nèi)外多家新聞報道，在《阿凡達》立體電影的觀看過程中，15%~30% 的觀眾有不同程度的視疲勞、頭暈、頭痛，甚至嘔吐。據(jù)臺灣媒體報道，有觀眾看《阿凡達》后誘發(fā)了青光眼。北京同仁醫(yī)院眼科研究所眼科門診發(fā)現(xiàn)，戴立體眼鏡后，眼部交叉感染和患結(jié)膜炎的患者增多;另外，也發(fā)現(xiàn)腦功能成像有助于檢測分析和解釋立體圖像視覺疲勞等臨床現(xiàn)象。美國加州大學(xué)伯克利分校的研究指出，佩戴立體眼鏡會令眼睛過勞，還可能導(dǎo)致頭痛和視力模糊;研究還指出，年齡差異對上述的癥狀也會有較大影響。美國眼科專家對觀看3D 電影造成的腦部不適提出預(yù)警，指出這正是3D 特效全新視覺沖擊對有些人的“副作用”。日本松下電器公司最近已贊助美國加州大學(xué)下屬的科技中心，啟動開展有關(guān)3D顯示副作用的深度研究。

迄今為止，令人窘迫的是，國際國內(nèi)始終沒有一個對 3D立體顯示技術(shù)的舒適度與對人類視覺健康影響的系統(tǒng)性評估研究。3D 研發(fā)與制造廠家目前還拿不出充足的、合理的、科學(xué)的、經(jīng)過視覺健康評測的立體顯示技術(shù)產(chǎn)品，只能在獲取利益和社會責(zé)任之間走中間路線，批量試銷立體顯示與圖像視覺產(chǎn)品，政府及監(jiān)管機構(gòu)也沒有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)去檢測這些新型產(chǎn)品，看它們是否真正滿足規(guī)范的視覺健康要求。因此，目前迫切需要眼科專家、腦功能檢測專家、標(biāo)準(zhǔn)化專家、3D立體顯示技術(shù)研發(fā)機構(gòu)及廠家聯(lián)合，盡早研究制定一個國際國內(nèi)公認(rèn)的3D立體視覺健康標(biāo)準(zhǔn)及其評價測試方法等標(biāo)準(zhǔn)體系，并貫穿于整個3D立體顯示與圖像視覺技術(shù)與產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中，全程指導(dǎo)3D立體顯示與圖像視覺技術(shù)的研發(fā)、生產(chǎn)質(zhì)量和安全使用，確保百姓和醫(yī)學(xué)工作者在觀看3D顯示內(nèi)容時具備視覺健康保障。

另外，最新的裸眼觀視真3D顯示與圖像視覺技術(shù)目前尚處于研發(fā)和早期應(yīng)用階段，對于真3D立體顯示與圖像視覺產(chǎn)品的舒適度評價的系統(tǒng)性研究，國際國內(nèi)也尚未見報道。

由此可見，非常有必要在中國盡快組織開展并建立關(guān)于3D立體顯示與圖像視覺技術(shù)與產(chǎn)品的立體視覺舒適度與健康評價標(biāo)準(zhǔn)，以形成3D健康標(biāo)準(zhǔn)檢測公共服務(wù)平臺。此項研究課題具有重大的國際國內(nèi)創(chuàng)新和具有很高的理論實用價值，是影響億萬民眾立體視覺健康和萬億立體顯示與圖像視覺技術(shù)產(chǎn)業(yè)與各行業(yè)應(yīng)用快速發(fā)展的重大課題，其影響作用和意義十分深遠(yuǎn)。

三 現(xiàn)有工作基礎(chǔ)及對應(yīng)的課題研究

2011年5月，中國立體視像(3D)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟完成《全球3D技術(shù)專利布局報告》。該報告檢索整理國內(nèi)外近2萬件相關(guān)專利文獻，收集了目前全球公開的3D專利，覆蓋立體信息的采集、立體影像的制作、立體影像的顯示、立體技術(shù)的應(yīng)用等熱點技術(shù)，對中國、美國、日本、歐洲等重點市場進行著重分析，并從2萬件專利中精選出當(dāng)前最新研究成果——200件重點專利。但是研究發(fā)現(xiàn)，雖然中、日、韓一些機構(gòu)(如北京同仁醫(yī)院北京市眼科研究所、日本松下電器公司、日本國立先進科技研究所、三星公司等)都曾開展過相關(guān)的一些局部的健康技術(shù)評測研究，目前國際國內(nèi)尚缺乏涉及系統(tǒng)性的3D立體視覺健康評價標(biāo)準(zhǔn)及其檢測方法，特別是裸眼顯示的3D立體視覺健康評價標(biāo)準(zhǔn)及其檢測方法，以及把眼科立體視覺生理與腦功能磁共振影像判定結(jié)合起來的科技文獻和專利。而各國研究機構(gòu)也都在加快研究當(dāng)中。截止目前，各國(主要是日、韓、美、歐盟和中國)對此項3D視覺健康技術(shù)研究水平基本在同一起跑線上，研究尚不成熟，系統(tǒng)性也不夠，相比之下我國某些地方還稍稍占先。本項目課題研究的提出和盡早完成將打破這種局面，將首次系統(tǒng)性的進行立體顯示與圖像視覺技術(shù)的舒適度與健康評價標(biāo)準(zhǔn)研究。

對此，我國應(yīng)抓住機遇，盡早研究，加快提出此項目領(lǐng)域的涉及3D視覺健康的系統(tǒng)性評價測試方法等專利技術(shù)申請，做原始創(chuàng)新，占據(jù)主動，適時提出我國國家/行業(yè)3D視覺健康技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、以及新的國際標(biāo)準(zhǔn)提案，爭取國際話語權(quán)，促進我國及國際3D立體顯示與圖像視覺技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)快速和健康發(fā)展，以及在3D數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的各行業(yè)應(yīng)用。

2007年10月，本文第一作者邱學(xué)軍在國內(nèi)立體圖像技術(shù)及其應(yīng)用研討會上作“數(shù)字化重建人體立體X線透視圖研究”報告時，首次在國內(nèi)提出關(guān)于立體圖像要考慮人的觀視因素和健康影響問題，初步提出關(guān)于立體圖像視覺的相關(guān)醫(yī)學(xué)評價的研究構(gòu)思;2004年7月在全國虛擬現(xiàn)實可視化會議上作“數(shù)字化虛擬中國人體三維影像后處理研究圖例”的學(xué)術(shù)報告中和2009年5月在國內(nèi)立體圖象學(xué)術(shù)研討會上作“三維數(shù)字醫(yī)學(xué)人體應(yīng)用研究及展望”報告中，邱學(xué)軍又提出了關(guān)于3D立體視覺評價與人類工效學(xué)標(biāo)準(zhǔn)研究展望。2009年11月在上海C3D WORLD國際立體視像論壇會議上，邱學(xué)軍代表中國電子視像行業(yè)協(xié)會中國立體視像產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(C3D聯(lián)盟)3D數(shù)字醫(yī)療專業(yè)委員會(簡稱C3D-3DDM)，首次在國際會議上正式提出并宣布我國C3D-3DDM組織開展關(guān)于“立體顯示產(chǎn)品的舒適度與健康評價課題”的系統(tǒng)性研究計劃，并得到了中國電子視像行業(yè)協(xié)會及C3D聯(lián)盟的積極支持，同時寫入了C3D-3DDM的工作章程。

2010年2月，與北京同仁醫(yī)院北京市眼科研究所所長徐亮教授、中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院時任質(zhì)量所副所長鄭兆紅教授等十幾位專家，在承擔(dān)單位-北京大恒醫(yī)療設(shè)備有限公司會議室召開了課題組正式籌備成立專家見面會，并對課題研究的目標(biāo)、主要研究內(nèi)容、技術(shù)路線、研究進程和合作方式等進行了研究討論。2010年5月，由C3D-3DDM與北京同仁醫(yī)院北京市眼科研究所合作，共同組織推動對目前國際國內(nèi)主流3D立體顯示技術(shù)產(chǎn)品的健康技術(shù)評測活動;2010年8月，開始具體實施，對友達光電3D立體顯示器、海信3D電視機等進行3D健康技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評測研究;2010年10月，申請北京市科委科技支撐課題，即“立體顯示技術(shù)的舒適度與健康評價研究”之初步探索性課題，并獲得了北京市科委、北京生物技術(shù)和新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)促進中心的支持立項。

2011年6月，本文第一作者邱學(xué)軍依托所在單位即中科院北京大恒醫(yī)療設(shè)備有限公司，聯(lián)合國內(nèi)多家優(yōu)勢單位，即北京同仁醫(yī)院北京市眼科研究所、(國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局)中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院、國家工業(yè)和信息化部電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所(簡稱CESI，電子四所)、北京大學(xué)(包括北京大學(xué)腫瘤物理診療技術(shù)研究中心、北京海思威科技有限公司、北京大學(xué)數(shù)字媒體所等)、南京航空航天大學(xué)、華中科技大學(xué)等，向國家科技部申請社會發(fā)展科技類項目需求入庫課題，即“基于眼科生理和腦功能檢測的立體圖像視覺舒適度與健康評價標(biāo)準(zhǔn)研究”課題，并于11月通過立項評審。該課題得到了國家科技部、中國生物技術(shù)發(fā)展中心、醫(yī)療器械創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟等的大力支持，其立項研究將極大地促進我國在此項標(biāo)準(zhǔn)研究中的領(lǐng)先地位和我國戰(zhàn)略性3D新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展及其各行業(yè)的應(yīng)用。

2010年6月26日，本課題組聯(lián)合中國立體視像產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟3D數(shù)字醫(yī)療專業(yè)委員會(C3D-3DDM)，在科技部、工業(yè)和信息化部、中國電子視像行業(yè)協(xié)會中國立體視像產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(C3D)、北京市科委和北京生物技術(shù)和新醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)促進中心等大力關(guān)心指導(dǎo)下，在課題依托單位的實際支持下，在北京舉辦了“首屆中國3D技術(shù)與健康高峰論壇”，來自日本、韓國、美歐和中國多家大中型立體企業(yè)、高等院所研究機構(gòu)和應(yīng)用代表參加了會議，并做了報告。2011年8月26日在北京又舉辦了“第二屆中國3D技術(shù)、產(chǎn)業(yè)與健康高峰論壇”，均取得了令人矚目的實際效果，顯著促進了國際國內(nèi)3D技術(shù)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

四 3D健康標(biāo)準(zhǔn)研究課題的主要目標(biāo)

主要研究目標(biāo)及任務(wù)就是：面向當(dāng)前國際國內(nèi)3D立體顯示與圖像視覺技術(shù)的發(fā)展熱點和前沿，圍繞億萬民眾對立體視覺健康的迫切需要，以培育和促進我國3D立體顯示與圖像視覺這一重大戰(zhàn)略性新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速、健康的發(fā)展為出發(fā)點，在未來一段時間內(nèi)，從眼科立體視覺生理、腦功能影像及腦電生物信息變化等多種檢測方法和關(guān)聯(lián)分析入手，也即開展目前國際國內(nèi)空白的具有原始創(chuàng)新價值的基于立體圖像視覺刺激的眼科生理研究、以及腦功能磁共振成像(fMRI)和腦電圖檢測(EEG)等結(jié)合研究(也即確?；诹Ⅲw圖像視覺刺激的腦功能檢測在時間分辨率和空間分辨率的結(jié)合研究)，最終研究提出基于眼科生理和腦功能檢測的立體圖像視覺舒適度與健康評價標(biāo)準(zhǔn)研究成果，并形成具有較高影響力的國家/行業(yè)3D健康技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并適時提出相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)提案。同時從組織上，實行“產(chǎn)、學(xué)、研、用、檢”五個方面密切結(jié)合，協(xié)作創(chuàng)新，合力攻關(guān)，即聯(lián)合在國際國內(nèi)具有優(yōu)勢的眼科立體視覺生理、腦功能及分子成像多模態(tài)分析、腦電生物信號檢測、以及立體顯示與圖像視覺標(biāo)準(zhǔn)化檢測研究和數(shù)字醫(yī)療研發(fā)等單位及相關(guān)專家，盡快整合研究出研發(fā)成果。

3D健康標(biāo)準(zhǔn)課題研究采用分類評價、樣本測試/檢驗和臨床驗證的方法，也即：分類選擇具有代表性的3D立體顯示與圖像視覺技術(shù)產(chǎn)品(如3D立體顯示器/3D電視機，3D眼鏡等)，并對這些現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行多方面的主觀、客觀的舒適度與健康方面評價，包括進行國際國內(nèi)質(zhì)量安全標(biāo)準(zhǔn)對照分析、以及一定樣本量的測試/檢驗和臨床驗證等研究。

五 未來3D數(shù)字醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

國際國內(nèi)3D數(shù)字醫(yī)療未來將有新的發(fā)展，主要體現(xiàn)在：3D立體X線機及其3D圖像顯示診斷，3D功能成像及多模態(tài)影像顯示與診斷，醫(yī)用3D立體顯微成像系統(tǒng)， 3D影像引導(dǎo)治療，3D立體手術(shù)和3D醫(yī)學(xué)教學(xué)與培訓(xùn)等(包括有關(guān)外科手術(shù)實施過程的實時3D拍攝記錄與教學(xué)等)。

因此，有必要通過本課題的3D健康標(biāo)準(zhǔn)研究，促進廣大國內(nèi)醫(yī)療企業(yè)及研究機構(gòu)提前布局3D立體顯示及圖像視覺技術(shù)在數(shù)字醫(yī)療領(lǐng)域的實例應(yīng)用研究和開發(fā)，優(yōu)先選擇具有代表性的技術(shù)產(chǎn)品進行研發(fā)，并對實例應(yīng)用效果進行評價總結(jié)，提出立體顯示技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用于數(shù)字醫(yī)療領(lǐng)域所須關(guān)注的質(zhì)量保證要求，便于未來總結(jié)推廣和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。