摘要:针对机器人辅助手术(RAS)场景三维重建过程中面临的软组织非刚性形变、手术器械与组织的交互和遮挡问题,提出一种基于三维高斯溅射(3DGS)的动态手术场景三维重建框架。所提方法构建了无需运动恢复结构(SFM)的联合优化策略,通过循环优化相机参数与高斯基元属性,提升在弱纹理和高动态手术场景下的三维重建保真度与鲁棒性。该框架引入混合交互建模策略来处理手术过程中软组织的拉扯、切割等非刚性形变以及手术器械的刚体运动,结合形变网络和样条曲线驱动的局部连续运动模型,实现对软组织拓扑变化与刚性器械运动的统一建模与动态还原。此外,本文利用渲染过程中的透射率信息,对来自被遮挡视图中的弱监督信号进行概率化过滤,从而实现对器械边界的锐利重建和对遮挡组织的恢复。为全面评估方法的性能,在公共数据集及临床机器人辅助手术数据集上,将所提方法与现有先进方法进行了定量与定性对比。在公开的EndoNeRF 数据集上,本方法在重建质量(PSNR)和感知相似度(LPIPS)指标上均优于现有方法。在三个临床手术数据集上,平均重建PSNR 达到34.35 dB,在分割任务上,平均交并比(mIoU)达到96.51%。实验结果表明,本文方法在软组织形变重建及手术器械分割方面表现优异,为实现更可靠的术中导航和手术模拟提供了技术支持。
医疗
2026年09月16日
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