Das 3D-Display-System für die Augenoperation ist eine neue chirurgische Visualisierungstechnologie, die das herkömmliche binokulare Mikroskop ersetzt. Der Chirurg operiert, indem er die von einer 3D-Kamera aufgenommenen Bilder in Echtzeit auf einem großen Monitor betrachtet, anstatt durch Okulare zu schauen. Diese Operationsmethode wird als „Heads-up-Chirurgie“ bezeichnet.
Die 3D-Display-Technologie wurde ursprünglich für die Luftfahrt und militärische Zwecke entwickelt. Später ermöglichten technologische Innovationen ihre Einführung in Operationssäle. In der Augenheilkunde verbreitete sie sich nach dem Aufkommen des TrueVision 3D-Visualisierungssystems für mikrochirurgische Eingriffe weit.
Bei der herkömmlichen Mikroskopchirurgie muss der Chirurg über längere Zeit eine vorgebeugte Haltung beibehalten, was zu einer Belastung der Halswirbelsäule, des Rückens und der Lendenwirbelsäule führt. Es wird berichtet, dass die Prävalenz von Beschwerden im Nacken, Oberkörper und unteren Rücken bei Augenärzten bis zu 62 % beträgt. Das 3D-System wurde entwickelt, um dieses Problem zu lösen.
Aktive Systeme
Funktionsweise : Schnelle, abwechselnde Anzeige aufeinanderfolgender Bilder für das linke und rechte Auge
Brille : Elektronisch gesteuerte Shutterbrille blockiert aktiv abwechselnd ein Auge
Merkmale : Hohe räumliche Tiefe. Übersprechen (Geisterbilder) kann auftreten
Passive Systeme
Funktionsweise: Zwei Bilder werden horizontal gemischt und ausgegeben
Brille: Passive Trennung durch polarisierte 3D-Brillen
Merkmale: Niedrigere Kosten. Wird bei NGENUITY usw. verwendet. Kein Übersprechen
Es handelt sich um eine Operationsmethode, bei der der Chirurg nicht durch die Okulare des Mikroskops schaut, sondern das von einer 3D-Kamera aufgenommene Bild auf einem großen Bildschirm betrachtet. Der Chirurg kann in einer natürlichen Haltung mit erhobenem Kopf (Heads-up) operieren, was die Belastung der Halswirbelsäule und des unteren Rückens erheblich reduziert. Mehrere Mitarbeiter können dasselbe Bild in Echtzeit teilen, was das System auch für die Ausbildung sehr effektiv macht.
Die Heads-up-Kataraktchirurgie in der Augenheilkunde wurde erstmals 2010 von Weinstock berichtet. Das TrueVision 3D-System ist eine Kameraeinheit, die an ein Standard-Operationsmikroskop angebracht wird und Stereobilder und Videos auf einen 3D-HD-Großbildmonitor überträgt.
Die US-amerikanische FDA hat das „TrueVision Refractive Cataract Toolset“ zugelassen, das 3D-grafische Überlagerungen bietet. Darüber hinaus ermöglichen die Anwendungen „TrueGuide“ und „TruePlan“ die Unterstützung der Operationsplanung, einschließlich der Verwendung torischer IOL.
Die Anwendung in der Vorderabschnittschirurgie nimmt ebenfalls zu. Auch bei der Amnionmembrantransplantation und Hornhautchirurgie wird das Heads-up-System eingesetzt. Mohamed YH et al. berichteten über den ersten Fall einer Hornhautchirurgie (nicht-descemet-stripping automatisierte endotheliale Keratoplastik: nDSAEK) unter Verwendung des Heads-up-Systems.
NGENUITY® ist das erste ophthalmologische Echtzeit-Bildgebungssystem der Welt, das mit einer High Dynamic Range (HDR)-Videokamera ausgestattet ist. Es wird häufig in allen ophthalmologischen Operationen eingesetzt, einschließlich Schieloperationen, Kataraktoperationen, Glaukomoperationen und vitreoretinalen Operationen.
| Element | Spezifikation |
|---|---|
| Display | 55 Zoll 4K Ultra HD OLED |
| 3D-Brille | Passive Zirkularpolarisationsbrille |
| Bildverarbeitung | HDR (High Dynamic Range) |
Die HDR-Technologie sorgt für ein helles Sichtfeld ohne Überbelichtung und ermöglicht eine sichere Operation mit großer Schärfentiefe. Sie reproduziert ein bildähnliches Sehen bis zur Netzhautperipherie und kann proliferative Membranen mithilfe digitaler Filterfunktionen hervorheben.
Hauptvorteile:
Berichtete Einschränkungen:
High Dynamic Range (HDR) ist eine Videotechnologie, die gleichzeitig zu helle und zu dunkle Bereiche angemessen darstellen kann. Sie kann ein Bild ähnlich dem bloßen Auge bis in die peripheren Netzhautbereiche reproduzieren, in denen herkömmliche Operationsmikroskope zu Überbelichtung neigen. Da die Lichtmenge reduziert werden kann, trägt dies auch zur Verringerung der Phototoxizität der Netzhaut bei langen Operationen bei.
Die wichtigsten in der Augenheilkunde verwendeten Systeme sind unten aufgeführt.
Die Heads-up-Chirurgie im Netzhautbereich wurde von Eckardt und Paulo eingeführt. Eine Studie, die die Heads-up-vitreoretinale Chirurgie mit einer 3D-HDR-Kamera und einem HD-LCD-Display bewertete, ergab folgende Erkenntnisse.
Die Kombination mit der intraoperativen OCT ermöglicht die Bestätigung des Vorhandenseins oder Fehlens eines Makulaforamens und des Ablösungszustands der inneren Grenzmembran (ILM). Sie ist auch effektiv zur Überprüfung der Technik des invertierten ILM-Flaps. Bei Hornhautoperationen wie DMEK (Descemet-Membran-Endothel-Keratoplastik) und DSAEK wird sie als nützlich zur Bestätigung der Positionierung des Spender-Transplantats angesehen.
In einem aktuellen systematischen Review, der die Makulaforamen-Chirurgie mit einem herkömmlichen Mikroskop und einem 3D-Visualisierungssystem wie dem NGENUITY® verglich, wurde gezeigt, dass das 3D-System die Lichtexposition der Netzhaut reduziert und den Komfort des Chirurgen erhöht.
Head-Mounted Systems (HMS) sind eine Methode, bei der der Chirurg anstelle eines großen Monitors ein am Kopf getragenes Display verwendet. Dies ist ein aufkommendes Konzept in der Augenheilkunde.
Heads-up-System (großer Monitor)
Betrachtungsmethode : großer Monitor, der im gesamten Raum geteilt werden kann
3D-Brille : Beobachtung mit Polarisationsbrille
Lerneffekt : Mehrere Personen können gleichzeitig dasselbe Bild betrachten
Head-Mounted System (HMD)
Betrachtungsmethode : Vom Chirurgen am Kopf getragenes Display
Unabhängige Darstellung : Gleichzeitige Anzeige unabhängiger Bilder für jedes Auge
Übersprechen : Vermeidet Geisterbilder bei aktiven Systemen
Sony ist ein Pionier im Bereich Head-Mounted Displays und trat 2012 erstmals in den Operationssaal ein. Das HMS-3000MT wird mit dem Mikroskop von Haag-Streit Surgical (HS Hi-R NEO 900) verwendet.
Systemkonfiguration :
Die Auflösung beträgt 1280×720 in stereoskopischen Bildern, mit doppeltem Videoeingang unter Verwendung von zwei unabhängigen OLED-Panels, die jedem Auge ein völlig unabhängiges Signal liefern. Ein breites horizontales Sichtfeld von 45 Grad ermöglicht ein natürliches Seherlebnis.
Die frühen Experimente von Ivan Sutherland in den 1960er Jahren führten zur Entwicklung des HMS. Die Hauptanwendungen des HMS waren militärisch, polizeilich, feuerwehrtechnisch und kommerziell (Videospiele, Sport usw.). Die Verwendung des HMS in der Augenheilkunde wurde erstmals von der Gruppe um Dutra-Medeiros et al. berichtet.
Das Head-Mounted System (HMS) zeigt beiden Augen gleichzeitig unabhängige Bilder und vermeidet so Geisterbilder (Übersprechen), die bei aktiven 3D-Systemen auftreten. Mit einem weiten horizontalen Sichtfeld von 45 Grad bietet es ein natürliches Seherlebnis, hervorragende Tiefenwahrnehmung und räumliches Verständnis. Durch den Anschluss eines zweiten HMD kann auch das OP-Personal gleichzeitig in 3D sehen, was es zu einem vielversprechenden Werkzeug für die chirurgische Ausbildung macht.
| Operationsart | Hauptsystem | Besondere Hinweise |
|---|---|---|
| Kataraktoperation | NGENUITY, TrueVision | Kompatibel mit IOL-Führung |
| Vitreoretinale Chirurgie | NGENUITY, Artevo | Phototoxizitätsreduzierende Wirkung |
| Hornhautchirurgie (DMEK/DSAEK) | Heads-up-Darstellung allgemein | Nützlich zur Überprüfung der Transplantatposition |
| Schieloperation | NGENUITY | Von mehreren Mitarbeitern gemeinsam genutzt |
| Glaukomoperation | Heads-up-Typ allgemein | Visualisierung der Shunt-Platzierung |
Die neuesten Systeme verfügen über die folgenden Funktionen durch digitale Bildverarbeitung.
Bei der ophthalmologischen Chirurgie mit einem herkömmlichen binokularen Mikroskop muss der Chirurg eine nach vorne geneigte Haltung einnehmen, um in die Okulare zu schauen. Dies führt zu einer chronischen Belastung der Hals-, Brust- und Lendenwirbelsäule. 62% der Augenärzte berichten über Symptome im Nacken, Oberkörper und Rücken, und muskuloskelettale Störungen haben die Lebensdauer von Chirurgen verkürzt.
Bei einem 3D-Display-System ist für die Tiefenwahrnehmung erforderlich, dass das linke und rechte Auge unterschiedliche Bilder erhalten.
Bei der aktiven Methode erfolgt die links-rechts-Trennung durch schnelles Schalten mit elektronischen Verschlüssen, wobei jedoch durch Nachbilder ein Übersprechen (Geistereffekt) auftreten kann. Bei der passiven Methode erfolgt die Trennung durch Polarisationsfilter mit geringerem Übersprechen. Beim HMS werden zwei unabhängige OLED-Panels verwendet, die jedem Auge völlig unabhängige Signale liefern, sodass kein Übersprechen auftritt.
Durch die digitale Verarbeitung von mit einer Kamera aufgenommenen Bildern können Informationen visualisiert werden, die für das menschliche Auge direkt unsichtbar sind. Die HDR-Technologie stellt Details auch in Operationsfeldern mit hohem Kontrast dar, und digitale Filter verbessern die Unterscheidbarkeit bestimmter Gewebe. Durch elektronische Helligkeitsverstärkung kann bei reduzierter Lichtmenge (Verringerung der Phototoxizität) eine hohe Sichtbarkeit erreicht werden.
Im Bereich der Augenheilkunde werden für 3D-Displaysysteme weitere technologische Innovationen erwartet.
Auflösungsverbesserung: Das Problem der unzureichenden 2K-Auflösung wird durch die Entwicklung zu 4K und 8K gelöst. Zukünftig könnten Strukturen sichtbar werden, die mit herkömmlichen Lichtmikroskopen für das menschliche Auge unsichtbar waren.
KI-Integration: Die Integration mit Echtzeit-Bildanalyse, intraoperativer Navigation und Operationsplanungsunterstützung wird voraussichtlich zunehmen. Anwendungen wie TrueGuide und TruePlan sind bereits Vorreiter.
Entwicklung von HMS: Neue Head-Mounted-Systeme (Avegant Glyph Netzhautprojektionssystem, Beyeonics Surgical Clarity™ usw.) sind auf dem Markt, und eine weitere Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung wird erwartet.
Ausweitung der Bildungs- und Kooperationsanwendungen: Die Anwendung für Live-Streaming von Operationen und Fernchirurgietraining wird untersucht. Die Fähigkeit mehrerer Mitarbeiter, gleichzeitig stereoskopisch zu sehen, bietet Potenzial als chirurgisches Ausbildungswerkzeug der nächsten Generation.
