سیستم نمایش سه‌بعدی در جراحی چشم

نکات کلیدی در یک نگاه

«جراحی هدآپ» با استفاده از سیستم نمایش سه‌بعدی، روش جدیدی در جراحی چشم است که در آن جراح به جای لنز چشمی، به مانیتور بزرگ نگاه می‌کند.
فشار روی گردن و کمر جراح را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و از خستگی اسکلتی-عضلانی جلوگیری می‌کند.
گزارش شده است که ۶۲٪ از چشم‌پزشکان علائمی در ناحیه گردن، بالاتنه و کمر تجربه می‌کنند.
اثر آموزشی بالایی دارد و چندین کارمند می‌توانند هم‌زمان تصاویر با وضوح بالا را به اشتراک بگذارند.
سیستم‌های نماینده: Alcon NGENUITY (4K OLED)، TrueVision 3D، Sony HMS-3000MT (نوع هدست)

1. سیستم نمایش سه‌بعدی در جراحی چشم چیست؟

سیستم نمایش سه‌بعدی برای جراحی چشم، یک فناوری جدید تجسم جراحی است که جایگزین میکروسکوپ دوچشمی سنتی می‌شود. جراح به جای نگاه کردن از طریق چشمی، در حین عمل، تصاویر گرفته شده توسط دوربین سه‌بعدی را روی یک مانیتور بزرگ به صورت زنده مشاهده می‌کند. این روش جراحی “جراحی سر بالا” (heads-up surgery) نامیده می‌شود.

پیشینه و سیر توسعه

فناوری نمایش سه‌بعدی در ابتدا برای مصارف هوایی و نظامی توسعه یافت. پس از آن، با پیشرفت فناوری، ورود آن به اتاق عمل محقق شد. در زمینه چشم‌پزشکی، از زمان معرفی سیستم تجسم جراحی میکروسکوپی سه‌بعدی TrueVision، این فناوری به طور گسترده‌ای رواج یافته است.

در جراحی میکروسکوپی سنتی، جراح مجبور است برای مدت طولانی وضعیت خمیده به جلو را حفظ کند که این امر باعث فشار بر گردن، پشت و کمر می‌شود. گزارش شده است که شیوع علائم گردن، بالاتنه و کمر در بین چشم‌پزشکان به ۶۲٪ می‌رسد. سیستم سه‌بعدی برای رفع این مشکل توسعه یافته است.

سیستم‌های فعال و غیرفعال

سیستم‌های فعال (Active systems)

مکانیسم: نمایش متوالی سریع تصاویر برای چشم چپ و راست به صورت متناوب

عینک: عینک شاتر الکترونیکی به طور فعال یک چشم را مسدود می‌کند

ویژگی: حس عمق بالا. ممکن است تداخل (شبح) رخ دهد

سیستم‌های غیرفعال (Passive systems)

مکانیسم: دو تصویر به صورت افقی ترکیب و خروجی داده می‌شوند

عینک: با عینک سه‌بعدی پلاریزه به صورت غیرفعال جدا می‌شوند

ویژگی: هزینه نسبتاً پایین. در سیستم‌هایی مانند NGENUITY استفاده می‌شود. بدون کراس‌تاک

Q جراحی هدزآپ چیست؟

روشی جراحی است که در آن بدون نگاه کردن به چشمی میکروسکوپ، تصاویر گرفته شده توسط دوربین سه‌بعدی روی یک نمایشگر بزرگ مشاهده می‌شود. جراح می‌تواند با سر بالا (heads-up) در وضعیت طبیعی جراحی کند و فشار روی گردن و کمر را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. از آنجا که چندین کارمند می‌توانند همزمان یک تصویر را به صورت زنده مشاهده کنند، این سیستم برای آموزش نیز بسیار مؤثر است.

2. سیستم‌ها و عملکردهای اصلی

سیستم TrueVision 3D (TrueVision Systems Inc., Santa Barbara, CA, USA)

جراحی آب مروارید هدآپ در چشم‌پزشکی اولین بار در سال 2010 توسط Weinstock گزارش شد. سیستم TrueVision 3D یک واحد دوربین است که به میکروسکوپ جراحی استاندارد متصل می‌شود و تصاویر استریو و ویدئو را به یک مانیتور بزرگ HD سه‌بعدی ارسال می‌کند.

سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA) «مجموعه ابزارهای انکساری آب مروارید TrueVision» را که پوشش‌های گرافیکی سه‌بعدی ارائه می‌دهد، تأیید کرده است. علاوه بر این، برنامه‌های «TrueGuide» و «TruePlan» امکان پشتیبانی از برنامه‌ریزی جراحی از جمله استفاده از IOL توریک را فراهم کرده‌اند.

کاربرد این سیستم در جراحی‌های بخش قدامی چشم نیز در حال گسترش است. از سیستم هدزآپ در پیوند غشای آمنیوتیک و جراحی قرنیه نیز استفاده می‌شود. Mohamed YH و همکاران اولین موارد جراحی قرنیه (پیوند اندوتلیال قرنیه بدون دیسمت به روش خودکار: nDSAEK) را با استفاده از سیستم هدزآپ گزارش کردند.

سیستم تجسم سه‌بعدی NGENUITY® (Alcon, TX, USA)

NGENUITY® اولین سیستم تصویربرداری بلادرنگ چشمی مجهز به دوربین ویدئویی با دامنه دینامیک بالا (HDR) در جهان است. این سیستم به طور گسترده در تمام جراحی‌های چشم از جمله جراحی استرابیسم، آب مروارید، گلوکوم و ویترئورتینال استفاده می‌شود.

مورد	مشخصات فنی
نمایشگر	55 اینچ 4K Ultra HD OLED
عینک سه‌بعدی	عینک پلاریزه دایره‌ای غیرفعال
پردازش تصویر	HDR (محدوده دینامیکی بالا)

فناوری HDR میدان دید روشنی بدون سوختگی سفید فراهم می‌کند و با عمق فوکوس زیاد، جراحی ایمن را ممکن می‌سازد. تصاویر تا حاشیه شبکیه مانند چشم غیرمسلح بازتولید می‌شوند و غشاهای پرولیفراتیو را می‌توان با فیلتر دیجیتال برجسته کرد.

مزایای اصلی:

زمان جراحی و میزان عوارض مشابه میکروسکوپ سنتی
کاهش توان اندوایلیومیناتور و کاهش سمیت نوری
قابل استفاده در بیماران با فیزیک خاص مانند کیفوز شدید
کاهش نیاز به رنگ‌آمیزی تریامسینولون زجاجیه
قابلیت هم‌پوشانی بلادرنگ اطلاعات قبل از عمل و تصاویر توموگرافی انسجام نوری (OCT)
نمرات رضایت بالای جراحان و پرستاران

محدودیت‌های گزارش‌شده:

مشکلات لجستیکی و هزینه
ناراحتی دستیار
دشواری در واکنش به حرکت ناگهانی سر بیمار
کاهش دید در صورت وجود کدورت در محیط‌های شفاف میانی

Q فناوری «HDR» در NGENUITY® چیست؟

High Dynamic Range (HDR) یک فناوری تصویری است که می‌تواند نواحی بسیار روشن و بسیار تاریک را به طور همزمان به‌درستی نمایش دهد. این فناوری می‌تواند تصویری مشابه چشم غیرمسلح را تا نواحی پیرامونی شبکیه که در میکروسکوپ‌های جراحی سنتی دچار سوختگی سفید می‌شوند، بازتولید کند. همچنین با کاهش شدت نور، به کاهش سمیت نوری شبکیه در جراحی‌های طولانی کمک می‌کند.

سایر سیستم‌های تجسم سه‌بعدی هِدز-آپ

سیستم‌های اصلی مورد استفاده در چشم‌پزشکی در زیر آورده شده است.

سیستم نمایش پزشکی HD سونی (سونی، توکیو، ژاپن)
MKC 700 HD و CFA 3DL1 (Ikegami Tsushinki، توکیو، ژاپن)
Artevo 800 (Carl Zeiss، آلمان)
سیستم نمایش پانورامیک RUV (Leica، وتزلار، آلمان): برای جراحی ویتره‌ورتینال

3. کاربرد در جراحی ویتره‌ورتینال

جراحی هدآپ در ناحیه شبکیه توسط Eckardt و Paulo معرفی شد. مطالعه‌ای که جراحی ویتره‌ورتینال هدآپ را با استفاده از دوربین 3D HDR و نمایشگر LCD HD ارزیابی کرد، یافته‌های زیر را نشان داد.

مزیت اصلی ارگونومی عالی است.
سطح دشواری فنی مشابه روش سنتی است
با تقویت الکترونیکی سیگنال دوربین، روشنایی بیشتری نسبت به روش سنتی حاصل می‌شود
در مواردی مانند خونریزی زجاجیه، کدورت محیط‌های شفاف و فوندوس تیره رنگدانه‌دار مفید است

ترکیب با OCT حین عمل امکان تأیید وجود سوراخ ماکولا و وضعیت جداشدگی غشای محدود کننده داخلی (ILM) را فراهم می‌کند. همچنین برای تأیید تکنیک فلپ غشای محدود کننده داخلی معکوس مفید است. در جراحی‌های قرنیه مانند DMEK و DSAEK، برای تأیید موقعیت پیوند دهنده مفید تلقی می‌شود.

در گزارش‌های اخیر، یک مرور سیستماتیک که جراحی سوراخ ماکولا را با میکروسکوپ سنتی و سیستم تجسم سه‌بعدی مانند NGENUITY® مقایسه کرده بود، نشان داد که سیستم سه‌بعدی قرارگیری در معرض نور شبکیه را کاهش داده و راحتی جراح را افزایش می‌دهد.

۴. سیستم هدست (HMS)

سیستم‌های هدمانت (head-mounted systems; HMS) روشی هستند که در آن جراح به جای مانیتور بزرگ، از نمایشگری که روی سر نصب می‌شود استفاده می‌کند. این مفهوم به عنوان یک مفهوم نوظهور در چشم‌پزشکی مورد توجه قرار گرفته است.

سیستم هدزآپ (مانیتور بزرگ)

روش مشاهده: مانیتور بزرگ قابل اشتراک در کل اتاق

عینک سه‌بعدی: مشاهده با استفاده از عینک پلاریزه

اثر آموزشی: امکان مشاهده همزمان تصویر یکسان توسط چندین نفر

سیستم هدمانت (HMD)

روش مشاهده: نمایشگری که جراح روی سر خود قرار می‌دهد

نمایش مستقل: نمایش همزمان تصاویر مجزا برای چشم چپ و راست

تداخل تصویری: جلوگیری از پدیده شبح در روش فعال

Sony HMS-3000MT

سونی پیشگام در زمینه نمایشگرهای هدمانت است و در سال ۲۰۱۲ برای اولین بار وارد اتاق عمل شد. HMS-3000MT همراه با میکروسکوپ Haag-Streit Surgical (HS Hi-R NEO 900) استفاده می‌شود.

اجزای سیستم:

HMI-3000MT: واحد پردازش تصویر
نمایشگر سرپوش HMM-3000MT: ارائه دید سه‌بعدی
MCC-3000 MT: سیستم دوربین جراحی سه‌بعدی Full HD

تصاویر سه‌بعدی با وضوح 1280×720 و با استفاده از دو پنل OLED مستقل و ورودی ویدئوی دوگانه، سیگنال کاملاً مستقلی به هر چشم ارائه می‌دهد. زاویه دید افقی 45 درجه، تجربه بصری طبیعی را ممکن می‌سازد.

پیشینه تاریخی HMS

آزمایش‌های اولیه ایوان ساترلند در دهه 1960 منجر به توسعه HMS شد. کاربردهای اصلی HMS در حوزه نظامی، پلیس، آتش‌نشانی و تجاری خصوصی (بازی‌های ویدئویی، ورزش و غیره) بود. استفاده از HMS در چشم‌پزشکی اولین بار توسط گروه Dutra-Medeiros گزارش شد.

نمونه‌ای از روش‌های جراحی قابل انجام با HMS (گزارش شده توسط Dutra-Medeiros و همکاران)

ویترکتومی از طریق پارس پلانا (به تنهایی یا همراه با فیکوامولسیفیکاسیون آب مروارید و کاشت IOL)
خارج کردن IOL نیمه‌دررفته (subluxated IOL extraction)
پوسته‌برداری غشای اپی‌رتینال (epiretinal membrane peeling)
پوسته‌برداری غشای محدودکننده داخلی (internal limiting membrane peeling)
فتوکوآگولاسیون با لیزر داخل چشمی (endolaser photocoagulation)
تامپوناد با روغن سیلیکون و گاز هگزا فلوراید گوگرد

Q مزایای سیستم هدمانت چیست؟

سیستم هدمانت (HMS) با نمایش همزمان تصاویر مستقل به هر چشم، از ایجاد شبح (crosstalk) در سیستم‌های سه‌بعدی فعال جلوگیری می‌کند. با زاویه دید افقی ۴۵ درجه، تجربه بصری طبیعی و درک عمق و فضایی عالی فراهم می‌شود. همچنین با اتصال یک HMD دوم، کارکنان جراحی نیز می‌توانند همزمان تصویر سه‌بعدی ببینند که پتانسیل آن را به عنوان ابزار آموزشی جراحی افزایش می‌دهد.

۵. کاربرد و اندیکاسیون در درمان استاندارد

خلاصه روش‌های جراحی اندیکاسیون

نوع جراحی	سیستم اصلی	نکات ویژه
جراحی آب مروارید	NGENUITY، TrueVision	قابلیت هماهنگی با IOL Guidance
جراحی ویتره رتین	NGENUITY، Artevo	دارای اثر کاهش سمیت نوری
جراحی قرنیه (DMEK/DSAEK)	هدآپ عمومی	مفید برای تأیید موقعیت پیوند
جراحی استرابیسم	NGENUITY	اشتراک‌گذاری بین چند کارمند
جراحی گلوکوم	هدآپ عمومی	تجسم محل قرارگیری شانت

قابلیت تقویت تصویر

در سیستم‌های جدید، قابلیت‌های زیر از طریق پردازش تصویر دیجیتال پیاده‌سازی شده‌اند:

کانال رنگی: بهبود تجسم بافت‌های ظریف مانند غشای محدود کننده داخلی (ILM)
فیلتر دیجیتال: برجسته‌سازی غشای پرولیفراتیو
ویژگی هم‌پوشانی: نمایش هم‌زمان اطلاعات برنامه‌ریزی قبل از عمل و تصاویر OCT
بزرگ‌نمایی الکترونیکی: افزایش روشنایی با تقویت سیگنال دوربین (بهبود دید در چشم‌های با کدورت)

۶. پاتوفیزیولوژی و مکانیسم دقیق بروز

مشکلات ارگونومیک میکروسکوپ سنتی

در جراحی‌های چشم با استفاده از میکروسکوپ دوچشمی سنتی، جراح باید برای نگاه کردن به چشمی‌ها وضعیت خمیده به جلو را حفظ کند. این امر باعث فشار مزمن بر مهره‌های گردنی، سینه‌ای و کمری می‌شود. ۶۲٪ از چشم‌پزشکان علائم مرتبط با گردن، بالاتنه و کمر را تجربه کرده‌اند و اختلالات اسکلتی-عضلانی عاملی برای کاهش طول عمر جراحان بوده است.

اصل دید سه‌بعدی

برای درک عمق در سیستم‌های نمایش سه‌بعدی، لازم است که چشم چپ و راست تصاویر متفاوتی دریافت کنند.

در روش فعال، با سوئیچینگ سریع شاتر الکترونیکی، تصاویر به چشم چپ و راست جدا می‌شوند، اما ممکن است تداخل (پدیده شبح) به دلیل تصاویر باقی‌مانده رخ دهد. در روش غیرفعال، با فیلترهای پلاریزه جدا می‌شوند و تداخل کمتری دارند. در سیستم‌های نمایش هدست (HMS)، از دو پنل OLED مستقل استفاده می‌شود که سیگنال‌های کاملاً مجزا به هر چشم ارائه می‌دهد و هیچ تداخلی رخ نمی‌دهد.

اهمیت پردازش تصویر دیجیتال

با پردازش دیجیتال تصاویر گرفته شده توسط دوربین، اطلاعاتی که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند، قابل تجسم می‌شوند. فناوری HDR جزئیات را در میدان‌های جراحی با کنتراست بالا نشان می‌دهد و فیلترهای دیجیتال قابلیت تشخیص بافت‌های خاص را افزایش می‌دهند. با تقویت روشنایی الکترونیکی، می‌توان ضمن کاهش میزان نور (کاهش سمیت نوری)، دید بالایی را حفظ کرد.

7. آخرین تحقیقات و چشم‌اندازهای آینده

در زمینه چشم‌پزشکی، سیستم‌های نمایش سه‌بعدی انتظار می‌رود که در آینده نیز شاهد نوآوری‌های فناورانه بیشتری باشند.

بهبود وضوح: مشکل کمبود وضوح 2K با تکامل به 4K و 8K در حال رفع شدن است. در آینده، ممکن است ساختارهایی که با میکروسکوپ نوری سنتی برای چشم انسان قابل مشاهده نبودند، قابل مشاهده شوند.

ادغام هوش مصنوعی: انتظار می‌رود ادغام با تحلیل تصویر بلادرنگ، ناوبری حین عمل و پشتیبانی از برنامه‌ریزی جراحی پیشرفت کند. برنامه‌هایی مانند TrueGuide و TruePlan از قبل پیشگام این حوزه هستند.

توسعه HMS: سیستم‌های هدست جدید (مانند سیستم پروجکشن شبکیه Avegant Glyph، Beyeonics Surgical Clarity™) ظهور کرده‌اند و انتظار می‌رود کوچک‌تر و سبک‌تر شوند.

گسترش کاربردهای آموزشی و همکاری: استفاده از پخش زنده جراحی و آموزش از راه دور جراحی در حال بررسی است. ویژگی دید سه‌بعدی همزمان برای چندین کارمند، پتانسیل آن را به عنوان ابزار آموزشی نسل بعدی جراحی دارد.

۸. منابع

National Institute for Health and Care Excellence (NICE). Clinical guideline on idiopathic full-thickness macular holes. DRAFT; 2024.
Muecke TP, Casson RJ. Three-Dimensional Heads-up Display in Cataract Surgery: A Review. Asia Pac J Ophthalmol (Phila). 2022;11(6):549-553. PMID: 36417680.
Razavi P, Cakir B, Baldwin G, D’Amico DJ, Miller JB. Heads-Up Three-Dimensional Viewing Systems in Vitreoretinal Surgery: An Updated Perspective. Clin Ophthalmol. 2023;17:2539-2552. PMID: 37662647.