Il sistema di visualizzazione 3D per la chirurgia oculistica è una nuova tecnologia di visualizzazione chirurgica che sostituisce il tradizionale microscopio binoculare. Il chirurgo opera osservando in tempo reale su un grande monitor le immagini catturate da una telecamera 3D, invece di guardare negli oculari. Questa modalità chirurgica è chiamata “chirurgia a testa alta” (heads-up surgery).
La tecnologia di visualizzazione 3D è stata inizialmente sviluppata per l’aviazione e scopi militari. Successivamente, le innovazioni tecnologiche hanno permesso la sua introduzione nelle sale operatorie. In oftalmologia, si è diffusa ampiamente dopo l’avvento del sistema di visualizzazione microchirurgica TrueVision 3D.
Nella chirurgia microscopica tradizionale, il chirurgo deve mantenere una postura inclinata in avanti per lunghi periodi, causando problemi di carico sulla colonna cervicale, sulla schiena e sulla regione lombare. È stato riportato che la prevalenza di sintomi al collo, alla parte superiore del corpo e alla zona lombare tra gli oftalmologi raggiunge il 62%. Il sistema 3D è stato sviluppato per risolvere questo problema.
Sistemi attivi
Funzionamento : Visualizzazione rapida e alternata di immagini consecutive per l’occhio sinistro e destro
Occhiali : Occhiali a otturatore elettronico bloccano attivamente un occhio alla volta
Caratteristiche : Elevata profondità stereoscopica. Può verificarsi diafonia (immagini fantasma)
Sistemi passivi
Meccanismo: due immagini vengono mescolate orizzontalmente per l’uscita
Occhiali: separazione passiva tramite occhiali 3D polarizzati
Caratteristiche: costo relativamente basso. Utilizzato in NGENUITY, ecc. Nessuna diafonia
È una modalità chirurgica in cui, senza guardare negli oculari del microscopio, l’immagine catturata da una telecamera 3D viene visualizzata su un grande schermo. Il chirurgo può operare in una postura naturale a testa alta (heads-up), riducendo notevolmente il carico sulla colonna cervicale e sulla zona lombare. Più membri dello staff possono condividere la stessa immagine in tempo reale, rendendo questo sistema molto efficace per la formazione.
La chirurgia della cataratta in posizione heads-up in oftalmologia è stata riportata per la prima volta da Weinstock nel 2010. Il sistema TrueVision 3D è un’unità fotocamera montata su un microscopio chirurgico standard, che invia immagini stereo e video a un monitor 3D HD di grandi dimensioni.
La FDA statunitense ha approvato il ‘TrueVision Refractive Cataract Toolset’ che fornisce sovrapposizioni grafiche 3D. Inoltre, le applicazioni ‘TrueGuide’ e ‘TruePlan’ consentono di supportare la pianificazione chirurgica, incluso l’uso di IOL toriche.
L’applicazione alla chirurgia del segmento anteriore si sta ampliando. Il sistema heads-up viene utilizzato anche nel trapianto di membrana amniotica e nella chirurgia corneale. Mohamed YH et al. hanno riportato il primo caso di chirurgia corneale (cheratoplastica endoteliale automatizzata senza descemetorressi: nDSAEK) utilizzando il sistema heads-up.
NGENUITY® è il primo sistema di imaging in tempo reale per oftalmologia dotato di videocamera ad alta gamma dinamica (HDR). È ampiamente utilizzato in tutte le chirurgie oftalmiche, tra cui chirurgia dello strabismo, chirurgia della cataratta, chirurgia del glaucoma e chirurgia vitreoretinica.
| Elemento | Specifica |
|---|---|
| Display | 55 pollici 4K Ultra HD OLED |
| Occhiali 3D | Occhiali a polarizzazione circolare passiva |
| Elaborazione delle immagini | HDR (High Dynamic Range) |
La tecnologia HDR garantisce una visione luminosa senza sovraesposizione, consentendo un intervento chirurgico sicuro con una profonda profondità di campo. Riproduce un’immagine simile all’occhio nudo fino alla periferia retinica e può evidenziare le membrane proliferative tramite filtri digitali.
Vantaggi principali:
Limiti riportati:
L’High Dynamic Range (HDR) è una tecnologia video che consente di rappresentare simultaneamente aree troppo luminose e troppo scure in modo appropriato. Può riprodurre un’immagine simile a quella dell’occhio nudo fino alle aree periferiche della retina, dove i microscopi chirurgici tradizionali tendono a sovraesporre. Inoltre, poiché la quantità di luce può essere ridotta, contribuisce a diminuire la fototossicità retinica durante interventi lunghi.
I principali sistemi utilizzati in oftalmologia sono elencati di seguito.
La chirurgia heads-up nell’area retinica è stata introdotta da Eckardt e Paulo. Uno studio che ha valutato la chirurgia vitreoretinica heads-up utilizzando una telecamera 3D HDR e un display LCD HD ha riportato i seguenti risultati.
La combinazione con l’OCT intraoperatorio consente di confermare la presenza o l’assenza di un foro maculare e lo stato di distacco della membrana limitante interna (ILM). È efficace anche per la verifica della tecnica del lembo invertito di ILM. Nelle chirurgie corneali come DMEK (cheratoplastica endoteliale della membrana di Descemet) e DSAEK, è considerata utile per confermare il posizionamento dell’innesto donatore.
In recenti rapporti, in una revisione sistematica che confronta la chirurgia del foro maculare con un microscopio convenzionale e un sistema di visualizzazione 3D come NGENUITY®, è stato dimostrato che il sistema 3D riduce l’esposizione luminosa alla retina e aumenta il comfort del chirurgo.
I sistemi montati sulla testa (head-mounted systems; HMS) sono un metodo in cui il chirurgo indossa un display sulla testa invece di un grande monitor. Questo è un concetto emergente in oftalmologia.
Sistema heads-up (grande monitor)
Metodo di visualizzazione : grande monitor condivisibile in tutta la sala
Occhiali 3D : osservazione con occhiali polarizzati
Effetto educativo : più persone possono osservare la stessa immagine contemporaneamente
Sistema montato sulla testa (HMD)
Metodo di visualizzazione : display indossato sulla testa del chirurgo
Visualizzazione indipendente : immagini indipendenti visualizzate simultaneamente per ciascun occhio
Diafonia : evita il fenomeno del fantasma dei sistemi attivi
Sony è pioniera nel campo dei display montati sulla testa ed è entrata per la prima volta in sala operatoria nel 2012. L’HMS-3000MT viene utilizzato con il microscopio di Haag-Streit Surgical (HS Hi-R NEO 900).
Configurazione del sistema :
La risoluzione è di 1280×720 in immagini stereoscopiche, con doppio ingresso video che utilizza due pannelli OLED indipendenti, fornendo un segnale completamente indipendente per ciascun occhio. Un ampio campo visivo orizzontale di 45 gradi consente un’esperienza visiva naturale.
I primi esperimenti di Ivan Sutherland negli anni ‘60 portarono allo sviluppo dell’HMS. Gli usi principali dell’HMS erano militari, di polizia, antincendio e commerciali (videogiochi, sport, ecc.). L’uso dell’HMS in oftalmologia è stato riportato per la prima volta dal gruppo di Dutra-Medeiros et al.
Il sistema montato sulla testa (HMS) mostra immagini indipendenti per ciascun occhio simultaneamente, evitando le immagini fantasma (diafonia) dei sistemi 3D attivi. Con un ampio campo visivo orizzontale di 45 gradi, offre un’esperienza visiva naturale, un’eccellente percezione della profondità e una buona comprensione spaziale. Inoltre, collegando un secondo HMD, anche il personale chirurgico può vedere in 3D contemporaneamente, rendendolo uno strumento promettente per la formazione chirurgica.
| Tipo di intervento | Sistema principale | Note particolari |
|---|---|---|
| Chirurgia della cataratta | NGENUITY, TrueVision | Compatibile con la guida IOL |
| Chirurgia vitreoretinica | NGENUITY, Artevo | Effetto di riduzione della fototossicità |
| Chirurgia corneale (DMEK/DSAEK) | Visualizzazione heads-up generale | Utile per verificare la posizione dell’innesto |
| Chirurgia dello strabismo | NGENUITY | Condiviso da più membri dello staff |
| Chirurgia del glaucoma | Tipo heads-up generale | Visualizzazione del posizionamento dello shunt |
I sistemi più recenti implementano le seguenti funzioni tramite elaborazione digitale delle immagini.
Nella chirurgia oftalmica con un microscopio binoculare tradizionale, il chirurgo deve mantenere una postura inclinata in avanti per guardare negli oculari. Ciò comporta un carico cronico sulle vertebre cervicali, toraciche e lombari. Il 62% degli oftalmologi riferisce sintomi legati a collo, parte superiore del corpo e schiena, e i disturbi muscoloscheletrici hanno ridotto la longevità dei chirurghi.
In un sistema di visualizzazione 3D, la percezione della profondità richiede che l’occhio sinistro e quello destro ricevano immagini diverse.
Nel metodo attivo, la separazione sinistra-destra è ottenuta tramite commutazione rapida con otturatori elettronici, ma può verificarsi diafonia (effetto fantasma) a causa della persistenza dell’immagine. Nel metodo passivo, la separazione avviene tramite filtri polarizzatori, con minore diafonia. Nell’HMS, vengono utilizzati due pannelli OLED indipendenti, fornendo segnali completamente indipendenti a ciascun occhio, eliminando la diafonia.
Elaborando digitalmente le immagini catturate da una telecamera, è possibile visualizzare informazioni non visibili direttamente all’occhio umano. La tecnologia HDR consente di rappresentare i dettagli anche in campi operatori ad alto contrasto, e i filtri digitali migliorano la discriminabilità di tessuti specifici. L’amplificazione elettronica della luminanza permette di mantenere un’elevata visibilità riducendo la quantità di luce (riduzione della fototossicità).
Nel campo dell’oftalmologia, il sistema di visualizzazione 3D dovrebbe continuare a vedere innovazioni tecnologiche.
Miglioramento della risoluzione: Il problema della risoluzione 2K insufficiente viene risolto con l’evoluzione verso 4K e 8K. In futuro, potrebbero essere visualizzate strutture invisibili all’occhio umano con i microscopi ottici tradizionali.
Integrazione dell’IA: Si prevede un progresso nell’integrazione con l’analisi delle immagini in tempo reale, la navigazione intraoperatoria e il supporto alla pianificazione chirurgica. Applicazioni come TrueGuide e TruePlan sono già pioniere.
Sviluppo degli HMS: Stanno emergendo nuovi sistemi montati sulla testa (Avegant Glyph sistema di proiezione retinica, Beyeonics Surgical Clarity™, ecc.) e ci si aspetta un’ulteriore miniaturizzazione e leggerezza.
Espansione degli usi educativi e collaborativi: È in fase di studio l’applicazione per lo streaming di interventi chirurgici in diretta e la formazione chirurgica a distanza. La capacità di visione stereoscopica simultanea da parte di più membri del personale offre un potenziale come strumento di formazione chirurgica di nuova generazione.
