Il sistema di visualizzazione 3D in chirurgia oftalmica (heads-up surgery / 3D digital microscopy) è un metodo in cui il sistema ottico del microscopio chirurgico viene ripreso da una telecamera e l’immagine viene visualizzata su un grande display 3D, consentendo al chirurgo di operare. Il chirurgo non guarda direttamente negli oculari del microscopio, ma indossa occhiali 3D polarizzati o a otturatore LCD e opera guardando il monitor.
Contesto storico: Il concetto di heads-up surgery è stato riportato per la prima volta nel 2010 da Weinstock et al. Successivamente, la sua applicazione alla chirurgia vitreoretinica è stata riportata da Eckardt e Paulo, e la sua diffusione si è estesa a tutto il campo oftalmico.
Nella chirurgia con microscopio ottico tradizionale, il chirurgo doveva avvicinare gli occhi agli oculari e mantenere una postura chinata in avanti per lunghi periodi. Il sistema di visualizzazione 3D è un’innovazione tecnologica che elimina fondamentalmente questo carico posturale.
Nella chirurgia con microscopio tradizionale si mantiene una postura chinata in avanti con gli occhi vicini agli oculari, mentre nella chirurgia heads-up il chirurgo opera guardando un grande monitor 3D in una postura naturale con la testa sollevata. Ciò riduce il carico posturale su collo e parte bassa della schiena e facilita l’osservazione simultanea da parte di più persone a scopo didattico.
Di seguito sono riportati i principali vantaggi offerti dal sistema di visualizzazione 3D rispetto al microscopio ottico tradizionale.
Ergonomia (miglioramento della postura) : Il 62% degli oftalmologi presenta sintomi cervicali, e il mantenimento della salute del chirurgo è una sfida seria. Il sistema di visualizzazione 3D consente al chirurgo di operare in posizione seduta naturale con la testa sollevata, riducendo significativamente il carico su collo e parte bassa della schiena.
Contributo all’insegnamento e alla collaborazione : Le immagini del campo operatorio possono essere inviate contemporaneamente a più monitor. Il chirurgo supervisore e il tirocinante possono condividere la stessa immagine mentre operano, migliorando l’efficienza dell’insegnamento. Osservatori visitatori e personale della sala operatoria possono anche visualizzare la situazione intraoperatoria con lo stesso campo visivo.
Miglioramento digitale dell’immagine : Le immagini digitali acquisite dalla telecamera possono essere elaborate in tempo reale. L’aumento del contrasto, la riduzione del rumore, i filtri digitali e la correzione del colore possono essere applicati durante l’intervento e vengono utilizzati per migliorare la visibilità della colorazione della membrana limitante interna (ILM).
Riduzione dell’esposizione luminosa retinica : Il sistema di visualizzazione 3D consente un intervento chirurgico in condizioni di scarsa illuminazione, riducendo l’esposizione luminosa della retina rispetto al microscopio tradizionale1). Questa è una caratteristica importante per ridurre il rischio di danno retinico dovuto a fototossicità.
Miglioramento del comfort del chirurgo : L’affaticamento del chirurgo durante interventi lunghi è ridotto e ci si aspetta un mantenimento della concentrazione1).
Confronto delle principali caratteristiche tra il sistema di visualizzazione 3D e il microscopio ottico tradizionale.
| Caratteristica | Sistema di visualizzazione 3D | Microscopio tradizionale |
|---|---|---|
| Postura del chirurgo | Testa alta (postura naturale) | Inclinato in avanti (visione diretta attraverso gli oculari) |
| Esposizione luminosa | Ridotta1) | Standard |
| Elaborazione delle immagini | Miglioramento digitale possibile | Solo ottica |
È stato confermato che il sistema di visualizzazione 3D mostra un’efficacia equivalente al microscopio ottico tradizionale1). In termini di risultati chirurgici (recupero visivo, esiti anatomici) non è inferiore al microscopio ottico esistente e possiede caratteristiche superiori in ergonomia, riduzione dell’esposizione alla luce e miglioramento digitale dell’immagine.
Il sistema di visualizzazione 3D può essere applicato a diverse procedure oftalmiche.
Chirurgia della cataratta: Il sistema TrueVision è stato sviluppato come piattaforma pionieristica per la chirurgia 3D heads-up della cataratta. La frammentazione del nucleo del cristallino, la facoemulsificazione e l’inserimento dell’IOL possono essere eseguiti sotto visualizzazione 3D.
Chirurgia vitreoretinica: Questo è il campo in cui la chirurgia heads-up è stata valutata più ampiamente. Per la chirurgia del foro maculare, è stato confermato che il sistema di visualizzazione 3D ha un’efficacia equivalente al microscopio tradizionale e riduce l’esposizione della retina alla luce1). La vitrectomia, il peeling della membrana e la fotocoagulazione laser possono essere eseguiti anche sotto visualizzazione 3D.
Chirurgia corneale: Per l’applicazione alla DSAEK (cheratoplastica endoteliale della membrana di Descemet), ci sono segnalazioni di nDSAEK (nanoultrathin DSAEK). La manipolazione di innesti ultra-sottili e l’iniezione di bolle d’aria possono essere eseguite con precisione sotto visualizzazione digitale.
Chirurgia del glaucoma: È stata segnalata anche l’applicazione alla chirurgia del segmento anteriore come la trabeculotomia e la chirurgia filtrante, e l’espansione delle procedure idonee sta progredendo.
Di seguito sono elencati i sistemi di visualizzazione 3D rappresentativi attualmente disponibili in commercio.
NGENUITY
Produttore: Alcon
Display : Monitor 3D OLED 4K
Metodo stereoscopico : Polarizzazione
Caratteristiche : Progettato per la chirurgia vitreoretinica. Opzione di integrazione OCT intraoperatoria disponibile. Dotato di filtri digitali e funzioni di miglioramento del contrasto. Sistema commerciale attualmente più diffuso.
TrueVision
Produttore : TrueVision 3D Surgical
Chirurgia target : Chirurgia della cataratta e del segmento anteriore
Metodo stereoscopico : Otturatore attivo
Caratteristiche : Piattaforma pionieristica per la chirurgia heads-up. Ha realizzato la visualizzazione 3D digitale nella chirurgia della cataratta fin dall’inizio. Integrazione possibile con ORA (aberrometria intraoperatoria).
Sony HMS-3000MT
Produttore : Sony
Formato : HMD (visore montato sulla testa)
Metodo stereoscopico : HMS (Head-Mounted System)
Caratteristiche : Fornisce l’immagine a un HMD indossato dal chirurgo. Nessun monitor necessario, si adatta facilmente alle differenze individuali. Esempio di metodo che offre un’esperienza stereoscopica attiva anziché passiva.
Confronto delle specifiche dei tre sistemi principali.
| Sistema | Risoluzione | Stereoscopia |
|---|---|---|
| NGENUITY | 4K | Polarizzazione |
| TrueVision | HD–4K | Shutter attivo |
| HMS-3000MT | HD | Metodo HMD |
Questa sezione descrive le principali tecnologie integrate nei sistemi di visualizzazione 3D.
Display HDR (High Dynamic Range) : riproduce un ampio contrasto dall’alta alla bassa luminosità. Mostra naturalmente la differenza tra la cavità vitrea scura e la luce di illuminazione brillante, migliorando la visibilità dei tessuti.
Alta risoluzione 4K–8K : attualmente la risoluzione 4K (3840×2160 pixel) è lo standard, e il supporto 8K è in sviluppo per la prossima generazione. L’alta risoluzione migliora la visibilità della membrana limitante interna e delle strutture retiniche fini.
Filtri digitali : durante l’intervento è possibile applicare filtri in tempo reale. Sono disponibili l’enfatizzazione del colore della colorazione della membrana limitante interna (Blu Brillante G, ecc.), la correzione del contrasto e la visualizzazione a falsi colori.
Integrazione OCT intraoperatoria : è stata sviluppata una tecnologia per integrare la tomografia a coerenza ottica (OCT) nel microscopio chirurgico e sovrapporre le immagini tomografiche in tempo reale sul monitor 3D1). Ciò consente di verificare la chiusura del foro maculare e valutare il distacco della membrana durante l’operazione.
Amplificazione del segnale e riprese in condizioni di scarsa illuminazione : L’aumento della sensibilità del sensore della fotocamera consente di ottenere immagini di alta qualità riducendo la quantità di luce di illuminazione. Questo è il meccanismo principale per ridurre l’esposizione luminosa della retina.
La visione stereoscopica tramite sistema di visualizzazione 3D genera la percezione della profondità presentando immagini indipendenti a ciascun occhio. Vengono utilizzati principalmente due metodi.
Visione stereoscopica attiva (metodo attivo) : Utilizza occhiali con otturatori a cristalli liquidi. Gli occhiali bloccano alternativamente e rapidamente le lenti sinistra e destra, sincronizzandosi con il monitor per alternare le immagini per l’occhio sinistro e destro fotogramma per fotogramma. Adottato dal sistema TrueVision.
Visione stereoscopica passiva (metodo passivo) : Utilizza occhiali con filtri polarizzatori. Il monitor visualizza simultaneamente immagini polarizzate orizzontalmente e verticalmente, e gli occhiali polarizzati corrispondenti separano le immagini per sinistra e destra. Adottato dal sistema NGENUITY. Il vantaggio sono occhiali leggeri e senza batteria.
Metodo HMS (a casco) : L’immagine viene visualizzata direttamente sull’HMD indossato dal chirurgo. Poiché l’immagine viene presentata direttamente davanti agli occhi del chirurgo senza passare attraverso un monitor, l’adattamento alla distanza interpupillare individuale è facile. Il Sony HMS-3000MT adotta questo metodo.
L’unità fotocamera acquisisce la luce attraverso il beam splitter del microscopio operatorio. Le immagini catturate dal sensore CMOS vengono elaborate in tempo reale e prodotte come immagine 3D. La minimizzazione della latenza è una questione importante per mantenere la precisione chirurgica, ed è ridotta a un livello impercettibile nei sistemi attuali.
Sia nel metodo polarizzato che in quello a otturatore, la latenza è ridotta a un livello impercettibile e l’impatto sulla precisione chirurgica del chirurgo è considerato minimo. Inoltre, l’efficacia del sistema di visualizzazione 3D è stata confermata equivalente a quella del microscopio convenzionale1). È riconosciuto che esiste una curva di apprendimento durante l’introduzione iniziale.
Risoluzione ultra-alta 8K : È in corso lo sviluppo di sistemi compatibili con 8K come successori dell’attuale risoluzione 4K. Con una risoluzione 8K (7680×4320 pixel), si prevede di poter osservare le strutture fini della membrana limitante interna e i dettagli dei vasi retinici con una precisione superiore a quella attuale.
Sviluppo dei sistemi head-mounted (HMS): Continua il miglioramento degli HMD perfettamente adattati alle caratteristiche visive individuali (distanza interpupillare, correzione refrattiva). Sono in fase di sviluppo HMD di nuova generazione ad alta luminosità e bassa latenza, specializzati per la chirurgia.
Fusione con la realtà aumentata (AR): La ricerca sui sistemi chirurgici AR che sovrappongono in tempo reale immagini OCT intraoperatorie, angiografia a fluorescenza e informazioni del paziente al video chirurgico sta progredendo. L’obiettivo è realizzare un ambiente in cui il chirurgo possa accedere a varie informazioni senza distogliere lo sguardo.
Applicazione heads-up alla lampada a fessura: Sono stati riportati tentativi di introdurre il sistema 3D heads-up non solo al microscopio operatorio ma anche al microscopio a lampada a fessura utilizzato in visita ambulatoriale. I vantaggi includono il miglioramento dell’ergonomia durante l’esame e la facilità di registrazione delle immagini.
Integrazione con l’analisi delle immagini tramite IA: È in corso lo sviluppo di sistemi che analizzano in tempo reale il video acquisito tramite intelligenza artificiale (IA) per l’identificazione dei tessuti e l’assistenza alla dissezione. Viene studiata anche la combinazione con robot chirurgici.
Con la riduzione dei costi tecnologici e l’accumulo di evidenze cliniche, la diffusione dei sistemi di visualizzazione 3D è in aumento. I molteplici vantaggi come il miglioramento dell’ergonomia del chirurgo, la riduzione dell’esposizione alla luce e l’elaborazione digitale delle immagini sono apprezzati, e la loro adozione sta crescendo in particolare nelle grandi strutture. In futuro, si prevede che l’integrazione con OCT intraoperatorio e AR progredirà, portando a una piattaforma ancora più funzionale.
