Система 3D-дисплея для офтальмологической хирургии — это новая технология визуализации, заменяющая традиционный бинокулярный микроскоп. Хирург выполняет операцию, наблюдая в реальном времени на большом мониторе изображение, снятое 3D-камерой, вместо того чтобы смотреть в окуляры. Этот метод операции называется «хирургия с поднятой головой» (heads-up surgery).
Технология 3D-дисплеев изначально разрабатывалась для авиации и военных целей. Впоследствии технологические инновации позволили внедрить её в операционные. В офтальмологии она получила широкое распространение после появления системы визуализации TrueVision 3D для микрохирургии.
При традиционной микроскопической хирургии хирург вынужден длительное время сохранять наклонное положение, что приводит к нагрузке на шейный отдел позвоночника, спину и поясницу. Сообщается, что распространенность симптомов в области шеи, верхней части тела и поясницы у офтальмологов достигает 62%. 3D-система была разработана для решения этой проблемы.
Активные системы
Принцип работы : Быстрое поочередное отображение последовательных изображений для левого и правого глаза
Очки : Электронно-управляемые затворные очки активно блокируют один глаз за раз
Особенности : Высокая стереоскопичность. Возможно возникновение перекрестных помех (двоения)
Пассивные системы
Механизм: два изображения смешиваются по горизонтали для вывода
Очки: пассивное разделение с помощью поляризационных 3D-очков
Особенности: относительно низкая стоимость. Используется в NGENUITY и др. Отсутствие перекрестных помех
Это метод хирургии, при котором, не глядя в окуляры микроскопа, изображение, захваченное 3D-камерой, просматривается на большом экране. Хирург может оперировать в естественной позе с поднятой головой (heads-up), что значительно снижает нагрузку на шейный отдел позвоночника и поясницу. Несколько сотрудников могут одновременно видеть одно и то же изображение в реальном времени, что делает эту систему очень эффективной для обучения.
Хирургия катаракты в положении «хедз-ап» в офтальмологии была впервые описана Вайнстоком в 2010 году. Система TrueVision 3D представляет собой камеру, устанавливаемую на стандартный операционный микроскоп, которая передает стереоизображения и видео на 3D HD монитор большого размера.
FDA США одобрило «TrueVision Refractive Cataract Toolset», предоставляющий 3D-графические наложения. Кроме того, приложения «TrueGuide» и «TruePlan» позволяют поддерживать планирование операции, включая использование торических ИОЛ.
Применение в хирургии переднего сегмента также расширяется. Трансплантация амниотической мембраны и операции на роговице также выполняются с использованием системы heads-up. Mohamed YH и соавт. сообщили о первом случае операции на роговице (автоматизированная эндотелиальная кератопластика без десцеметорексиса: nDSAEK) с использованием системы heads-up.
NGENUITY® — первая в мире офтальмологическая система визуализации в реальном времени, оснащенная видеокамерой с расширенным динамическим диапазоном (HDR). Она широко используется во всех офтальмологических операциях, включая хирургию косоглазия, катаракты, глаукомы и витреоретинальную хирургию.
| Параметр | Спецификация |
|---|---|
| Дисплей | 55-дюймовый 4K Ultra HD OLED |
| 3D-очки | Пассивные очки с круговой поляризацией |
| Обработка изображений | HDR (High Dynamic Range) |
Технология HDR обеспечивает яркое изображение без пересвета, позволяя проводить безопасную операцию с большой глубиной резкости. Она воспроизводит изображение, подобное невооруженному глазу, до периферии сетчатки и может выделять пролиферативные мембраны с помощью цифровых фильтров.
Основные преимущества:
Сообщаемые ограничения:
High Dynamic Range (HDR) — это видеотехнология, позволяющая одновременно адекватно отображать слишком яркие и слишком темные участки. Она может воспроизводить изображение, подобное невооруженному глазу, даже в периферических областях сетчатки, где традиционные хирургические микроскопы склонны к пересвету. Кроме того, поскольку количество света можно уменьшить, это способствует снижению фототоксичности сетчатки при длительных операциях.
Основные системы, используемые в офтальмологии, приведены ниже.
Хирургия с использованием системы heads-up в области сетчатки была внедрена Эккардтом и Пауло. Исследование, оценивающее витреоретинальную хирургию heads-up с использованием 3D HDR-камеры и HD ЖК-дисплея, показало следующие результаты.
Сочетание с интраоперационной ОКТ позволяет подтвердить наличие или отсутствие макулярного разрыва и состояние отслоения внутренней пограничной мембраны (ILM). Это также эффективно для проверки техники инвертированного лоскута ILM. При операциях на роговице, таких как DMEK (эндотелиальная кератопластика десцеметовой мембраны) и DSAEK, это считается полезным для подтверждения позиционирования донорского трансплантата.
В недавних сообщениях, в систематическом обзоре, сравнивающем хирургию макулярного разрыва с использованием традиционного микроскопа и 3D-системы визуализации, такой как NGENUITY®, было показано, что 3D-система снижает световое воздействие на сетчатку и повышает комфорт хирурга.
Наголовные системы (head-mounted systems; HMS) — это метод, при котором хирург использует дисплей, надеваемый на голову, вместо большого монитора. Это новая концепция в офтальмологии.
Система Heads-up (большой монитор)
Способ просмотра : большой монитор, доступный для всей комнаты
3D-очки : наблюдение в поляризационных очках
Образовательный эффект : несколько человек могут одновременно наблюдать одно и то же изображение
Наголовная система (HMD)
Способ просмотра : дисплей, надеваемый на голову хирурга
Независимое отображение : одновременное отображение независимых изображений для каждого глаза
Перекрестные помехи : избегает эффекта призрака активных систем
Sony является пионером в области нашлемных дисплеев и впервые вышла в операционную в 2012 году. HMS-3000MT используется с микроскопом Haag-Streit Surgical (HS Hi-R NEO 900).
Конфигурация системы :
Разрешение составляет 1280×720 в стереоскопических изображениях, с двойным видеовходом с использованием двух независимых OLED-панелей, обеспечивающих полностью независимый сигнал для каждого глаза. Широкий горизонтальный угол обзора в 45 градусов обеспечивает естественное зрительное восприятие.
Ранние эксперименты Ивана Сазерленда в 1960-х годах привели к разработке HMS. Основными областями применения HMS были военные, полицейские, пожарные и коммерческие (видеоигры, спорт и т.д.). Использование HMS в офтальмологии впервые было описано группой Дутра-Медейруша и соавт.
Нашлемная система (HMS) отображает независимые изображения для каждого глаза одновременно, избегая ореолов (перекрестных помех), возникающих в активных 3D-системах. Широкое горизонтальное поле зрения в 45 градусов обеспечивает естественное зрительное восприятие, отличное восприятие глубины и пространственное понимание. Кроме того, подключение второго HMD позволяет хирургическому персоналу также одновременно видеть в 3D, что делает его перспективным инструментом для хирургического обучения.
| Тип операции | Основная система | Особые примечания |
|---|---|---|
| Операция по удалению катаракты | NGENUITY, TrueVision | Совместимость с IOL-наведением |
| Витеоретинальная хирургия | NGENUITY, Artevo | Эффект снижения фототоксичности |
| Кератопластика (DMEK/DSAEK) | Хедс-ап визуализация общего типа | Полезно для проверки положения трансплантата |
| Хирургия косоглазия | NGENUITY | Совместное использование несколькими сотрудниками |
| Операция при глаукоме | Общий тип heads-up | Визуализация размещения шунта |
В новейших системах реализованы следующие функции цифровой обработки изображений.
При офтальмологических операциях с использованием традиционного бинокулярного микроскопа хирург должен сохранять наклоненное вперед положение, чтобы смотреть в окуляры. Это приводит к хронической нагрузке на шейный, грудной и поясничный отделы позвоночника. Сообщается, что 62% офтальмологов испытывают симптомы, связанные с шеей, верхней частью тела и спиной, и нарушения опорно-двигательного аппарата сократили продолжительность карьеры хирургов.
В системе 3D-дисплея для восприятия глубины необходимо, чтобы левый и правый глаза получали разные изображения.
В активном методе разделение на левый и правый каналы осуществляется с помощью быстрого переключения электронных затворов, но может возникать перекрестная помеха (эффект призрака) из-за послесвечения. В пассивном методе разделение происходит с помощью поляризационных фильтров, и перекрестная помеха меньше. В HMS используются две независимые OLED-панели, обеспечивающие полностью независимые сигналы для каждого глаза, что исключает перекрестную помеху.
Цифровая обработка изображений, снятых камерой, позволяет визуализировать информацию, невидимую невооруженным глазом. Технология HDR позволяет отображать детали даже в операционных полях с большим контрастом, а цифровые фильтры повышают различимость определенных тканей. Электронное усиление яркости позволяет поддерживать высокую видимость при снижении количества света (уменьшение фототоксичности).
В области офтальмологии ожидаются дальнейшие технологические инновации в системах 3D-дисплеев.
Улучшение разрешения: Проблема недостаточного разрешения 2K решается переходом на 4K и 8K. В будущем могут стать видимыми структуры, которые были невидимы для человеческого глаза при использовании традиционных оптических микроскопов.
Интеграция ИИ: Ожидается прогресс в интеграции с анализом изображений в реальном времени, интраоперационной навигацией и поддержкой планирования операций. Приложения, такие как TrueGuide и TruePlan, уже являются пионерами.
Развитие HMS: Появляются новые нашлемные системы (Avegant Glyph система проекции на сетчатку, Beyeonics Surgical Clarity™ и др.), ожидается дальнейшая миниатюризация и облегчение.
Расширение образовательного и совместного использования: Рассматривается применение для прямой трансляции операций и дистанционного хирургического обучения. Возможность одновременного стереоскопического просмотра несколькими сотрудниками обладает потенциалом в качестве инструмента обучения хирургии следующего поколения.
