3D-система отображения в офтальмологической хирургии (heads-up surgery / 3D digital microscopy) — это метод, при котором оптическая система операционного микроскопа снимается камерой, а изображение выводится на большой 3D-дисплей, позволяя хирургу выполнять операцию. Хирург не смотрит прямо в окуляры микроскопа, а надевает поляризационные или LCD-затворные 3D-очки и оперирует, глядя на монитор.
Историческая справка: Концепция heads-up surgery была впервые описана Weinstock и соавт. в 2010 году. Позднее её применение в витреоретинальной хирургии было описано Eckardt и Paulo, и она распространилась по всей офтальмологической области.
При традиционной оптической микроскопической хирургии хирургу приходилось приближать глаза к окулярам и длительное время сохранять наклонённое вперёд положение. 3D-система отображения — это технологическая инновация, которая принципиально устраняет эту нагрузку на позу.
При традиционной микроскопической хирургии сохраняется наклонённое вперёд положение с глазами близко к окулярам, тогда как при хирургии heads-up хирург оперирует, глядя на большой 3D-монитор в естественной позе с поднятой головой. Это снижает нагрузку на шею и поясницу, а также облегчает одновременное наблюдение несколькими людьми в образовательных целях.
Ниже приведены основные преимущества, которые система 3D-отображения предоставляет по сравнению с традиционным оптическим микроскопом.
Эргономика (улучшение осанки) : У 62% офтальмологов наблюдаются шейные симптомы, и поддержание здоровья хирурга является серьезной проблемой. Система 3D-отображения позволяет хирургу оперировать в естественном сидячем положении с поднятой головой, что значительно снижает нагрузку на шею и поясницу.
Вклад в обучение и сотрудничество : Изображения операционного поля могут одновременно выводиться на несколько мониторов. Ведущий хирург и ординатор могут делить одно и то же изображение во время операции, что повышает эффективность обучения. Посетители и персонал операционной также могут видеть интраоперационную ситуацию с тем же полем зрения.
Цифровое улучшение изображения : Цифровые изображения, полученные камерой, могут обрабатываться в реальном времени. Усиление контраста, шумоподавление, цифровые фильтры и коррекция цвета могут применяться интраоперационно и используются для улучшения видимости окрашивания внутренней пограничной мембраны (ILM).
Снижение светового воздействия на сетчатку : Система 3D-отображения позволяет проводить операции при низкой освещенности, снижая световое воздействие на сетчатку по сравнению с традиционным микроскопом1). Это важная характеристика для снижения риска повреждения сетчатки из-за фототоксичности.
Повышение комфорта хирурга : Утомляемость хирурга при длительных операциях снижается, и ожидается поддержание концентрации1).
Сравнение основных характеристик системы 3D-отображения и традиционного оптического микроскопа.
| Характеристика | Система 3D-отображения | Традиционный микроскоп |
|---|---|---|
| Поза хирурга | Голова вверх (естественная поза) | Наклон вперед (прямой взгляд в окуляры) |
| Световое воздействие | Снижено1) | Стандартное |
| Обработка изображений | Цифровое усиление возможно | Только оптика |
Подтверждено, что 3D-система отображения демонстрирует эффективность, эквивалентную традиционному оптическому микроскопу1). По хирургическим результатам (восстановление зрения, анатомические исходы) она не уступает существующему оптическому микроскопу и превосходит его по эргономике, снижению светового воздействия и цифровому улучшению изображения.
3D-система отображения может применяться к различным офтальмологическим процедурам.
Операция по удалению катаракты: Система TrueVision была разработана как пионерская платформа для 3D-хирургии катаракты с поднятой головой. Фрагментация ядра хрусталика, факоэмульсификация и имплантация ИОЛ могут выполняться под 3D-визуализацией.
Витрэктомия сетчатки: Это область, в которой хирургия с поднятой головой получила наиболее широкую оценку. При операции макулярного разрыва 3D-система отображения имеет эквивалентную эффективность по сравнению с традиционным микроскопом, и подтверждено снижение светового воздействия на сетчатку1). Витрэктомия, удаление мембраны и лазерная фотокоагуляция также могут выполняться под 3D-визуализацией.
Операции на роговице: Для применения в DSAEK (эндотелиальная кератопластика десцеметовой мембраны) имеются сообщения о nDSAEK (наноультратонкая DSAEK). Манипуляции с ультратонкими трансплантатами и инъекция пузырьков воздуха могут выполняться с высокой точностью под цифровой визуализацией.
Операции при глаукоме: Также сообщалось о применении в хирургии переднего сегмента, такой как трабекулотомия и фильтрующая хирургия, и расширение показаний продолжается.
Ниже представлены репрезентативные 3D-системы отображения, доступные в настоящее время на рынке.
NGENUITY
Производитель: Alcon
Дисплей : 4K OLED 3D-монитор
Метод стереоскопии : Поляризационный метод
Особенности : Разработан для витреоретинальной хирургии. Опция интеграции интраоперационной ОКТ. Оснащен цифровыми фильтрами и функциями усиления контраста. Наиболее распространенная коммерческая система на сегодняшний день.
TrueVision
Производитель : TrueVision 3D Surgical
Целевые операции : Хирургия катаракты и переднего сегмента
Метод стереоскопии : Активный затворный метод
Особенности : Пионерская платформа для хирургии heads-up. С самого начала обеспечивала цифровую 3D-визуализацию при операциях по удалению катаракты. Возможна интеграция с ORA (интраоперационная аберрометрия).
Sony HMS-3000MT
Производитель : Sony
Формат : HMD (нашлемный дисплей)
Метод стереоскопии : HMS (Head-Mounted System)
Особенности : Подает изображение на HMD, надеваемый хирургом. Не требует монитора, легко адаптируется к индивидуальным особенностям. Пример метода, обеспечивающего активное, а не пассивное стереоскопическое восприятие.
Сравнение характеристик трех основных систем.
| Система | Разрешение | Стереоскопия |
|---|---|---|
| NGENUITY | 4K | Поляризационный метод |
| TrueVision | HD–4K | Активный затвор |
| HMS-3000MT | HD | HMD-метод |
В этом разделе описываются основные технологии, используемые в системах 3D-отображения.
HDR-дисплей (расширенный динамический диапазон) : воспроизводит широкий контраст от высокой до низкой яркости. Естественно отображает разницу между темной стекловидной полостью и ярким светом освещения, улучшая видимость тканей.
Высокое разрешение 4K–8K : в настоящее время стандартом является разрешение 4K (3840×2160 пикселей), а поддержка 8K разрабатывается для следующего поколения. Высокое разрешение улучшает видимость внутренней пограничной мембраны и тонких структур сетчатки.
Цифровые фильтры : во время операции можно применять фильтрацию в реальном времени. Доступны усиление цвета окрашивания внутренней пограничной мембраны (бриллиантовый синий G и др.), коррекция контраста и отображение в ложных цветах.
Интеграция интраоперационной ОКТ : разработана технология интеграции оптической когерентной томографии (ОКТ) в операционный микроскоп и наложения томографических изображений в реальном времени на 3D-монитор1). Это позволяет подтвердить закрытие макулярного отверстия и оценить отслойку мембраны во время операции.
Усиление сигнала и съемка при низкой освещенности : Повышение чувствительности сенсора камеры позволяет получать высококачественные изображения при снижении интенсивности освещения. Это основной механизм уменьшения светового воздействия на сетчатку.
Стереоскопическое зрение с помощью 3D-дисплея создает восприятие глубины, представляя независимые изображения для левого и правого глаза. В основном используются два метода.
Активное стереоскопическое зрение (активный метод) : Используются очки с жидкокристаллическими затворами. Очки попеременно быстро блокируют левый и правый линзы, синхронизируясь с монитором для переключения между изображениями для левого и правого глаза покадрово. Применяется в системе TrueVision.
Пассивное стереоскопическое зрение (пассивный метод) : Используются очки с поляризационными фильтрами. Монитор одновременно отображает изображения с горизонтальной и вертикальной поляризацией, а соответствующие поляризационные очки разделяют их для левого и правого глаза. Применяется в системе NGENUITY. Преимущество — легкие очки без батареек.
Метод HMS (нашлемный) : Изображение отображается непосредственно на HMD, который надевает хирург. Поскольку изображение подается прямо перед глазами хирурга без монитора, легко адаптируется к индивидуальному межзрачковому расстоянию. Sony HMS-3000MT использует этот метод.
Камера захватывает свет через светоделитель операционного микроскопа. Изображения, снятые CMOS-сенсором, обрабатываются в реальном времени и выводятся как 3D-изображение. Минимизация задержки (латентности) является важной задачей для поддержания хирургической точности, и в современных системах она снижена до незаметного уровня.
Как в поляризационном, так и в затворном методе задержка снижена до незаметного уровня, и влияние на точность операции хирурга считается минимальным. Кроме того, эффективность 3D-дисплея подтверждена как эквивалентная традиционному микроскопу1). Признается, что на начальном этапе внедрения существует кривая обучения.
Сверхвысокое разрешение 8K : Ведется разработка систем, совместимых с 8K, как следующего поколения после текущего разрешения 4K. Ожидается, что разрешение 8K (7680×4320 пикселей) позволит наблюдать тонкие структуры внутренней пограничной мембраны и детали сосудов сетчатки с беспрецедентной точностью.
Развитие нашлемных систем (HMS): Продолжается совершенствование HMD, полностью адаптированных к индивидуальным зрительным характеристикам (межзрачковое расстояние, коррекция рефракции). Разрабатываются HMD нового поколения с высокой яркостью и низкой задержкой, специализированные для хирургии.
Интеграция с дополненной реальностью (AR): Ведутся исследования AR-хирургических систем, которые в реальном времени накладывают на хирургическое видео интраоперационные ОКТ-изображения, флуоресцентную ангиографию и информацию о пациенте. Цель — создать среду, в которой хирург может получать доступ к различной информации, не отводя взгляда.
Применение системы heads-up к щелевой лампе: Сообщается о попытках внедрения 3D-системы heads-up не только в операционный микроскоп, но и в щелевой микроскоп, используемый при амбулаторном осмотре. Преимущества включают улучшение эргономики при осмотре и упрощение записи изображений.
Интеграция с анализом изображений с помощью ИИ: Разрабатываются системы, которые анализируют полученное видео в реальном времени с помощью искусственного интеллекта (ИИ) для идентификации тканей и поддержки диссекции. Также исследуется комбинация с хирургическими роботами.
По мере снижения стоимости технологий и накопления клинических данных распространение 3D-дисплеев расширяется. Множественные преимущества, такие как улучшение эргономики хирурга, снижение светового воздействия и цифровая обработка изображений, оцениваются по достоинству, и их внедрение особенно растет в крупных учреждениях. Ожидается, что в будущем интеграция с интраоперационной ОКТ и AR будет прогрессировать, что приведет к созданию еще более функциональной платформы.
