ระบบแสดงผล 3D ในการผ่าตัดตา (heads-up surgery / 3D digital microscopy) เป็นวิธีการที่ระบบแสงของกล้องจุลทรรศน์ผ่าตัดถูกบันทึกด้วยกล้อง และแสดงภาพบนจอภาพ 3D ขนาดใหญ่ จากนั้นศัลยแพทย์จะทำการผ่าตัด ศัลยแพทย์จะไม่มองผ่านเลนส์ใกล้ตาของกล้องจุลทรรศน์โดยตรง แต่จะสวมแว่นตา 3D (แบบโพลาไรซ์หรือแบบชัตเตอร์ผลึกเหลว) และดูจอภาพขณะทำการผ่าตัด
ภูมิหลังทางประวัติศาสตร์: แนวคิดของการผ่าตัดแบบ heads-up ได้รับการรายงานครั้งแรกในปี 2010 โดย Weinstock และคณะ ต่อมา การประยุกต์ใช้ในการผ่าตัดจอตาและน้ำวุ้นตาได้รับการรายงานโดย Eckardt และ Paulo และแพร่กระจายไปทั่วสาขาจักษุวิทยา
ในการผ่าตัดด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบดั้งเดิม ศัลยแพทย์ต้องนำตาเข้าใกล้เลนส์ใกล้ตาและรักษาท่าก้มไปข้างหน้าเป็นเวลานาน ระบบแสดงผล 3D เป็นนวัตกรรมทางเทคโนโลยีที่ช่วยขจัดภาระทางท่าทางนี้ได้อย่างสิ้นเชิง
ในการผ่าตัดด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิม ศัลยแพทย์จะรักษาท่าก้มไปข้างหน้าโดยให้ตาใกล้เลนส์ใกล้ตา ในขณะที่การผ่าตัดแบบ heads-up ศัลยแพทย์จะมองจอภาพ 3D ขนาดใหญ่ในท่าธรรมชาติโดยเงยหน้าขึ้น ซึ่งช่วยลดภาระทางท่าทางที่คอและหลังส่วนล่าง และยังช่วยให้หลายคนสังเกตการณ์พร้อมกันเพื่อวัตถุประสงค์ทางการศึกษาได้ง่ายขึ้น
ต่อไปนี้เป็นข้อได้เปรียบหลักที่ระบบแสดงผล 3D มอบให้เมื่อเปรียบเทียบกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบดั้งเดิม
การยศาสตร์ (การปรับปรุงท่าทาง): จักษุแพทย์ 62% มีอาการเกี่ยวกับคอ การรักษาสุขภาพของศัลยแพทย์จึงเป็นความท้าทายที่ร้ายแรง ด้วยระบบแสดงผล 3D ศัลยแพทย์สามารถผ่าตัดในท่านั่งที่เป็นธรรมชาติโดยเงยหน้าขึ้น ซึ่งช่วยลดภาระที่คอและหลังส่วนล่างได้อย่างมาก
การมีส่วนร่วมในการศึกษาและการทำงานร่วมกัน: ภาพจากบริเวณผ่าตัดสามารถแสดงออกไปยังจอภาพหลายจอพร้อมกันได้ อาจารย์ผู้สอนและแพทย์ฝึกหัดสามารถแชร์ภาพเดียวกันระหว่างการผ่าตัด ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการฝึกอบรม ผู้เยี่ยมชมและเจ้าหน้าที่ห้องผ่าตัดก็สามารถมองเห็นสถานการณ์ระหว่างผ่าตัดได้ในมุมมองที่เท่าเทียมกัน
การปรับปรุงภาพดิจิทัล: ภาพดิจิทัลที่ได้จากกล้องสามารถประมวลผลแบบเรียลไทม์ได้ การเพิ่มความคมชัด การลดสัญญาณรบกวน ฟิลเตอร์ดิจิทัล และการปรับสีสามารถนำมาใช้ระหว่างการผ่าตัด และใช้เพื่อปรับปรุงการมองเห็นการย้อมสีเยื่อหุ้มขีดจำกัดภายใน (ILM)
การลดการสัมผัสแสงต่อจอประสาทตา: ระบบแสดงผล 3D ช่วยให้ผ่าตัดในที่แสงน้อย ลดการสัมผัสแสงต่อจอประสาทตาเมื่อเทียบกับกล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิม1) นี่เป็นคุณสมบัติที่สำคัญในการลดความเสี่ยงของความเสียหายต่อจอประสาทตาจากพิษของแสง
การปรับปรุงความสบายของศัลยแพทย์: ความเหนื่อยล้าของศัลยแพทย์ระหว่างการผ่าตัดที่ยาวนานลดลง และคาดว่าสมาธิจะคงอยู่1)
การเปรียบเทียบคุณสมบัติหลักระหว่างระบบแสดงผล 3D และกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบดั้งเดิม
| คุณสมบัติ | ระบบแสดงผล 3D | กล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิม |
|---|---|---|
| ท่าทางของศัลยแพทย์ | เงยหน้าขึ้น (ท่าทางธรรมชาติ) | โน้มตัวไปข้างหน้า (มองตรงผ่านเลนส์ใกล้ตา) |
| การสัมผัสแสง | ลดลง1) | มาตรฐาน |
| การประมวลผลภาพ | สามารถเพิ่มความคมชัดแบบดิจิทัลได้ | เฉพาะระบบออปติคอล |
ระบบแสดงผล 3D ได้รับการยืนยันว่าแสดงประสิทธิภาพเทียบเท่ากับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบดั้งเดิม1) ในแง่ของผลการผ่าตัด (การฟื้นฟูการมองเห็นและผลลัพธ์ทางกายวิภาค) ไม่ด้อยกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่มีอยู่ และเหนือกว่าในด้านการยศาสตร์ การลดการสัมผัสแสง และการเพิ่มความคมชัดของภาพดิจิทัล
ระบบแสดงผล 3D สามารถประยุกต์ใช้กับขั้นตอนการผ่าตัดทางจักษุวิทยาที่หลากหลาย
การผ่าตัดต้อกระจก: ระบบ TrueVision ได้รับการพัฒนาเป็นแพลตฟอร์มบุกเบิกสำหรับการผ่าตัดแบบ heads-up 3D ในการผ่าตัดต้อกระจก การแบ่งนิวเคลียสเลนส์ การสลายเลนส์ด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง และการใส่ IOL สามารถทำได้ภายใต้ภาพ 3D
การผ่าตัดจอตาและน้ำวุ้นตา: นี่คือสาขาที่การผ่าตัดแบบ heads-up ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุด ในการผ่าตัดรูรั่วที่จุดรับภาพชัด ระบบแสดงผล 3D แสดงประสิทธิภาพเทียบเท่ากับกล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิม โดยมีการลดการสัมผัสแสงที่จอตาซึ่งได้รับการยืนยันแล้ว1) การตัดน้ำวุ้นตา การลอกเยื่อ และการจี้ด้วยเลเซอร์สามารถทำได้ภายใต้ภาพ 3D
การผ่าตัดกระจกตา: มีรายงานการประยุกต์ใช้ nDSAEK (nanoultrathin DSAEK) เป็นการประยุกต์ใช้สำหรับ DSAEK (การปลูกถ่ายเยื่อบุผนังกระจกตาแบบอัตโนมัติโดยการลอกเยื่อเดสเซเมท) การจัดการกับกราฟต์บางพิเศษและการฉีดฟองอากาศสามารถทำได้อย่างแม่นยำภายใต้ภาพดิจิทัล
การผ่าตัดต้อหิน: มีรายงานการประยุกต์ใช้ในการผ่าตัดส่วนหน้าของตา เช่น การตัดท่อระบายน้ำและการผ่าตัดกรอง และการขยายขอบเขตของขั้นตอนที่สามารถทำได้กำลังดำเนินไป
ด้านล่างนี้คือระบบแสดงผล 3D ที่เป็นตัวแทนซึ่งถูกนำมาใช้จริงจนถึงปัจจุบัน
NGENUITY
ผู้ผลิต: Alcon (อัลคอน)
จอภาพ: จอภาพ 4K OLED 3D
วิธีการมองเห็นสามมิติ: วิธีการโพลาไรเซชัน
คุณสมบัติ: ออกแบบมาสำหรับการผ่าตัดจอตาและวุ้นตา มีตัวเลือกการรวม OCT ระหว่างผ่าตัด ติดตั้งฟิลเตอร์ดิจิทัลและฟังก์ชันเพิ่มความคมชัด ระบบเชิงพาณิชย์ที่แพร่หลายมากที่สุดในปัจจุบัน
TrueVision
ผู้ผลิต: TrueVision 3D Surgical
การผ่าตัดเป้าหมาย: การผ่าตัดต้อกระจกและการผ่าตัดส่วนหน้าของตา
วิธีการมองเห็นสามมิติ: วิธีการชัตเตอร์แบบแอคทีฟ
คุณสมบัติ: แพลตฟอร์มบุกเบิกในการผ่าตัดแบบ heads-up ทำให้การมองเห็นแบบดิจิทัล 3D ในการผ่าตัดต้อกระจกเป็นจริงตั้งแต่แรกเริ่ม สามารถรวมกับ ORA (การวัดความคลาดเคลื่อนระหว่างผ่าตัด)
Sony HMS-3000MT
ผู้ผลิต: Sony
รูปแบบ: ระบบ HMD (จอแสดงผลแบบสวมศีรษะ)
วิธีการมองเห็นสามมิติ: HMS (ระบบสวมศีรษะ)
คุณสมบัติ: ให้ภาพไปยัง HMD ที่ศัลยแพทย์สวมใส่ ไม่ต้องใช้จอภาพและปรับตามความแตกต่างของแต่ละบุคคลได้ง่าย ตัวอย่างของรูปแบบที่ให้ประสบการณ์สามมิติแบบแอคทีฟ ไม่ใช่แบบพาสซีฟ
เปรียบเทียบข้อมูลจำเพาะของสามระบบหลัก
| ระบบ | ความละเอียด | การมองเห็นสามมิติ |
|---|---|---|
| NGENUITY | 4K | วิธีการโพลาไรซ์ |
| TrueVision | HD ถึง 4K | ชัตเตอร์แบบแอคทีฟ |
| HMS-3000MT | HD | ระบบ HMD |
ส่วนนี้อธิบายเทคโนโลยีหลักที่รวมอยู่ในระบบแสดงผล 3 มิติ
การแสดงผล HDR (ช่วงไดนามิกสูง): สร้างคอนทราสต์ที่กว้างตั้งแต่ความสว่างสูงไปจนถึงต่ำ แสดงความแตกต่างระหว่างช่องว่างแก้วตาที่มืดและแสงสว่างจ้าได้อย่างเป็นธรรมชาติ เพิ่มการมองเห็นเนื้อเยื่อ
ความละเอียดสูง 4K ถึง 8K: ความละเอียดหลักในปัจจุบันคือ 4K (3840×2160 พิกเซล) และกำลังพัฒนาความละเอียด 8K สำหรับรุ่นถัดไป ความละเอียดสูงช่วยเพิ่มการมองเห็นเยื่อลิมิตติ้งชั้นในและโครงสร้างจอประสาทตาที่ละเอียด
ฟิลเตอร์ดิจิทัล: สามารถประมวลผลฟิลเตอร์แบบเรียลไทม์ระหว่างการผ่าตัด มีคุณสมบัติเช่น การเพิ่มสีของการย้อมเยื่อลิมิตติ้งชั้นใน (เช่น Brilliant Blue G) การปรับคอนทราสต์ และการแสดงสีเทียม
การรวม OCT ระหว่างผ่าตัด: ได้พัฒนาเทคโนโลยีเพื่อรวมเครื่องตรวจวัดการเชื่อมโยงกันเชิงแสง (OCT) เข้ากับกล้องจุลทรรศน์ผ่าตัด ทำให้สามารถแสดงภาพตัดขวางแบบเรียลไทม์บนจอภาพ 3 มิติ1) สามารถยืนยันการปิดของรอยรั่วจอตาและประเมินการลอกเยื่อหุ้มระหว่างการผ่าตัดได้
การขยายสัญญาณและการถ่ายภาพในที่แสงน้อย: ความไวสูงของเซ็นเซอร์กล้องช่วยให้ได้ภาพคุณภาพสูงในขณะที่ลดปริมาณแสงส่องสว่าง นี่คือกลไกหลักในการลดการได้รับแสงของจอประสาทตา
การมองเห็นแบบสามมิติผ่านระบบแสดงผล 3D สร้างการรับรู้เชิงลึกโดยการนำเสนอภาพอิสระไปยังตาซ้ายและขวา มีสองวิธีหลักที่ใช้
สามมิติแบบแอคทีฟ (วิธีแอคทีฟ): ใช้แว่นตาที่มีชัตเตอร์คริสตัลเหลวซึ่งปิดและเปิดสลับกันอย่างรวดเร็ว โดยซิงค์กับจอภาพเพื่อสลับภาพสำหรับตาซ้ายและขวาในแต่ละเฟรม ใช้ในระบบ TrueVision
สามมิติแบบพาสซีฟ (วิธีพาสซีฟ): ใช้แว่นตาที่มีฟิลเตอร์โพลาไรซ์ จอภาพแสดงภาพโพลาไรซ์แนวนอนและแนวตั้งพร้อมกัน และแว่นตาโพลาไรซ์แยกสำหรับตาซ้ายและขวา ใช้ในระบบ NGENUITY ข้อดีคือแว่นตาเบาและไม่ต้องใช้แบตเตอรี่
วิธี HMS (สวมศีรษะ): แสดงภาพโดยตรงบน HMD ที่ศัลยแพทย์สวมใส่ เนื่องจากภาพถูกนำเสนอต่อหน้าตาศัลยแพทย์โดยไม่ต้องใช้จอภาพ จึงง่ายต่อการปรับตามระยะห่างระหว่างรูม่านตาของแต่ละบุคคล ระบบ Sony HMS-3000MT ใช้วิธีนี้
ชุดกล้องรับแสงผ่านตัวแยกลำแสงของกล้องจุลทรรศน์ผ่าตัด ภาพที่ถ่ายโดยเซ็นเซอร์ CMOS จะถูกประมวลผลแบบเรียลไทม์และส่งออกเป็นภาพ 3D การลดความหน่วง (ดีเลย์) เป็นสิ่งสำคัญในการรักษาความแม่นยำในการผ่าตัด และได้ถูกกดให้อยู่ในระดับที่แทบไม่รับรู้ได้ในระบบปัจจุบัน
ทั้งวิธีโพลาไรซ์และชัตเตอร์ ความหน่วง (ดีเลย์ของภาพ) ถูกกดให้อยู่ในระดับที่แทบไม่รับรู้ได้ และผลกระทบต่อความแม่นยำในการผ่าตัดของศัลยแพทย์ถือว่าน้อยมาก ประสิทธิภาพของระบบแสดงผล 3D ที่เทียบเท่ากับกล้องจุลทรรศน์แบบดั้งเดิมได้รับการยืนยันแล้ว 1) เป็นที่ทราบกันดีว่ามีเส้นโค้งการเรียนรู้ในช่วงเริ่มต้นการใช้งานเป็นเรื่องของการปรับตัว
ความละเอียดสูงพิเศษ 8K: ระบบที่รองรับ 8K กำลังได้รับการพัฒนาในฐานะรุ่นถัดไปของความละเอียด 4K ในปัจจุบัน ความละเอียด 8K (7680 × 4320 พิกเซล) คาดว่าจะช่วยให้สังเกตโครงสร้างจุลภาคของเยื่อจำกัดชั้นในและรายละเอียดหลอดเลือดจอประสาทตาได้อย่างแม่นยำมากกว่าที่เคย
การพัฒนาระบบสวมศีรษะ (HMS): การปรับปรุง HMD (จอแสดงผลสวมศีรษะ) ที่เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับลักษณะการมองเห็นของแต่ละบุคคล (ระยะห่างระหว่างรูม่านตา การแก้ไขสายตาผิดปกติ) ยังคงดำเนินต่อไป HMD รุ่นต่อไปที่มีความสว่างสูงและหน่วงเวลาต่ำซึ่งออกแบบมาเฉพาะสำหรับการผ่าตัดกำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา
การผสานรวมกับความจริงเสริม (AR): กำลังมีการวิจัยเกี่ยวกับระบบผ่าตัด AR ที่แสดงภาพ OCT ระหว่างผ่าตัด การถ่ายภาพหลอดเลือดด้วยฟลูออเรสเซนต์ และข้อมูลผู้ป่วยแบบเรียลไทม์ซ้อนทับบนวิดีโอผ่าตัด เป้าหมายคือการสร้างสภาพแวดล้อมที่ศัลยแพทย์สามารถเข้าถึงข้อมูลหลายประเภทได้โดยไม่ต้องละสายตา
การประยุกต์ใช้ Heads-Up กับกล้องจุลทรรศน์ชนิดกรีด (Slit Lamp): มีรายงานความพยายามในการนำระบบ heads-up 3D มาใช้กับกล้องจุลทรรศน์ชนิดกรีดที่ใช้ในการตรวจผู้ป่วยนอก ไม่เพียงแต่กับกล้องจุลทรรศน์ผ่าตัดเท่านั้น ข้อดีรวมถึงการปรับปรุงการยศาสตร์ระหว่างการตรวจและความสะดวกในการบันทึกภาพ
การผสานรวมกับการวิเคราะห์ภาพด้วย AI: ระบบสำหรับวิเคราะห์วิดีโอแบบเรียลไทม์โดยใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อระบุเนื้อเยื่อและสนับสนุนการผ่าแยกกำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา การรวมกับหุ่นยนต์ช่วยผ่าตัดก็กำลังถูกศึกษาเช่นกัน
เมื่อต้นทุนทางเทคโนโลยีลดลงและหลักฐานทางคลินิกสะสมมากขึ้น การแพร่กระจายของระบบแสดงผล 3D ก็ขยายตัวมากขึ้น ข้อดีหลายประการ เช่น การปรับปรุงการยศาสตร์ของผู้ปฏิบัติงาน การลดการสัมผัสแสง และการประมวลผลภาพดิจิทัลกำลังได้รับการประเมิน และการนำไปใช้ในสถานพยาบาลขนาดใหญ่ก็เพิ่มขึ้น ในอนาคต คาดว่าการผสานรวมกับ OCT ระหว่างผ่าตัดและ AR จะพัฒนาไปสู่แพลตฟอร์มที่ล้ำหน้ายิ่งขึ้น
