Hệ thống Hiển thị 3D trong Phẫu thuật Mắt

Điểm chính trong nháy mắt

1. Hệ thống hiển thị 3D trong phẫu thuật mắt là gì?

Hệ thống hiển thị 3D dành cho phẫu thuật mắt là công nghệ hình ảnh phẫu thuật mới thay thế kính hiển vi hai mắt truyền thống. Bác sĩ phẫu thuật thực hiện ca mổ bằng cách quan sát video do camera 3D ghi lại theo thời gian thực trên màn hình lớn, thay vì nhìn qua thị kính. Phương pháp phẫu thuật này được gọi là “phẫu thuật ngẩng đầu” (heads-up surgery).

Bối cảnh và lịch sử phát triển

Công nghệ hiển thị 3D ban đầu được phát triển cho mục đích hàng không và quân sự. Sau đó, đổi mới công nghệ đã cho phép đưa nó vào phòng mổ. Trong lĩnh vực nhãn khoa, nó đã trở nên phổ biến rộng rãi sau sự ra đời của hệ thống hình ảnh phẫu thuật vi phẫu 3D TrueVision 3D.

Trong phẫu thuật vi phẫu truyền thống, bác sĩ phẫu thuật phải duy trì tư thế cúi người về phía trước trong thời gian dài, gây ra các vấn đề về cột sống cổ, lưng và thắt lưng. Tỷ lệ các triệu chứng ở cổ, phần trên cơ thể và thắt lưng ở các bác sĩ nhãn khoa được báo cáo lên tới 62%. Hệ thống 3D được phát triển để giải quyết vấn đề này.

Hệ thống Chủ động và Hệ thống Thụ động

Hệ thống Chủ động

Cơ chế: Hiển thị luân phiên nhanh các hình ảnh liên tiếp cho mắt trái và mắt phải

Kính: Kính màn trập điện tử chủ động chặn từng mắt một

Đặc điểm: Cảm giác chiều sâu cao. Có thể xảy ra nhiễu chéo (bóng ma)

Hệ thống Thụ động

Cơ chế: Trộn hai hình ảnh theo chiều ngang để xuất ra

Kính: Tách thụ động bằng kính phân cực 3D

Đặc điểm: Chi phí thấp hơn. Được sử dụng trong NGENUITY, v.v. Không có nhiễu chéo

Q Phẫu thuật heads-up là gì?

Đây là phương pháp phẫu thuật trong đó hình ảnh do camera 3D ghi lại được hiển thị trên màn hình lớn thay vì nhìn qua thị kính của kính hiển vi. Bác sĩ phẫu thuật có thể thực hiện phẫu thuật ở tư thế tự nhiên với đầu ngẩng lên (heads-up), giúp giảm đáng kể áp lực lên cột sống cổ và thắt lưng. Nhiều nhân viên có thể chia sẻ cùng một hình ảnh theo thời gian thực, giúp hệ thống này hiệu quả cho việc đào tạo.

2. Các hệ thống và chức năng chính

Hệ thống TrueVision 3D (TrueVision Systems Inc., Santa Barbara, CA, USA)

Phẫu thuật đục thủy tinh thể heads-up trong nhãn khoa lần đầu tiên được báo cáo bởi Weinstock vào năm 2010. Hệ thống TrueVision 3D là một bộ phận camera gắn vào kính hiển vi phẫu thuật tiêu chuẩn, truyền hình ảnh nổi và video đến màn hình 3D HD lớn.

FDA Hoa Kỳ đã phê duyệt “Bộ công cụ đục thủy tinh thể khúc xạ TrueVision” cung cấp các lớp phủ đồ họa 3D. Ngoài ra, các ứng dụng “TrueGuide” và “TruePlan” cho phép hỗ trợ lập kế hoạch phẫu thuật bao gồm sử dụng IOL toric.

Ứng dụng trong phẫu thuật đoạn trước cũng đang mở rộng. Hệ thống head-up được sử dụng trong ghép màng ối và phẫu thuật giác mạc. Mohamed YH và cộng sự đã báo cáo trường hợp đầu tiên phẫu thuật giác mạc sử dụng hệ thống head-up (ghép nội mô giác mạc tự động không bóc màng Descemet: nDSAEK).

Hệ thống hình ảnh 3D NGENUITY® (Alcon, TX, USA)

NGENUITY® là hệ thống hình ảnh thời gian thực nhãn khoa đầu tiên trên thế giới được trang bị camera video Dải động cao (HDR). Được sử dụng rộng rãi trong tất cả các loại phẫu thuật mắt, bao gồm phẫu thuật lác, phẫu thuật đục thủy tinh thể, phẫu thuật glôcôm và phẫu thuật dịch kính võng mạc.

Mục	Thông số kỹ thuật
Màn hình	55 inch 4K Ultra HD OLED
Kính 3D	Kính phân cực tròn thụ động
Xử lý hình ảnh	HDR (Dải tương phản động cao)

Công nghệ HDR đảm bảo tầm nhìn sáng không bị cháy sáng, cho phép phẫu thuật an toàn với độ sâu tiêu cự lớn. Có thể tái tạo hình ảnh tương tự như mắt thường đến tận vùng ngoại vi võng mạc, và có thể làm nổi bật màng tăng sinh bằng chức năng lọc kỹ thuật số.

Lợi ích chính:

Thời gian phẫu thuật và tỷ lệ biến chứng tương đương với kính hiển vi thông thường
Giảm công suất đèn nội nhãn (endoilluminator) và giảm độc tính ánh sáng (phototoxicity)
Dễ sử dụng ngay cả ở những bệnh nhân có thể trạng đặc biệt như gù cột sống nặng (kyphosis)
Giảm nhu cầu nhuộm dịch kính bằng triamcinolone
Có thể chồng lớp thông tin trước phẫu thuật và hình ảnh chụp cắt lớp quang học (OCT) theo thời gian thực
Điểm hài lòng cao từ bác sĩ phẫu thuật và y tá

Các hạn chế được báo cáo:

Khó khăn về hậu cần và chi phí
Sự khó chịu của trợ lý
Khó xử lý các chuyển động đầu đột ngột của bệnh nhân
Giảm thị lực khi có đục môi trường quang học

Q Công nghệ "HDR" trên NGENUITY® là gì?

High Dynamic Range (HDR) là công nghệ video có thể hiển thị đồng thời các phần quá sáng và quá tối một cách phù hợp. Công nghệ này có thể tái tạo hình ảnh tương tự như mắt thường ngay cả ở vùng ngoại vi võng mạc, nơi dễ bị cháy sáng trên kính hiển vi phẫu thuật thông thường. Ngoài ra, vì có thể giảm lượng ánh sáng, nó cũng giúp giảm độc tính ánh sáng lên võng mạc trong các ca phẫu thuật kéo dài.

Các Hệ Thống Hình Ảnh 3D Heads-Up Khác

Dưới đây là các hệ thống chính được sử dụng trong nhãn khoa.

Hệ thống Hiển thị Y tế HD Sony (Sony, Tokyo, Nhật Bản)
MKC 700 HD và CFA 3DL1 (Ikegami Tsushinki, Tokyo, Nhật Bản)
Artevo 800 (Zeiss, Đức)
Hệ thống xem toàn cảnh RUV (Leica, Wetzlar, Đức): dùng cho phẫu thuật dịch kính võng mạc

3. Ứng dụng trong Phẫu thuật Dịch kính Võng mạc

Phẫu thuật heads-up trong lĩnh vực võng mạc được giới thiệu bởi Eckardt và Paulo. Một nghiên cứu đánh giá phẫu thuật dịch kính võng mạc heads-up sử dụng camera 3D HDR và màn hình LCD HD đã thu được các phát hiện sau.

Lợi ích chính là công thái học tuyệt vời
Mức độ khó kỹ thuật tương đương với phương pháp truyền thống
Đạt độ sáng cao hơn phương pháp truyền thống bằng cách khuếch đại tín hiệu camera điện tử
Có lợi trong các trường hợp như xuất huyết dịch kính, đục môi trường quang học, và đáy mắt sắc tố đậm

Kết hợp với OCT trong phẫu thuật, có thể xác nhận sự hiện diện của lỗ hoàng điểm và tình trạng bóc tách màng giới hạn trong. Cũng hiệu quả để xác nhận kỹ thuật trong kỹ thuật vạt màng giới hạn trong đảo ngược. Trong phẫu thuật giác mạc như DMEK và DSAEK, hữu ích để xác định vị trí mảnh ghép của người hiến.

Trong các báo cáo gần đây, một đánh giá có hệ thống so sánh phẫu thuật lỗ hoàng điểm bằng kính hiển vi thông thường và hệ thống hình ảnh 3D như NGENUITY® cho thấy hệ thống 3D giảm tiếp xúc ánh sáng lên võng mạc và tăng sự thoải mái cho phẫu thuật viên.

4. Hệ thống gắn trên đầu (HMS)

Hệ thống gắn trên đầu (head-mounted systems; HMS) là phương pháp sử dụng màn hình đeo trên đầu của bác sĩ phẫu thuật thay vì màn hình lớn. Đây được coi là một khái niệm mới nổi trong nhãn khoa.

Hệ thống heads-up (màn hình lớn)

Cách xem: Màn hình lớn có thể chia sẻ trong toàn bộ phòng

Kính 3D: Đeo kính phân cực để quan sát

Lợi ích giáo dục: Nhiều người có thể quan sát cùng một hình ảnh đồng thời

Hệ thống gắn trên đầu (HMD)

Cách xem: Màn hình đeo trên đầu của bác sĩ phẫu thuật

Hiển thị độc lập: Hiển thị hình ảnh độc lập cho mắt trái và phải cùng lúc

Nhiễu chéo: Tránh hiện tượng bóng ma trong hệ thống chủ động

Sony HMS-3000MT

Sony là công ty tiên phong trong lĩnh vực màn hình đeo đầu, lần đầu tiên thâm nhập phòng mổ vào năm 2012. HMS-3000MT được sử dụng kết hợp với kính hiển vi của Haag-Streit Surgical (HS Hi-R NEO 900).

Cấu hình hệ thống:

HMI-3000MT: Bộ xử lý hình ảnh
HMM-3000MT Màn hình gắn đầu: Cung cấp hình ảnh lập thể
MCC-3000 MT: Hệ thống camera phẫu thuật 3D Full HD

Độ phân giải là hình ảnh lập thể 1280×720, với đầu vào video kép sử dụng hai bảng OLED độc lập, cung cấp tín hiệu hoàn toàn độc lập cho mỗi mắt. Góc nhìn ngang rộng 45 độ cho phép trải nghiệm thị giác tự nhiên.

Bối cảnh lịch sử của HMS

Các thí nghiệm ban đầu của Ivan Sutherland vào những năm 1960 đã dẫn đến sự phát triển của HMS. Các ứng dụng chính của HMS là quân sự, cảnh sát, cứu hỏa và thương mại dân sự (trò chơi điện tử, thể thao, v.v.). Việc sử dụng HMS trong nhãn khoa lần đầu tiên được báo cáo bởi nhóm Dutra-Medeiros.

Ví dụ về các phẫu thuật phù hợp với HMS (báo cáo của Dutra-Medeiros và cộng sự)

Cắt dịch kính qua pars plana (đơn thuần hoặc kết hợp với phẫu thuật đục thủy tinh thể siêu âm + đặt IOL)
Lấy IOL bán trật (subluxated IOL extraction)
Bóc màng trước võng mạc (epiretinal membrane peeling)
Bóc màng giới hạn trong (internal limiting membrane peeling)
Quang đông laser nội nhãn (endolaser photocoagulation)
Chèn dầu silicone và khí lưu huỳnh hexafluoride

Q Lợi ích của hệ thống gắn trên đầu là gì?

Hệ thống gắn trên đầu (HMS) tránh hiện tượng bóng ma (nhiễu chéo) xảy ra trong hệ thống 3D chủ động bằng cách hiển thị hình ảnh độc lập cho mỗi mắt cùng lúc. Cung cấp góc nhìn ngang rộng 45° để có trải nghiệm thị giác tự nhiên, cho phép nhận thức chiều sâu và không gian tuyệt vời. Ngoài ra, bằng cách kết nối HMD thứ hai, nhân viên phẫu thuật cũng có thể xem lập thể cùng lúc, do đó được kỳ vọng là công cụ giáo dục phẫu thuật tiềm năng.

5. Ứng dụng và thích ứng với điều trị tiêu chuẩn

Tổng quan về các thủ thuật thích ứng

Loại phẫu thuật	Hệ thống chính	Ghi chú đặc biệt
Phẫu thuật đục thủy tinh thể	NGENUITY, TrueVision	Có thể tích hợp với hướng dẫn IOL
Phẫu thuật dịch kính võng mạc	NGENUITY, Artevo	Hiệu quả giảm độc tính ánh sáng
Phẫu thuật giác mạc (DMEK/DSAEK)	Hệ thống heads-up tổng quát	Hữu ích để xác nhận vị trí mảnh ghép
Phẫu thuật lác	NGENUITY	Chia sẻ đa nhân viên
Phẫu thuật glôcôm	Tổng quát (hệ thống head-up)	Hình ảnh hóa vị trí đặt shunt

Chức năng Tăng cường Hình ảnh

Trong các hệ thống mới nhất, các chức năng sau đã được triển khai thông qua xử lý hình ảnh kỹ thuật số.

Kênh Màu: Cải thiện khả năng hiển thị các mô mịn như màng giới hạn trong (ILM)
Bộ lọc Kỹ thuật số: Làm nổi bật màng tăng sinh
Chức năng lớp phủ: Hiển thị chồng lớp thời gian thực thông tin lập kế hoạch trước phẫu thuật và hình ảnh OCT
Thu phóng điện tử: Cải thiện độ sáng bằng cách khuếch đại tín hiệu máy ảnh (cải thiện khả năng hiển thị ở đáy mắt đục)

6. Sinh lý bệnh và cơ chế phát sinh chi tiết

Các vấn đề công thái học của kính hiển vi thông thường

Trong phẫu thuật mắt sử dụng kính hiển vi hai thị kính truyền thống, bác sĩ phẫu thuật phải duy trì tư thế cúi người về phía trước để nhìn qua thị kính. Điều này gây ra tải trọng mãn tính lên đốt sống cổ, ngực và thắt lưng. 62% bác sĩ nhãn khoa được cho là có các triệu chứng liên quan đến cổ, phần trên cơ thể và lưng, khiến rối loạn cơ xương trở thành yếu tố rút ngắn tuổi thọ nghề nghiệp của bác sĩ phẫu thuật.

Nguyên lý thị giác lập thể

Để cảm nhận độ sâu trong hệ thống màn hình 3D, mắt trái và mắt phải cần nhận được hình ảnh khác nhau.

Ở phương pháp chủ động, việc phân tách được thực hiện bằng cách chuyển đổi điện tử tốc độ cao, nhưng có thể xảy ra nhiễu chéo (hiện tượng bóng ma) do ảnh dư. Ở phương pháp thụ động, việc phân tách được thực hiện bằng bộ lọc phân cực, và nhiễu chéo ít hơn. Trong HMS, hai bảng OLED độc lập được sử dụng, cung cấp tín hiệu hoàn toàn độc lập cho mỗi mắt, do đó không xảy ra nhiễu chéo.

Ý nghĩa của xử lý ảnh kỹ thuật số

Bằng cách xử lý kỹ thuật số hình ảnh do máy quay ghi lại, thông tin mà mắt người không nhìn thấy trực tiếp có thể được hiển thị. Công nghệ HDR cho phép hiển thị chi tiết trong trường phẫu thuật ngay cả khi có sự chênh lệch độ tương phản lớn, và bộ lọc kỹ thuật số tăng cường khả năng phân biệt mô cụ thể. Bằng cách khuếch đại độ sáng điện tử, có thể đạt được khả năng hiển thị cao trong khi giảm lượng ánh sáng (giảm độc tính ánh sáng).

7. Nghiên cứu mới nhất và triển vọng tương lai

Hệ thống hiển thị 3D trong lĩnh vực nhãn khoa dự kiến sẽ tiếp tục có những đổi mới công nghệ hơn nữa trong tương lai.

Cải thiện độ phân giải: Vấn đề thiếu độ phân giải 2K đang được giải quyết nhờ sự phát triển lên 4K và 8K. Trong tương lai, các cấu trúc mà mắt người không thể nhìn thấy dưới kính hiển vi quang học thông thường có thể được hiển thị.

Tích hợp AI: Dự kiến sẽ có sự tích hợp tiên tiến với phân tích hình ảnh thời gian thực, định vị trong phẫu thuật và hỗ trợ lập kế hoạch phẫu thuật. Các ứng dụng như TrueGuide và TruePlan đã đi tiên phong.

Phát triển HMS: Các hệ thống gắn trên đầu mới (như hệ thống chiếu võng mạc Avegant Glyph, Beyeonics Surgical Clarity™) đã xuất hiện, và dự kiến sẽ tiếp tục thu nhỏ và giảm trọng lượng.

Mở rộng ứng dụng giáo dục và cộng tác: Các ứng dụng như phát trực tiếp phẫu thuật và đào tạo phẫu thuật từ xa đang được xem xét. Khả năng nhiều nhân viên cùng xem hình ảnh nổi đồng thời có tiềm năng trở thành công cụ đào tạo phẫu thuật thế hệ tiếp theo.

8. Tài liệu tham khảo

National Institute for Health and Care Excellence (NICE). Clinical guideline on idiopathic full-thickness macular holes. DRAFT; 2024.
Muecke TP, Casson RJ. Three-Dimensional Heads-up Display in Cataract Surgery: A Review. Asia Pac J Ophthalmol (Phila). 2022;11(6):549-553. PMID: 36417680.
Razavi P, Cakir B, Baldwin G, D’Amico DJ, Miller JB. Heads-Up Three-Dimensional Viewing Systems in Vitreoretinal Surgery: An Updated Perspective. Clin Ophthalmol. 2023;17:2539-2552. PMID: 37662647.