Hệ thống hiển thị 3D trong phẫu thuật mắt (phẫu thuật heads-up / kính hiển vi kỹ thuật số 3D) là phương pháp trong đó hệ thống quang học của kính hiển vi phẫu thuật được quay bằng camera, hình ảnh được hiển thị trên màn hình 3D lớn và bác sĩ phẫu thuật thực hiện ca mổ. Bác sĩ phẫu thuật không nhìn trực tiếp vào thị kính của kính hiển vi mà đeo kính 3D (phân cực hoặc màn tinh thể lỏng) và nhìn vào màn hình trong khi tiến hành phẫu thuật.
Bối cảnh lịch sử: Khái niệm phẫu thuật heads-up lần đầu tiên được báo cáo vào năm 2010 bởi Weinstock và cộng sự. Sau đó, ứng dụng của nó trong phẫu thuật dịch kính võng mạc được báo cáo bởi Eckardt và Paulo, và lan rộng ra toàn bộ lĩnh vực nhãn khoa.
Trong phẫu thuật kính hiển vi quang học truyền thống, bác sĩ phẫu thuật phải đưa mắt lại gần thị kính và duy trì tư thế cúi về phía trước trong thời gian dài. Hệ thống hiển thị 3D là một cải tiến công nghệ giúp loại bỏ triệt để gánh nặng tư thế này.
Trong phẫu thuật kính hiển vi truyền thống, bác sĩ phẫu thuật duy trì tư thế cúi về phía trước với mắt gần thị kính, trong khi ở phẫu thuật heads-up, bác sĩ phẫu thuật nhìn vào màn hình 3D lớn ở tư thế tự nhiên với đầu ngẩng cao. Điều này làm giảm gánh nặng tư thế lên cổ và thắt lưng, đồng thời tạo điều kiện cho nhiều người cùng quan sát vì mục đích giáo dục.
Dưới đây là những lợi thế chính mà hệ thống hiển thị 3D mang lại so với kính hiển vi quang học truyền thống.
Công thái học (Cải thiện tư thế): 62% bác sĩ nhãn khoa có triệu chứng cổ, việc duy trì sức khỏe của phẫu thuật viên là một thách thức nghiêm trọng. Với hệ thống hiển thị 3D, phẫu thuật viên có thể phẫu thuật ở tư thế ngồi tự nhiên với đầu ngẩng cao, giảm đáng kể áp lực lên cổ và thắt lưng.
Đóng góp vào giáo dục và hợp tác: Hình ảnh phẫu trường có thể được xuất ra nhiều màn hình cùng lúc. Người hướng dẫn và bác sĩ thực tập có thể chia sẻ cùng một hình ảnh trong khi phẫu thuật, nâng cao hiệu quả đào tạo. Khách tham quan và nhân viên phòng mổ cũng có thể quan sát tình hình trong mổ với cùng trường nhìn.
Tăng cường hình ảnh kỹ thuật số: Hình ảnh kỹ thuật số do camera thu được có thể được xử lý theo thời gian thực. Tăng cường độ tương phản, giảm nhiễu, bộ lọc kỹ thuật số và hiệu chỉnh màu sắc có thể được áp dụng trong khi phẫu thuật, được sử dụng để cải thiện khả năng hiển thị của nhuộm màng giới hạn trong (ILM).
Giảm tiếp xúc ánh sáng võng mạc: Hệ thống hiển thị 3D cho phép phẫu thuật trong điều kiện ánh sáng yếu, giảm tiếp xúc ánh sáng lên võng mạc so với kính hiển vi truyền thống1). Đây là một đặc tính quan trọng để giảm nguy cơ tổn thương võng mạc do độc tính ánh sáng.
Cải thiện sự thoải mái của phẫu thuật viên: Giảm mệt mỏi trong các ca phẫu thuật dài, và sự tập trung được duy trì1).
So sánh các đặc điểm chính giữa hệ thống hiển thị 3D và kính hiển vi quang học truyền thống.
| Đặc điểm | Hệ thống hiển thị 3D | Kính hiển vi truyền thống |
|---|---|---|
| Tư thế phẫu thuật viên | Đầu ngẩng cao (tư thế tự nhiên) | Cúi về phía trước (nhìn trực tiếp qua thị kính) |
| Tiếp xúc ánh sáng | Giảm1) | Tiêu chuẩn |
| Xử lý hình ảnh | Có thể tăng cường kỹ thuật số | Chỉ hệ thống quang học |
Hệ thống hiển thị 3D đã được xác nhận cho thấy hiệu quả tương đương với kính hiển vi quang học truyền thống1). Về kết quả phẫu thuật (phục hồi thị lực và kết quả giải phẫu), nó không thua kém kính hiển vi quang học hiện có, và vượt trội về công thái học, giảm tiếp xúc ánh sáng và tăng cường hình ảnh kỹ thuật số.
Hệ thống hiển thị 3D có thể áp dụng cho nhiều quy trình phẫu thuật nhãn khoa.
Phẫu thuật đục thủy tinh thể: Hệ thống TrueVision được phát triển như một nền tảng tiên phong cho phẫu thuật heads-up 3D trong phẫu thuật đục thủy tinh thể. Việc chia nhân, tán nhuyễn thủy tinh thể và đặt IOL có thể được thực hiện dưới hình ảnh 3D.
Phẫu thuật võng mạc-dịch kính: Đây là lĩnh vực mà phẫu thuật heads-up được đánh giá rộng rãi nhất. Trong phẫu thuật lỗ hoàng điểm, hệ thống hiển thị 3D cho thấy hiệu quả tương đương với kính hiển vi truyền thống, với việc giảm tiếp xúc ánh sáng võng mạc đã được xác nhận1). Cắt dịch kính, bóc màng và quang đông laser có thể được thực hiện dưới hình ảnh 3D.
Phẫu thuật giác mạc: Đã có báo cáo về ứng dụng nDSAEK (nanoultrathin DSAEK) như một ứng dụng cho DSAEK (Ghép nội mô giác mạc tự động bóc màng Descemet). Việc xử lý mảnh ghép siêu mỏng và tiêm bọt khí có thể được thực hiện chính xác dưới hình ảnh kỹ thuật số.
Phẫu thuật glôcôm: Các ứng dụng trong phẫu thuật đoạn trước như cắt bè củng mạc và phẫu thuật lọc cũng đã được báo cáo, và việc mở rộng các quy trình có thể áp dụng đang được tiến hành.
Dưới đây là các hệ thống hiển thị 3D tiêu biểu đã được đưa vào thực tế cho đến nay.
NGENUITY
Nhà sản xuất: Alcon
Màn hình: Màn hình 4K OLED 3D
Phương pháp lập thể: Phương pháp phân cực
Đặc điểm: Được thiết kế cho phẫu thuật võng mạc và dịch kính. Có tùy chọn tích hợp OCT trong mổ. Trang bị bộ lọc kỹ thuật số và chức năng tăng cường độ tương phản. Hệ thống thương mại phổ biến nhất hiện nay.
TrueVision
Nhà sản xuất: TrueVision 3D Surgical
Phẫu thuật mục tiêu: Phẫu thuật đục thủy tinh thể và phẫu thuật đoạn trước
Phương pháp lập thể: Phương pháp màn trập chủ động
Đặc điểm: Nền tảng tiên phong trong phẫu thuật heads-up. Thực hiện hình ảnh hóa kỹ thuật số 3D trong phẫu thuật đục thủy tinh thể ngay từ đầu. Có thể tích hợp với ORA (đo quang sai trong mổ).
Sony HMS-3000MT
Nhà sản xuất: Sony
Loại: Hệ thống HMD (Màn hình gắn trên đầu)
Phương pháp lập thể: HMS (Hệ thống gắn trên đầu)
Đặc điểm: Cung cấp hình ảnh cho HMD mà phẫu thuật viên đeo. Không cần màn hình và dễ dàng điều chỉnh theo sự khác biệt cá nhân. Ví dụ về hình thức mang lại trải nghiệm lập thể chủ động, không thụ động.
So sánh thông số kỹ thuật của ba hệ thống chính.
| Hệ thống | Độ phân giải | Lập thể |
|---|---|---|
| NGENUITY | 4K | Phương pháp phân cực |
| TrueVision | HD đến 4K | Màn trập chủ động |
| HMS-3000MT | HD | Hệ thống HMD |
Phần này giải thích các công nghệ chính được tích hợp trong hệ thống hiển thị 3D.
Hiển thị HDR (Dải tương phản động cao): Tái tạo độ tương phản rộng từ độ sáng cao đến thấp. Hiển thị tự nhiên sự khác biệt giữa khoang thủy tinh thể tối và ánh sáng chói, tăng cường khả năng hiển thị mô.
Độ phân giải cao 4K đến 8K: Độ phân giải chính hiện tại là 4K (3840×2160 pixel) và độ phân giải 8K đang được phát triển cho thế hệ tiếp theo. Độ phân giải cao cải thiện khả năng hiển thị màng giới hạn trong và các cấu trúc võng mạc tinh vi.
Bộ lọc kỹ thuật số: Có thể áp dụng xử lý bộ lọc theo thời gian thực trong khi phẫu thuật. Có sẵn các tính năng như tăng cường màu nhuộm màng giới hạn trong (ví dụ: Brilliant Blue G), hiệu chỉnh độ tương phản và hiển thị màu giả.
Tích hợp OCT trong phẫu thuật: Công nghệ đã được phát triển để tích hợp Chụp cắt lớp quang học (OCT) vào kính hiển vi phẫu thuật, cho phép hiển thị hình ảnh mặt cắt ngang theo thời gian thực trên màn hình 3D1). Có thể xác nhận đóng lỗ hoàng điểm và đánh giá bóc tách màng trong khi phẫu thuật.
Khuếch đại tín hiệu và chụp ảnh trong điều kiện ánh sáng yếu: Độ nhạy cao của cảm biến máy ảnh cho phép thu được hình ảnh chất lượng cao trong khi giảm lượng ánh sáng chiếu sáng. Đây là cơ chế chính để giảm phơi sáng võng mạc.
Thị giác lập thể thông qua hệ thống hiển thị 3D tạo ra nhận thức chiều sâu bằng cách trình bày các hình ảnh độc lập cho mắt trái và mắt phải. Hai phương pháp chính được sử dụng.
Lập thể chủ động (Phương pháp chủ động): Sử dụng kính có màn chắn tinh thể lỏng đóng mở luân phiên nhanh chóng, đồng bộ với màn hình để chuyển đổi hình ảnh cho mắt trái và phải theo từng khung hình. Được sử dụng trong hệ thống TrueVision.
Lập thể thụ động (Phương pháp thụ động): Sử dụng kính có bộ lọc phân cực. Màn hình hiển thị đồng thời hình ảnh phân cực ngang và dọc, và kính phân cực tách riêng cho mắt trái và phải. Được sử dụng trong hệ thống NGENUITY. Ưu điểm là kính nhẹ và không cần pin.
Phương pháp HMS (Đeo trên đầu): Hiển thị hình ảnh trực tiếp lên HMD mà bác sĩ phẫu thuật đeo. Vì hình ảnh được trình bày trước mắt bác sĩ mà không cần màn hình riêng, nên dễ dàng điều chỉnh theo khoảng cách đồng tử cá nhân. Hệ thống Sony HMS-3000MT sử dụng phương pháp này.
Bộ phận máy ảnh thu nhận ánh sáng qua bộ tách chùm của kính hiển vi phẫu thuật. Hình ảnh được chụp bởi cảm biến CMOS được xử lý theo thời gian thực và xuất ra dưới dạng hình ảnh 3D. Giảm thiểu độ trễ (độ trễ) là rất quan trọng để duy trì độ chính xác của phẫu thuật và đã được giảm xuống mức không thể nhận thấy trong các hệ thống hiện tại.
Cả phương pháp phân cực và màn chắn, độ trễ (trễ hình ảnh) đều được giảm xuống mức khó nhận thấy và tác động của nó đến độ chính xác phẫu thuật của bác sĩ được coi là tối thiểu. Hiệu quả của hệ thống hiển thị 3D tương đương với kính hiển vi thông thường đã được xác nhận 1). Được biết, có một đường cong học tập khi mới bắt đầu sử dụng như một vấn đề làm quen.
Độ phân giải siêu cao 8K: Các hệ thống hỗ trợ 8K đang được phát triển như thế hệ tiếp theo của độ phân giải 4K hiện tại. Độ phân giải 8K (7680 × 4320 pixel) được kỳ vọng sẽ cho phép quan sát cấu trúc vi mô của màng giới hạn trong và chi tiết mạch máu võng mạc với độ chính xác cao hơn trước.
Sự phát triển của Hệ thống gắn trên đầu (HMS): Việc cải tiến HMD (Màn hình gắn trên đầu) hoàn toàn phù hợp với đặc điểm thị giác cá nhân (khoảng cách đồng tử, điều chỉnh khúc xạ) vẫn đang tiếp diễn. HMD thế hệ tiếp theo có độ sáng cao, độ trễ thấp, chuyên dụng cho phẫu thuật đang trong giai đoạn phát triển.
Tích hợp với Thực tế tăng cường (AR): Nghiên cứu về hệ thống phẫu thuật AR hiển thị hình ảnh OCT trong mổ, chụp mạch huỳnh quang và thông tin bệnh nhân theo thời gian thực chồng lên video phẫu thuật đang được tiến hành. Mục tiêu là tạo ra môi trường mà bác sĩ phẫu thuật có thể truy cập nhiều loại thông tin mà không cần rời mắt.
Áp dụng Heads-Up cho đèn khe: Các nỗ lực giới thiệu hệ thống heads-up 3D trên kính hiển vi đèn khe được sử dụng trong khám ngoại trú, không chỉ trên kính hiển vi phẫu thuật, đã được báo cáo. Lợi ích bao gồm cải thiện công thái học khi khám và dễ dàng ghi lại hình ảnh.
Tích hợp với phân tích hình ảnh AI: Các hệ thống phân tích video thời gian thực bằng trí tuệ nhân tạo (AI) để nhận dạng mô và hỗ trợ bóc tách đang được phát triển. Sự kết hợp với robot phẫu thuật cũng đang được nghiên cứu.
Khi chi phí công nghệ giảm và bằng chứng lâm sàng tích lũy, sự phổ biến của hệ thống hiển thị 3D đang mở rộng. Nhiều lợi ích như cải thiện công thái học cho người vận hành, giảm tiếp xúc với ánh sáng và xử lý hình ảnh kỹ thuật số đang được đánh giá, và việc áp dụng tại các cơ sở lớn đang gia tăng. Trong tương lai, sự tích hợp với OCT trong mổ và AR được dự đoán sẽ phát triển thành một nền tảng tiên tiến hơn.
