Методы интраоперационной визуализации

Использование стереоскопических изображений

При выполнении эндоскопических манипуляций хирург контролирует свои действия, видя на мони­торе «плоское» изображение, что затрудняет его оценку пространственных взаимоотношений объек­тов в зоне оперативного вмешательства, особенно при прецизионных манипуляциях, выполняемых хи­рургами, имеющими относительно небольшой опыт.

Применение аппаратуры для создания стерео­скопических изображений сохраняет возможность использования присущего человеку бинокулярного зрения, обеспечивающего точность движений в трехмерном пространстве. Известны три метода, использование которых позволяет использовать обычные мониторы в качестве источников высоко­качественного стерео изображения.

Цветофильтрующий метод позволяет получить стерео изображения при помощи двухцветных (обычно красно-синих) очков. Это самый простой и дешевый метод получения стерео изображений, не требующий специального электронного оборудова­ния. Однако при его применении, во-первых, полно­стью или частично утрачивается цветопередача по­лученных трехмерных изображений, во-вторых, просмотр изображений через очки с чрезмерным цветовым отклонением создает большую нагрузку на зрение оператора.

Метод параллакса состоит в том, что перед левым глазом помещают полностью прозрачный фильтр, а перед правым мало прозрачный. Трехмерные изоб­ражения получаются только при просмотре движу­щихся объектов. Этот метод использует разное вре­мя распознавания объектов через фильтры с раз­личными оптическими характеристиками. Этот ме­тод эффективен для быстро движущихся объектов и не эффективен для статичных изображений, в связи с чем его применение в эндовидеохирургии на сего­дня представляется бесперспективным.

Метод жидкокристаллического затвора (LCD Shutter) — наиболее современный метод воспроиз­ведения стерео изображений. Он состоит в том, что перед глазами наблюдателя помещают две жидко­кристаллические ячейки, которые, последователь­но чередуясь, перекрывают глаза наблюдателя. В тот момент, когда на мониторе появляется изоб­ражение для левого глаза, правый глаз закрывает­ся, а когда показывается изображение для правого глаза — закрывается левый. Таким образом, произ­водят сортировку выдаваемых монитором изобра­жений. Этот метод требует специального электрон­ного оборудования, но позволяет сохранить цвет изображений. К недостаткам такого способа визуа­лизации относятся снижение эффективной частоты кадров для каждого глаза, более чем в два раза, а также уменьшение яркости изображения, так как половину времени каждый глаз «не видит».

Кроме этого существуют специальные мониторы, позволяющие отображать стереоскопические изображения, которые пользователь может восприни­мать без дополнительных приспособлений. Первый в мире монитор с трехмерным изображением — 3D Hyper Monitor — был разработан и выпущен на ры­нок в 1999 г. корпорацией Samsung Electronics. Эк­ран такого монитора состоит из двух жидкокристал­лических панелей, каждая из которых отражает по­ловину светового потока, создавая разные изобра­жения для правого и левого глаза. В пресс-релизе, посвященном выпуску монитора, представители Samsung Electronics указывают, что первой облас­тью применения нового устройства, кроме компью­терных игр станет разработка «трехмерных систем для эндоскопической хирургии».

Видео: Метод визуализации: полезно или трата времени??

Применение наголовных мониторов в хирургии

Максимальное удобство при выполнении опера­ций под видеоконтролем достигается при достиже­нии нормальной оси «рука — глаз», т.е. использова­нии таких геометрических соотношений, при кото­рых рабочее пространство (операционное поле) на­ходится между хирургом и видеомонитором, причем ось оптической трубки должна быть парал­лельна оптической оси зрения хирурга. Такое соот­ношение позволяет хирургу работать в «зрительной арене», которая приближается к обычным зритель­ным геометрическим соотношениям. Однако про­ведение сложных процедур требует смещения зри­тельной оси входе их выполнения. Такое нарушение оси «рука — глаз» негативно сказывается на эффек­тивности манипуляций и безопасности операции в целом. Более того, какое-либо незапланированное изменение хода операции зачастую заставляет пер­сонал перемещать монитор из одного места опера­ционной в другое, для восстановления нормальных геометрических взаимоотношений.

Видео: Правильная методика 'визуализации'!

Для преодоления этих трудностей при проведе­нии сложных процедур, при которых приходится ра­ботать в разных областях брюшной полости и груд­ной клетки, возможно использование индивидуаль­ного видеодисплея, фиксируемого к голове опера­тора (HMD — Head Mounted Display). Это позволяет избежать нарушения геометрической оси «рука — глаз» при перемещениях оптической трубки и инструментария от одной зоны оперирования к дру­гой. В наголовном мониторе хирург может повер­нуть голову в сторону направления лапароскопа, что в ряде случаев позволяет избежать эффекта «зер­кального отражения» и значительно облегчает ма­нипуляции. При этом не возникает необходимости работать в парадоксальном направлении, так как хирург всегда имеет возможность повернуть голову в нужном направлении. Возможность этого значи­тельно повышает эффективность манипуляций и их разнообразие. При применении индивидуальных видеодисплеев не требуется уменьшения общей освещенности в операционной, что облегчает рабо­ту операционной сестры и всего персонала. Во вре­мя операции могут использоваться один, два и бо­лее (для всей хирургической бригады) мониторов.

Конструктивное решение HMD, которое имеет бинокулярный дизайн, не только дает хирургу ощу­щение объема и улучшает глубинное восприятие, но сохраняет периферическое зрение, дает возмож­ность видеть операционное поле и все, что происхо­дит в операционной. Это очень важно, например, при наложении трансректального анастомоза тол­стой кишки после резекции сигмовидной кишки. Хи­рург с HMD, находясь под стерильными простынями между ног больного, продвигает циркулярный сши­вающий аппарат через прямую кишку, одновремен­но наблюдая процесс введения с помощью перифе­рического зрения и то, что происходит в брюшной полости с помощью HMD.

В настоящее время качество изображения, до­стигаемого в экономически доступных устройствах, позволяет работать в них без перерыва не более 15-20 мин. Кроме того, разрешение оптических элементов доступных шлемов существенно ниже разрешения операционных видеомониторов. К ис­пользованию при эндохирургических операциях можно рекомендовать только модели шлемов с раз­решением более 800 х 600 пикселей.

Интересные перспективы имеют шлемы, в кото­рых используются стереоскопические технологии, при этом, каждый глаз получает свое изображение от бинокулярной оптической трубки или стереока­меры.