Системи за зрение за минимално инвазивна хирургия SIMIC - PDF Безплатно изтегляне
1 BMBF съвместен проект Системи за визия за минимално инвазивна хирургия SIMIC в рамките на програмата за финансиране на микросистемни технологии Окончателен доклад на Секцията за минимално инвазивна хирургия, Хирургична клиника Eberhard-Karls-Universität Tübingen
2 Съдържание 1 Задача Предварителни условия, при които е изпълнен проектът Планиране и процес на проекта Състояние на техниката и технологията преди старта на проекта Състояние на минимално инвазивна хирургия Осветление за ендоскопски операции Преглед на ендоскопските операции Функции за отопление и изплакване за ендоскопи Техническа литература, информация и документация Услуги Използвана информация и документация услуги Сътрудничество с други органи Резултати Резюме на работен пакет 1 (WP 1): Проектиране на сценарии за приложение Ендоскопската оперативна среда за оптимизираната система за зрение Цел на подобрена система за зрение Ендоскопски операции с твърда оптика на лещи Сценарий за приложение на новопроектираната система за зрение WP 2: Ендоскопско 3-D проучване Въведение Използване в учебния център за минимално инвазивна хирургия Материал и методи Резултат Тестване в стандартизирани упражнения Материал и методи Резултат Kli употреба и експерименти с животни Дискусия AP.3: Концепция на ендоскоп с общ преглед на цялостната структура Детайлна оптика Алтернативна детайлна оптика: оптика с ъглови лещи
3 5.4.4 Алтернативна детайлна оптика: Твърда широкоъгълна оптика с „подвижен“ CCD чип Преглед на оптиката Предварителен преглед във фантомна настройка Предварителен преглед в експеримент с животни Реализация като оптика от стъклени влакна Реализация като оптика на лещи от трона Втулка на троакар Трокар дорник Монитори Разходи за съвместимост AP 4: Създаване на фантомни конструкции Преглед на фантомните конструкции Фантомна структура 1 за 3-D проучване Phantom setup 2: Изкуствена коремна кухина Phantom setup 3 за анализ на температурата и влажността Phantom setup 4 за излагане на високи честоти Phantom setup 5: Стандартизирани упражнения за изследване на сенчестата оптика Phantom setup 6 за изплакване на оптика AP 5: Предаване на обща информация Изисквания за предаване на обща информация Предварително изпитване във видеолабораторията Сценарии за предаване на общата информация Реализация при експериментална и клинична употреба WP 6: Разделителна способност и анализ на зрителното поле WP 7: Фундаментални изследвания. край. Обектни полета за активно адаптивно осветление Въведение Претегляне на работното съдържание на този работен пакет Експерименти с осветление във фантомна настройка Варианти на осветление Експерименти с осветление в експерименти с животни Настройка Провеждане на експеримента Резултат
5 Материал и методи Дискусия с резултати Експерименти с оптично промиване във фантомна настройка Въведение Материал Експериментално изпълнение Резултат Експериментално изпълнение Резултат дискусия AP 12/15 Тестване на функционалните модели при експерименти с животни Осветителни тела в експерименти с животни Измерване на физическите условия за ясен край. Изглед при експерименти с животни Въведение Материал и методи Дискусия на резултата Подход към решение за постигане на ясен поглед Универсална оптика при опити с животни Внедряване Резултат Дискусия Shadow optics 1 при опити с животни Материал Експериментално изпълнение Оценка на резултата WP 13: Медицинска спецификация вижте WP 14: Тестване на функционалните модели във фантомни експерименти вижте WP 15: Тестване на функционалните модели в експерименти с животни вижте WP 16: Функционални модели в клинична употреба Клинично използване на сенчеста оптика Работа с материали в университетската болница Тюбинген
6 Оценка на резултатите Клинично използване на сенчестата оптика Материал Оптичната сянка Изпълнение Оценка на резултатите Клинична употреба на оптиката за преглед Материал Обзорната оптика Прилагане на клиничната употреба Резултат Дискусия WP 17: Програма за медицинско обучение и обучение Изисквания за програма за хирургично обучение и обучение Медицинска технология. Програма за обучение и обучение за оптика в сянка AP 18: Основно изследване на телекомуникацията Състояние на телекомуникацията в MIC Технически принципи на телекомуникацията Въведение B-канал S0-канал специални телефонни линии Сателитно предаване Важни критерии за качество за мултимедийна комуникация Препоръки за качество на студио Изисквания и възможности за телеконференция Изисквания за телеконференция Опции на телеконференция Събиране на разходите за предаване на данни с висока честотна лента Примерни телекомуникационни приложения Телеманипулация на EAES Конгрес в Трондхайм Телеконсултация/телеконференция в лятната академия '97 в Кил Кабелно окабеляване на ATM в Университетската клиника в Тюбинген Потенциал на приложение и използваемост на резултатите
7 7 Известен напредък по време на проекта SIMIC в други органи Алтернативни възможни решения, които не са разработени в мрежата Резюме и перспективи Публикации Публикации на книги и списания Немски английски арабски Изложби на плакати Английски телевизионни вноски в рамките на съвместния проект на BMBF SIMIC Лекции в рамките на съвместния проект на BMBF SIMIC Немски Английски Други презентации
9 Фиг. 29: Преглед на оптичната система Фиг. 30: Граници на наземно окабеляване на банкомат Фиг. 31: Разходи за сателитно предаване. 88 Фигура 32: Реализирана комуникация Фигура 33: Снимки по време на телеконференцията. 90 Фиг. 34: Преглед на окабеляването на ATM в областта на MIC. 91 Списък на таблици Таблица 1: Разходи за доставка на ендоскопски инструменти и устройства. 34 Таблица 2: Сравнение на цветовете на коремните органи на отвореното прасе с цветна палитра Pantone при хирургично осветление. 37 Таблица 3: Оценка на опциите за показване на подробни и обзорни изображения Таблица 4: Резултати от 20 тествани лица в 5 задачи, всяка от които е извършена произволно 10 пъти със и без сенки Таблица 5: Субективно оптимално зададена яркост на нормалното и допълнителното осветление на различни разстояния между предната леща и лекия троакар Таблица 6: Инвестиционни и преносни разходи за предаване на данни с висока честотна лента
14 [14] Schurr MO, Bablich H, Wurster H, Melzer A, Roth K, Wiest FM, Buess G: Нова система за оптично почистване и визуализация за ендоскопска хирургия, Minimally Invasive Therapy 3: (1994). [15] Scott-Conner CEH, Hall TJ, Anglin BL, Muakkassa FF, Pole GV, Thompson AR, Wilton PB Интегрирането на лапароскопията в хирургична ординатура и последици за тренировъчната среда. Surg Endosc; 8: (1994) [16] Speneer K Режими, медии и методи: морето за образователна ефективност. Br J Educ Technol; 22: (1991) [17] Herbert Schwind GmbH & Co. KG, Оптични устройства Ръководство за експлоатация TITMUS II-S: 15 [18] Strutz J 3D ендоскопията. УНГ 41: (1993) [19] Zobel J Основи на триизмерното ендоскопско зрение. End Surg 1: (1993) 4.6 Проведени са информационни и документационни услуги, използвани CD-базирани изследвания на литературата. Базиран е на следните компактдискове: AB/Inform Global, BA on CD, CC Search (R) 7 Editions, GeoRef Disc, Mathsci Disc, Medline Express, MLA Bibliography, PAIS International, PsycLit, PSYNDEX plus, Sociofile и WISO-WAO. Освен това имаше постоянен обмен на информация чрез посещения на научни конгреси, както и на компании и изследователски институти. 13
15 4.7 Сътрудничество с други органи Съвместният проект SIMIC е осъществен от MICT със следните партньори по проекта: Daimler Benz, Research and Technology, F2M/T - 77, Ottobrunn Daum GmbH, Schwerin Dornier MedTech, Germering (координатор) Ендоскопски устройства Берлин (MGB) (подизпълнител от MICT) Fraunhofer Institute for Applied Optics Lemke GmbH, Groebenzell Ние работихме със следните партньори извън финансирането на проекта: MIC - Център за обучение (оценка на 3-D видеосистемата и сенчеста оптика) Университетски офис на Университета в Тюбинген (инсталация на ATM мрежа) Медиен отдел ZIT-AV на Университет в Тюбинген (ATM, мултимедиен CD-ROM) Телефонна технология от Университета в Тюбинген (интеграция на технология за телеконференции) Изследователски център Карлсруе IAI и HIT (Телеконференция Карлсруе Трондхайм) Tenor Bedrift AS (- -) Център за усъвършенствана лапароскопска хирургия, Университетска болница Трондхайм (- -) Телеком Кил (телеконференция между Кил, Карлсруе, Тюбинг en и Страсбург) Telekom Karlsruhe, Център за проекти Югозапад (- -) IRCAD - EITS, Страсбург (- -) 14
22 В хода за техники за зашиване и заплитане (курс N&K) бяха оценени следните хирургични стъпки: Подравняване на иглата в посока на зашиване Хващане на края на конеца Обвиване на конеца около държача на иглата Прецизно пробиване и пробиване Преминаване на иглата Непрекъснат шев Шевен конец Поставяне на Т-дренажна система след това зададе следните въпроси относно работата с триизмерната система. Поради по-ниския интензитет на светлината на 3-D ендоскопите и системите на затвора, яркостта на изображението е намалена. Въпрос: Какво беше вашето впечатление от яркостта на картината? За да се получи триизмерно изображение, е необходимо устройство с течни кристали, което се поставя върху монитора (затвор на монитора) или в очила (очила на затвора, вижте фигура 2) и гарантира, че съответното изображение е присвоено на всяко око. За целта преди това в учебния център са били използвани сенници. Понастоящем няма очила с капак, които да могат да се регулират индивидуално. Недостатъците на тези очила са загуба на яркост, голямо тегло, неточност на прилепването, влошаване на зрението на работната среда и подхлъзване на очилата. Изображение 2: очила с капак 21
35 SVHS видео рекордер светлинен проектор ултразвуков генератор + 11 сонди CCD ендокамера + обектив лазерна ендо хирургия CO 2 пневматично цялостно високочестотно устройство за рязане и коагулация TEM инструменти, включително стерео оптика видео количка в комплект, включваща светлинен проектор и камера без видео рекордер LAP инструменти Стандартно сито, включително инсуфлатор Lithognost багрилен лазер за фрагментиране на камъни Поддръжка и експлоатационни разходи годишно Таблица 1: Разходи за доставка на ендоскопски инструменти и устройства 3 100,00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM 5.5 WP 4: Създаване на фантомни модули Общ преглед на фантомните модули Изпълнени са следните фантомни модули: Фантомно събрание 1: Стандартизирани упражнения за триизмерното проучване. Фантомен абатмент 2: Изкуствена коремна кухина с реалистичен цвят и геометрия. Phantom setup 3: климатична камера за симулиране на различни температурни и влажни условия на интраабдоминалните газове и оптиката. Phantom setup 4: Настройка за изследване на утайката от изхвърлени частици тъкан върху ендоскопа по време на ендоскопско високочестотно приложение. Phantom setup 5: Стандартизирани упражнения за изследване на сенчестата оптика. 34
36 5.5.2 Фантомна настройка 1: стандартизирани упражнения за триизмерното проучване За да се получат измерими и обективни данни, MICT разработи курс с 5 стандартизирани упражнения (вж. Фиг. 8). Те бяха класифицирани според нивото на трудност и моделирани по често срещани хирургични техники като шиене и хващане. Определени бяха грешки в контактите, които бяха обективно записани с електронен брояч. Изображение 8: Курс с пет стандартизирани упражнения. Ендоскопът с прикрепената видеокамера беше здраво монтиран в държач, така че насочването на камерата няма влияние върху резултата. Описание на задачите Задача 1: Тази задача означава контролирано позициониране на инструмент. За тази задача топка от пяна лежи във вдлъбнатина. Пяната пяна трябва да се отстрани и да се върне отново, без да се докосва металната основа на вдлъбнатината с инструмента. Задача 2: Тази задача е да осигури целевата предаване z Б. симулирайте игла. Метален щифт трябва да се премине през пространство, което е отграничено отпред с пръти, с десния инструмент и поето с левия инструмент, без да се докосват метални части. 35
38 Фиг. 10: Фантомна структура 2а с вмъкнати органи. Модел на торс с подвижни фиксирани органи в гърдите и корема от фирма SOMSO (Кобург) е снабден като основно тяло за фантомен абатмент 2b. Голям коремен разрез е направен при експеримент с животни върху прасета. В светлината на операционната зала цветовете на различни органи се сравняват с тези на цветовата палитра Pantone (3010 цвята) (вж. Таблица 2). Изборът на цвят беше проверен по същия начин при две операции в клиниката. Орган 1-во измерване () 2-ро измерване () Цвят CCMYKECMYKE основен цвят тънко черво 176 CEE съдове тънко черво 1945 CEE основен цвят дебело черво 4995 CEE съдове дебело черво 195 CEE или E основен цвят черен дроб 484 CEE чернодробни линии 407 CEE основен цвят далак E далачни линии 407 CEE мезентериална мазнина E 97 -9 Стомашни E или E съдове Stomach E Перитонеум 698 CEE 97-9 Съдове Перитонеум 709 CEE Таблица 2: Сравнение на цветовете на коремните органи на отвореното прасе с цветна палитра Pantone при осветление на операционната зала С тези цветови спецификации коремните органи на фантомния абатмент 2b са ново боядисани и анатомично детайлизирани . 37
5.6.3 Сценарии за предаване на общата информация Следните опции за представяне на общата информация бяха разгледани и оценени съгласно 7 критерия (вж. Таблица 3). Ключ за оценка: ++ много добър + добър o задоволителен - лош - много лош настройка 1 качество на изображението детайлно изображение ++ преглед на качеството на изображението изображение ++ ориентация + задание инструмент вляво/надясно + усилие o възприятие преглед изображение - настройка на стая 2 качество на изображението детайлно изображение + изображение на изображението преглед изображение + ориентация o Присвояване на инструмент за ляво/дясно + усилие + изображение за преглед на възприятието + настройка на стаята 3 Изображение с детайлно качество на изображението o Преглед на изображението за качество на изображението - ориентация - Присвояване на инструмент за ляво/дясно - усилие - изображение за преглед на възприятието + настройка на стая 4 Качество на изображението с детайли изображение ++/re инструмент - усилие o възприятие преглед изображение - стая o
43 Настройка 5 Детайлно изображение на качеството на изображението ++ Преглед на качеството на изображението ++ Ориентация o Присвояване на инструмент за ляво/дясно o Усилие - изображение за преглед на възприятието - стая o Настройка 6 Качество на изображението подробно изображение + изображение за преглед на качеството на изображението ++ Ориентация + задание за ляв/десен инструмент + усилие - изображение за преглед на възприятието + стая o Настройка 7 Детайлно изображение на качеството на изображението ++ Преглед на качеството на изображението ++ Ориентация - Разпределение на инструмента вляво/вдясно + усилие - Възприемане на общото изображение o Таблица на стаята 3: Оценка на опциите на дисплея за детайлни и обзорни изображения За рутинно клинично приложение настройката 6 изглежда оптимална, евентуално дори без допълнителния горен монитор. Реализация при експериментална и клинична употреба При експериментална и научна клинична употреба ние показахме и трите ендоскопски изображения на 22 отделни видео монитора. Лявото обзорно изображение може да се види на монитор 1, детайлното изображение на монитор 2 и дясното прегледно изображение на монитор 3 42
44 Фиг. 12: Оптика за детайли и преглед подрежда картина в картина в цялостна картина с пропорция 4: 3. Трите изображения, получени при клинична употреба, бяха насложени във видеолабораторията (вж. Фигура 12). Сливането на двете прегледни изображения в подходящо цялостно прегледно изображение не беше възможно поради оптичните изкривявания и завъртането на обзорните камери една срещу друга. Валът на подробната оптика също може да се види по-горе в общите изображения. Детайлното изображение е подредено тук по такъв начин, че да покрива тази хирургически безинтересна област. 5.7 WP 6: Разделителна способност и анализ на зрителното поле Видеокамери с различно качество са използвани клинично и при експерименти с животни. Преди това MICT е тествал технически различни камери и измерва по-специално тяхната резолюция, точност на цветовете и предаване на контраст. 43
70 Универсална оптика при опити с животни върху материала Универсална оптика с нагряване, 2 инсуфлационни канала, 2 смукателни/напоителни канала (вж. Фиг. 16 и фиг. 26). MGB с 400 W HTI газоразрядна лампа. Прожектор на светлината на Storz с газоразрядна лампа. 30 лапароскоп, MGB, външен диаметър 5 mm. Електронен PID контролер със захранващ блок в корпус за регулиране на отоплението. Камера за ендоскоп с 3 чипа Lemke. SVHS видео рекордер. 10 мм троакар. Фигура 26: Прилагане на универсална оптика Горните компоненти бяха използвани лапароскопски върху прасета (приблизително 35 kg). На първо място беше направен подробен диагностичен цялостен изглед със и без ефект на сянка, след това бяха извършени упражнения за хващане, опити за замъгляване и кървене и накрая анастомоза на тънките черва от край до край. 69
На конгреса, в сътрудничество с изследователския център, 88 MICT успя ефективно да демонстрира иновативния характер на ARTEMIS, използвайки системата за насочване на ендоскопа чрез телекомуникация на живо между Карлсруе и Трондхайм. Фигура 30: Ограничения за наземно окабеляване на банкомат. Първоначално се планираше да се реализира телеманипулация чрез трансфер на банкомат. След проучване на всички възможности, най-накрая стана ясно, че банкоматните линии от Карлсруе през Кьолн и Гьотеборг до Осло са възможни, но че не е възможна връзка от АТМ от Осло до Трондхайм (фиг. 30). 87