اختبار روبوتي لمواقع الكاميرا لتحديد التكوين المثالي لتصور ستيريو 3D لجراحة القلب المفتوح

Summary

يعتمد إدراك العمق البشري لمقاطع فيديو ستيريو 3D على فصل الكاميرا ونقطة التقارب والمسافة إلى الكائن ومعرفته. تقدم هذه الورقة طريقة روبوتية لجمع بيانات الاختبار السريع والموثوق به أثناء جراحة القلب المفتوح الحية لتحديد التكوين المثالي للكاميرا.

Abstract

يمكن أن يكون فيديو ستيريو 3D من العمليات الجراحية ذا قيمة عالية للتعليم الطبي وتحسين التواصل السريري. لكن الوصول إلى غرفة العمليات والمجال الجراحي مقيد. إنها بيئة معقمة ، والمساحة المادية مزدحمة بالموظفين الجراحيين والمعدات التقنية. في هذا السياق ، من الصعب التقاط الإجراءات الجراحية دون حجبها واستنساخها واقعيا. تقدم هذه الورقة طريقة لجمع البيانات بسرعة وموثوقية لمقاطع الفيديو المجسمة 3D على مسافات خط أساس الكاميرا المختلفة ومسافات التقارب. لجمع بيانات الاختبار بأقل قدر من التداخل أثناء الجراحة ، بدقة عالية وقابلية للتكرار ، تم توصيل الكاميرات بكل يد من الروبوت ثنائي الذراع. كان الروبوت مثبتا في السقف في غرفة العمليات. تمت برمجته لأداء تسلسل زمني لحركات الكاميرا المتزامنة التي تخطو عبر مجموعة من مواضع الاختبار مع مسافة خط الأساس بين 50-240 مم عند خطوات تدريجية تبلغ 10 مم ، وعلى مسافة تقارب 1100 مم و 1400 مم. تم إيقاف الجراحة مؤقتا للسماح ب 40 عينة فيديو متتالية من 5 ثوان. تم تسجيل ما مجموعه 10 سيناريوهات جراحية.

Introduction

في الجراحة ، يمكن استخدام التصور ثلاثي الأبعاد للتعليم والتشخيص والتخطيط قبل الجراحة وتقييم ما بعد ^{الجراحة1,2}. يمكن أن يحسن إدراك العمق الواقعي ^{فهم3،4،5،6} من التشريح الطبيعي وغير الطبيعي. تسجيلات الفيديو 2D بسيطة من العمليات الجراحية هي بداية جيدة. ومع ذلك ، فإن عدم وجود إدراك للعمق يمكن أن يجعل من الصعب على الزملاء غير الجراحيين أن يفهموا تماما العلاقات الأمامية الخلفية بين الهياكل التشريحية المختلفة ، وبالتالي يقدمون أيضا خطر سوء تفسير ^{التشريح7،}

Protocol

تمت الموافقة على التجارب من قبل لجنة الأخلاقيات المحلية في لوند ، السويد. وكانت المشاركة طوعية، وقدم الأوصياء القانونيون على المرضى موافقة خطية مستنيرة.

1. إعداد الروبوت وتكوينه

ملاحظة: استخدمت هذه التجربة روبوتا صناعيا تعاونيا ثنائي الذراع ولوحة تحكم قياسية مع شاشة تعمل باللمس. يتم التحكم في الروبوت باستخدام برنامج تحكم RobotWare 6.10.01 وبيئة تطوير الروبوت المتكاملة (IDE) RobotStudio 2019.525. تتوفر البرامج التي طورها المؤلفون ، بما في ذلك تطبيق الروبوت وتطبيق التسجيل والبرامج النصية لما بعد المعالجة ، في مستودع ^GitHub26.

تنبيه: استخدم ال....

Results

يتم عرض فيديو تقييم مقبول مع وضع الصورة الصحيحة في الأعلى في 3D مجسمة من أعلى إلى أسفل في Video1. يجب أن يكون التسلسل الناجح حادا ومركزا وبدون إطارات صور غير متزامنة. ستؤدي تدفقات الفيديو غير المتزامنة إلى حدوث ضبابية، كما هو موضح في ملف الفيديو 2. يجب أن تكون نقطة التقارب متمركزة أفقيا ، بغض النظر عن فصل الكاميرا ، كما هو موضح في الشكل 9A ، B. عندما ينتقل الروبوت بين المواضع ، هناك هزة صغيرة في الفيديو ، والتي من المتوقع أن تكون بسرعة انتقا.......

Discussion

أثناء الجراحة الحية ، كان الوقت الإجمالي للتجربة المستخدمة لجمع بيانات الفيديو 3D محدودا ليكون آمنا للمريض. إذا كان الكائن غير مركز أو مفرط التعرض، فلا يمكن استخدام البيانات. تتمثل الخطوات الحاسمة أثناء معايرة أداة الكاميرا وإعدادها (الخطوة 2). لا يمكن تغيير فتحة الكاميرا والتركيز البؤري عند بدء الجراحة. يجب استخدام نفس ظروف الإضاءة والمسافة أثناء الإعداد والجراحة. يجب إجراء معايرة الكاميرا في الخطوات من 2.1 إلى 2.4 بعناية لضمان تمركز القلب في الفيديو الذي تم التقاطه. لاستكشاف أخطاء المعايرة وإصلاحها، يمكن التحقق من قيم .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
2 عدسات C-mount (35 مم F2.1 ، 5 M بكسل)	Tamron	M112FM35	مصنفة لنظارات 3D 5 ميجابكسل
(مصراع نشط DLP-link)	Celexon	G1000	استخدام أي نظارات ثلاثية الأبعاد متوافقة
3D Projector	Viewsonic	X10-4K	Displays 3D في 1080 ، يمكن استبدالها بأجهزة عرض ثلاثية الأبعاد
أخرى 6 M2 × 8 مسامير			لتوصيل كاميرات cXimea بلوحات محول الكاميرا
8 M2.5 x 8 براغي			لربط لوحات التثبيت الدائرية بمعصم الروبوت
8 M5 x 40 براغي			لتركيب الروبوت
8 M6 x 10 براغي برؤوس			لربط لوحة التثبيت الدائرية ولوحات محول الكاميرا
لوحة مدقق المعايرة (25 × 25 مم)			يمكن استخدام أي رقعة الشطرنج القياسية, بما في ذلك المطبوعة, طالما أن الشبكة مرئية بوضوح في الكاميرات
لوحات محول الكاميرا, x2			صممه المؤلفون في robot_camera_adaptor_plates.dwg< / em>, مطحونة في الألومنيوم.
لوحات تركيب دائرية ، x2			موزعة بإذن من المصمم يوليوس كلاين ومطبوعة ببلاستيك ABS على طابعة FDM ثلاثية الأبعاد. ترخيص Tecnalia Research & الابتكار 2017. مرفقة ك Mountingplate_ROBOT_SIDE_ NewDesign_4.stl
إصلاح تركيز كاميرات USB, x2 (5 بكسل)	Ximea	MC050CG-SY-UB	مع سوني IMX250LQR مستشعر
Flexpendant	ABB	3HAC028357-001	روبوت تعمل باللمس
	تطبيق تسجيل Liveview
RobotStudio			بيئة التطوير المتكاملة للروبوت (IDE)
كابلات USB3 النشطة (10.0 م) ،	موصل قفل الإبهام اللولبي x2
روبوت YuMi ثنائي الذراع	ABB	IRB14000