Method Article

오픈-심장 수술의 스테레오 3D 시각화를 위한 이상적인 구성을 결정하기 위해 카메라 위치의 로봇화 테스트

DOI:

10.3791/62786

⸱

August 12th, 2021

 ,  ,  ,  ,  , 
1Cardiac Surgery Unit, Children’s Heart Centre, Skåne University Hospital, 2Department of Clinical Sciences, Lund University, 3Student at Lund University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

3D 스테레오 비디오의 인간의 깊이 인식은 카메라 분리, 수렴 지점, 물체의 거리 및 친숙도에 따라 달라집니다. 이 백서는 이상적인 카메라 구성을 결정하기 위해 살아있는 오픈 하트 수술 중 신속하고 신뢰할 수 있는 테스트 데이터 수집을 위한 로봇화된 방법을 제시합니다.

Abstract

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외과 적 절차의 스테레오 3D 비디오는 의학 교육에 매우 유용하고 임상 의사 소통을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 수술실과 수술장에 대한 접근이 제한됩니다. 그것은 멸균 환경이며, 물리적 공간은 외과 직원과 기술 장비로 붐비고 있습니다. 이 설정에서, 가려지지 않은 캡처 및 수술 절차의 현실적인 재현은 어렵습니다. 이 백서는 다양한 카메라 기준 거리와 수렴 거리에서 입체 3D 비디오의 신속하고 신뢰할 수 있는 데이터 수집방법을 제시합니다. 수술 중 최소한의 간섭으로 테스트 데이터를 수집하기 위해 높은 정밀도와 반복성으로 카메라가 듀얼 암 로봇의 각 손에 부착되었습니다. 로봇은 수술실에 천장에 장착되었습니다. 10mm의 증분 단계에서 50-240mm 사이의 기준거리와 1100mm 및 1400mm의 두 수렴 거리에서 다양한 테스트 위치를 통과하는 동기화된 카메라 움직임시퀀스를 수행하도록 프로그래밍되었습니다. 수술은 40 연속 5s 비디오 샘플을 허용하기 위해 일시 중지되었다. 총 10개의 수술 시나리오가 기록되었습니다.

Introduction

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수술에서 3D 시각화는 교육, 진단, 수술 전 계획 및 수술 후 평가1,2에 사용할 수 있습니다. 현실적인 깊이 지각은 정상 및 비정상적인 해부학의 이해3,4,5,6을 향상시킬 수 있습니다. 외과 적 수술의 간단한 2D 비디오 녹화는 좋은 시작입니다. 그러나, 깊이 지각의 부족은 비 외과 동료가 다른 해부학 구조 사이 antero 후방 관계를 완전히 이해하기 어렵게 만들 수 있고 그러므로 또한 해부학7,8,9,10의 오해의 리스크를 소개합니다.

3D 보기 환경은 (1) 카메라 구성이 도 1, (2) 기준 거리(카메라 간의 분리)에 도....

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Protocol

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실험은 스웨덴 룬드의 지역 윤리위원회의 승인을 받았습니다. 참여는 자발적이었고, 환자의 법적 보호자는 서면 동의를 통보했다.

1. 로봇 설정 및 구성

참고: 이 실험은 듀얼 암 협업 산업용 로봇과 터치 디스플레이가 있는 표준 제어판을 사용했습니다. 로봇웨어 6.10.01 컨트롤러 소프트웨어 및 로봇 통합 개발 환경(IDE) RobotStudio 2019.525로 제어됩니다. 로봇 응용 프로그램, 기록 응용 프로그램 및 후처리 스크립트를 포함하여 저자가 개발한 소프트웨어는 GitHub 리포지토리26에서 사용할 수 있습니다.

주의: 로봇 프로그램을 설정하고 테스트하는 동안 보호 안경과 속도 저하를 사용합니다.

  1. 제조업체사양에 따라 25쪽에 설명된 대로 100kg치의 볼트를 사용하여 천장이나 테이블에 로봇을 장착합니다24. 팔이 자유롭게 움직일 수 있고 시야로 가는 시야가 가려지지 않도록 하십시오.
    주의: 로봇을 높은 위치에 장착할 때 리프트 또는 안전 로프를 사용합니다.
  2. 로봇의 베이....

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Results

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오른쪽 이미지가 상단 하단 입체 3D의 상단에 배치된 허용 가능한 평가 비디오가 Video1에 표시됩니다. 성공적인 시퀀스는 날카롭고, 집중적이며, 비동기 이미지 프레임이 없어야 합니다. 비동기화된 비디오 스트림은 파일 Video 2에 나와 같이 흐림을 일으킵니다. 수렴 점은 그림 9A, B에서 볼 수 있듯이 카메라 분리와 는 별개로 수평으로 중심을 두어야 합니다. 로봇이 위치 간에 전환되면 비디오에 작은 흔들림이 있으며, 이는 50mm/s의 전환 속도로 예상됩니다. 오른쪽이미지와 왼쪽 이미지 사이에 너무 큰 분리로 뇌는 이미지를 하나의 3D 이미지로 융합할 수 없으며 그림 9C 및 비디오 3을 참조하십시오.

그림 1.......

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Discussion

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라이브 수술 중, 3D 비디오 데이터 수집에 사용되는 실험의 총 시간은 환자에게 안전한 것으로 제한되었다. 개체가 초점이 맞지 않거나 과도하게 노출된 경우 데이터를 사용할 수 없습니다. 중요한 단계는 카메라 도구 교정 및 설정(2단계)입니다. 수술이 시작되면 카메라 조리개와 포커스를 변경할 수 없습니다. 설치 및 수술 중에 동일한 조명 조건과 거리를 사용해야 합니다. 2.1-2.4 단계의 카메라 교정은 캡처된 비디오에 심장이 중심이 되도록 신중하게 수행해야 합니다. 교정을 해결하기 위해, 카메라 공구 좌표 시스템의 값은 좌표 계열(2.3.3)에서 로봇을 조깅하여 별도로 확인할 수 있다. 수술 전에 기록 응용 프로그램과 함께 전체 로봇 프로그램과 카메라를 테스트하는 것이 중요합니다. 수술장의 높이는 수술 중에 때때로 조정됩니다. 로봇 카메라의 높이는 또한 심장에 원하는 거리를 유지하기 위해 로봇 응용 프로그램 (단계 3.4)에서 라이브 로 수정 할 수 있습니다. 로봇 프로그램의 거리와 대기 시간은 2.5 단계에서 설명된 대로 수정.......

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Disclosures

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저자는 공개 할 것이 없습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 연구는 Vinnova (2017-03728, 2018-05302 및 2018-03651), 심장 폐 재단 (20180390), 가족 캄프라드 재단 (20190194), 안나 리사와 스벤 에릭 룬드그렌 재단 (2017 및 2018)의 자금으로 수행되었습니다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2 C 마운트 렌즈 (35mm F2.1, 5M 픽셀)TamronM112FM355M 픽셀
3D 안경 등급 (DLP 링크 액티브 셔터)CelexonG1000호환 가능한 모든 3D 안경을 사용할 수 있습니다
3D 프로젝터ViewsonicX10-4K디스플레이 3D 1080, 다른 3D 프로젝터로 교체 가능
6 M2 x 8 나사cXimea 카메라를 카메라 어댑터 플레이트에 부착하려면
M2.5 x 8 나사원형 장착 플레이트를 로봇 손목에 부착하려면
M5 x 40 나사로봇 장착용
헤드원형 장착 플레이트와 카메라 어댑터 플레이트를 부착하기 위한
보정 검사 보드 플레이트(25 x 25mm)그리드가 카메라에서 명확하게 보이는 한 인쇄를 포함하여 모든 표준 바둑판을 사용할 수 있습니다
카메라 어댑터 플레이트, x2robot_camera_adaptor_plates.dwg의 저자가 디자인하고 알루미늄으로 밀링되었습니다.
원형 마운팅 플레이트, x2디자이너 Julius Klein의 허가를 받아 배포되었으며 FDM 3D 프린터에서 ABS 플라스틱으로 인쇄되었습니다. 라이센스 Tecnalia Research & 이노베이션 2017. Mountingplate_ROBOT_SIDE_
NewDesign_4.stl
고정 초점 USB 카메라, x2 (5 Mpixel)XimeaMC050CG-SY-UB소니 IMX250LQR 센서
FlexpendantABB3HAC028357-001로봇 터치 디스플레이
실시간 녹화애플리케이션
RobotStudio  로봇 통합 개발 환경(IDE)
USB3 액티브 케이블(10.0m), x2나비 나사 잠금 커넥터, 방수.
YuMi 듀얼 암 로봇ABBIRB14000
8개 8개 플랫 가 있는 M6 x 10 나사 8개 경우 로 첨부됨

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Held, R. T., Hui, T. T. A guide to stereoscopic 3D displays in medicine. Academic Radiology. 18 (8), 1035-1048 (2011).
  2. van Beurden, M. H. P. H., IJsselsteijn, W. A., Juola, J. F. Effectiveness of stereoscopic displays in medicine: A review. 3D Research. 3 (1), 1-13 (2012).....

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