De menselijke diepteperceptie van 3D-stereovideo's hangt af van de camerascheiding, het convergentiepunt, de afstand tot en de vertrouwdheid van het object. Dit artikel presenteert een gerobotiseerde methode voor snelle en betrouwbare verzameling van testgegevens tijdens live openhartchirurgie om de ideale cameraconfiguratie te bepalen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Gerobotiseerd testen van cameraposities om de ideale configuratie te bepalen voor stereo 3D-visualisatie van openhartchirurgie
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Stereo 3D-video van chirurgische ingrepen kan zeer waardevol zijn voor medisch onderwijs en de klinische communicatie verbeteren. Maar de toegang tot de operatiekamer en het operatieveld is beperkt. Het is een steriele omgeving en de fysieke ruimte is vol met chirurgisch personeel en technische apparatuur. In deze setting zijn ongemerkte opname en realistische reproductie van de chirurgische ingrepen moeilijk. Dit artikel presenteert een methode voor snelle en betrouwbare gegevensverzameling van stereoscopische 3D-video's op verschillende basisafstanden en convergentieafstanden van de camera. Om testgegevens te verzamelen met minimale interferentie tijdens de operatie, met hoge precisie en herhaalbaarheid, werden de camera's bevestigd aan elke hand van een robot met twee armen. De robot was aan het plafond gemonteerd in de operatiekamer. Het was geprogrammeerd om een getimede reeks gesynchroniseerde camerabewegingen uit te voeren die door een reeks testposities stappen met een basisafstand tussen 50-240 mm bij incrementele stappen van 10 mm en bij twee convergentieafstanden van 1100 mm en 1400 mm. De operatie werd gepauzeerd om 40 opeenvolgende 5-s videomonsters mogelijk te maken. In totaal werden 10 chirurgische scenario's geregistreerd.
Inleiding
In de chirurgie kan 3D-visualisatie worden gebruikt voor onderwijs, diagnoses, pre-operatieve planning en postoperatieve evaluatie1,2. Realistische dieptewaarneming kan het begrip3,4,5,6 van normale en abnormale anatomieën verbeteren. Eenvoudige 2D-video-opnames van chirurgische ingrepen zijn een goed begin. Het gebrek aan diepteperceptie kan het echter moeilijk maken voor de niet-chirurgische collega's om de antero-posterieure relaties tussen verschillende anatomische structuren vol....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
De experimenten werden goedgekeurd door de lokale ethische commissie in Lund, Zweden. De deelname was vrijwillig en de wettelijke voogden van de patiënten gaven geïnformeerde schriftelijke toestemming.
1. Robot setup en configuratie
OPMERKING: Dit experiment gebruikte een industriële robot met twee armen en het standaard bedieningspaneel met een aanraakscherm. De robot wordt bestuurd met RobotWare 6.10.01 controller software en robot integrated development environment (IDE) RobotStudio 2019.525. Software ontwikkeld door de auteurs, waaronder de robottoepassing, opnametoepassing en postproces....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Een acceptabele evaluatievideo met het juiste beeld bovenaan geplaatst in stereoscopisch 3D van boven naar beneden wordt getoond in Video1. Een succesvolle reeks moet scherp, scherp en zonder niet-gesynchroniseerde afbeeldingskaders zijn. Niet-gesynchroniseerde videostreams veroorzaken onscherpte, zoals weergegeven in het bestand Video 2. Het convergentiepunt moet horizontaal worden gecentreerd, onafhankelijk van de camerascheiding, zoals te zien is in figuur 9A,B
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Tijdens live chirurgie was de totale tijd van het experiment dat werd gebruikt voor het verzamelen van 3D-videogegevens beperkt om veilig te zijn voor de patiënt. Als het object onscherp of overbelicht is, kunnen de gegevens niet worden gebruikt. De kritieke stappen zijn tijdens de kalibratie en installatie van het cameragereedschap (stap 2). Het diafragma en de focus van de camera kunnen niet worden gewijzigd wanneer de operatie is begonnen; dezelfde lichtomstandigheden en afstand moeten worden gebruikt tijdens de insta.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Het onderzoek is uitgevoerd met financiering van Vinnova (2017-03728, 2018-05302 en 2018-03651), Heart-Lung Foundation (20180390), Family Kamprad Foundation (20190194) en Anna-Lisa en Sven Eric Lundgren Foundation (2017 en 2018).
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 2 C-mount lenzen (35 mm F2.1, 5 M pixel) | Tamron | M112FM35 | Geschikt voor 5 Mpixel |
| 3D-brillen (DLP-link actieve sluiter) | Celexon | G1000 | Elke compatibele 3D-bril kan worden gebruikt |
| 3D-projector | Viewsonic | X10-4K | Geeft 3D weer in 1080, kan worden omgeruild voor andere 3D-projectoren |
| 6 M2 x 8 schroeven | Om de cXimea-camera's aan de camera-adapterplaten te bevestigen | ||
| 8 M2.5 x 8 schroeven | Om de ronde montageplaten aan de robotarm te bevestigen | ||
| 8 M5 x 40 schroeven | Om de robot te monteren | ||
| 8 M6 x 10 schroeven met platte koppen | Voor het bevestigen van de ronde montageplaat en de camera-adapterplaten | ||
| Calibratiebordenplaat (25 bij 25 mm) | Elk standaard dambord kan worden gebruikt, inclusief afgedrukt, zolang de raster duidelijk zichtbaar is in de camera's | ||
| Camera-adapterplaten, x2 | Ontworpen door de auteurs in robot_camera_adaptor_plates.dwg, gefrezen in aluminium. | ||
| Ronde montageplaten, x2 | Gedistribueerd met toestemming van de ontwerper Julius Klein en afgedrukt met ABS-plastic op een FDM 3D-printer. Licentie Tecnalia Research & Innovation 2017. Bijgevoegd als Mountingplate_ROBOT_SIDE_ NewDesign_4.stl | ||
| Fix focus usb-camera's, x2 (5 Mpixel) | Ximea | MC050CG-SY-UB | Met Sony IMX250LQR-sensor |
| Flexpendant | ABB | 3HAC028357-001 | robot touch display |
| Liveview | opname-applicatie | ||
| RobotStudio | geïntegreerde ontwikkelomgeving voor robots (IDE) | ||
| USB3 actieve kabels (10,0 m), x2 | Thumbscrew-vergrendelingsconnector, waterdicht. | ||
| YuMi dubbelarmige robot | ABB | IRB14000 |
Referenties
- Held, R. T., Hui, T. T. A guide to stereoscopic 3D displays in medicine. Academic Radiology. 18 (8), 1035-1048 (2011).
- 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).....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
