Method Article

Zrobotyzowane testowanie pozycji kamer w celu określenia idealnej konfiguracji do stereoskopowej wizualizacji 3D operacji na otwartym sercu

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

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

Ludzka percepcja głębi w stereoskopowych filmach 3D zależy od odległości kamery, punktu zbieżności, odległości i znajomości obiektu. W artykule przedstawiono zrobotyzowaną metodę szybkiego i wiarygodnego zbierania danych testowych podczas operacji na otwartym sercu na żywo w celu określenia idealnej konfiguracji kamery.

Abstract

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

Stereofoniczne filmy 3D z zabiegów chirurgicznych mogą być bardzo cenne dla edukacji medycznej i poprawić komunikację kliniczną. Ale dostęp do sali operacyjnej i pola operacyjnego jest ograniczony. Jest to sterylne środowisko, a przestrzeń fizyczna jest zatłoczona personelem chirurgicznym i sprzętem technicznym. W tym otoczeniu niezakłócone uchwycenie i realistyczne odwzorowanie procedur chirurgicznych jest trudne. W artykule przedstawiono metodę szybkiego i wiarygodnego zbierania danych ze stereoskopowych filmów 3D w różnych odległościach bazowych kamer i odległościach zbieżności. Aby zbierać dane testowe przy minimalnych zakłóceniach podczas operacji, z wysoką precyzją i powtarzalnością, kamery zostały przymocowane do każdej ręki robota dwuramiennego. Robot został zamontowany na suficie na sali operacyjnej. Został zaprogramowany do wykonywania czasowej sekwencji zsynchronizowanych ruchów kamery, przechodząc przez szereg pozycji testowych z odległością bazową w zakresie 50-240 mm w krokach przyrostowych 10 mm i przy dwóch odległościach zbieżności 1100 mm i 1400 mm. Operacja została wstrzymana, aby umożliwić 40 kolejnych 5-sekundowych próbek wideo. Łącznie zarejestrowano 10 scenariuszy chirurgicznych.

Introduction

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

W chirurgii wizualizacja 3D może być używana do edukacji, diagnoz, planowania przedoperacyjnego i oceny pooperacyjnej1,2. Realistyczna percepcja głębi może poprawić zrozumienie3,4,5,6 normalnych i nieprawidłowych anatomii. Proste nagrania wideo 2D z zabiegów chirurgicznych to dobry początek. Jednak brak percepcji głębi może utrudnić kolegom niechirurgicznym pełne zrozumienie relacji przednio-tylnych między różnymi strukturami anatomicznymi, a tym samym wprowadzić ryzyko błędnej inter....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

Eksperymenty zostały zatwierdzone przez lokalną Komisję Etyki w Lund, Szwecja. Udział w badaniu był dobrowolny, a opiekunowie prawni pacjentów wyrazili świadomą pisemną zgodę.

1. Instalacja i konfiguracja robota

UWAGA: W tym eksperymencie użyto dwuramiennego współpracującego robota przemysłowego i standardowego panelu sterowania z dotykowym wyświetlaczem. Robot jest sterowany za pomocą oprogramowania sterującego RobotWare 6.10.01 i zintegrowanego środowiska programistycznego (IDE) robota RobotStudio 2019.525. Oprogramowanie opracowane przez autorów, w tym aplikacja robota, aplikacja do nagry....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Akceptowalny film oceniający z prawym obrazem umieszczonym na górze w stereoskopowym 3D u góry i u dołu jest pokazany w Video1. Udana sekwencja powinna być ostra, skoncentrowana i bez niezsynchronizowanych klatek obrazu. Niezsynchronizowane strumienie wideo spowodują rozmycie, jak pokazano w pliku Wideo 2. Punkt zbieżności powinien być wyśrodkowany poziomo, niezależnie od separacji kamery, jak widać na Rysunek 9A,B. Gdy robot przechodzi międ.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Podczas operacji na żywo całkowity czas eksperymentu wykorzystany do zbierania danych wideo 3D był ograniczony, aby był bezpieczny dla pacjenta. Jeśli obiekt jest nieostry lub prześwietlony, nie można użyć danych. Krytyczne kroki to kalibracja i konfiguracja narzędzia kamery (krok 2). Przysłony i ostrości aparatu nie można zmienić po rozpoczęciu operacji; Te same warunki oświetleniowe i odległość powinny być używane podczas ustawiania i zabiegu. Kalibrację kamery w krokach 2.1-2.4 należy przeprowadzić ostrożnie, aby upew.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Badania zostały przeprowadzone dzięki finansowaniu z Vinnova (2017-03728, 2018-05302 i 2018-03651), Heart-Lung Foundation (20180390), Family Kamprad Foundation (20190194) oraz Anna-Lisa and Sven Eric Lundgren Foundation (2017 i 2018).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2 obiektywy z mocowaniem C (35 mm F2.1, 5 mln pikseli)TamronM112FM35przystosowany do
okularów 3D 5 Mpixel (aktywna migawka DLP-link)CelexonG1000Można używać dowolnych kompatybilnych okularów 3D
Projektor 3DViewsonicX10-4KWyświetlacze 3D w 1080, możliwość wymiany na inne projektory 3D
6M2 x 8Aby przymocować kamery cXimea do płyt adaptera kamery
8Aby przymocować okrągłe płyty montażowe do nadgarstka robota
8Do montażu robota
8 M6 x 10 z płaskimiDo mocowania okrągłej płyty montażowej i płytek adaptera kamery
Płytka kontrolna kalibracji (25 na 25 mm)Można użyć dowolnej standardowej szachownicy, w tym zadrukowanej, o ile siatka jest dobrze widoczna w aparatach
Płyty adaptera do aparatu, x2Zaprojektowane przez autorów w robot_camera_adaptor_plates.dwg, frezowane w aluminium.
Okrągłe płyty montażowe, x2Dystrybuowane za zgodą projektanta Juliusa Kleina i wydrukowane z tworzywa ABS na drukarce 3D FDM. Licencja Tecnalia Research & Innowacja 2017. Dołączony jako Mountingplate_ROBOT_SIDE_
NewDesign_4.stl
Fix focus usb cameras, x2 (5 Mpixel)XimeaMC050CG-SY-UBZ czujnikiem Sony IMX250LQR
FlexpendantABB3HAC028357-001wyświetlacz dotykowy robota Aplikacja do
nagrywaniażywo
RobotStudio  zintegrowane środowisko programistyczne robota (IDE)
Aktywne USB3 (10,0 m), x2Złącze z blokadą śrubową, wodoodporne.
Dwuramienny robot YuMiABBIRB14000
M2.5 x 8 M5 x 40 na

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).....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Stereo 3D VisualizationRobotized Camera TestingOpen Heart SurgeryCamera ConfigurationStereoscopic 3D VideoSurgical Field CaptureCamera Baseline DistanceDepth Perception StudyMedical Education VideoDual Arm Robot

Related Articles