בדיקה רובוטית של עמדות מצלמה כדי לקבוע תצורה אידיאלית עבור הדמיה סטריאו 3D של ניתוח לב פתוח
12 באוגוסט 2021
תפיסת העומק האנושית של סרטוני סטריאו תלת-ממדיים תלויה בהפרדת המצלמה, בנקודת ההתכנסות, במרחק ובהיכרות עם האובייקט. מאמר זה מציג שיטה רובוטית לאיסוף נתוני בדיקה מהיר ואמין במהלך ניתוח לב פתוח חי כדי לקבוע את תצורת המצלמה האידיאלית.
זה מאפשר לכידה של קטעי וידאו 3D באיכות גבוהה להכשרה וחינוך. זה יכול להיות מיושם על רוב הגדרות חדר הניתוח עם ניתוח פתוח. עם גישה רובוטית, אנו יכולים לאסוף במהירות ובדייקנות את הנתונים כדי להעריך את עמדות המצלמה.
שיטה זו משמשת לבדיקה מהירה של תצורת המצלמה עבור יישומי חזיונות תלת-ממדיים. זה יכול לשמש גם כדי לחקור כיצד נושאים שונים תופסים עומק. כדי להתחיל להרכיב את המצלמה לרובוט, תחילה, הרם את העדשה למצלמה ולאחר מכן את המצלמה ללוחית המתאם עם שלושה ברגי M2.
לאחר מכן, התקן את לוח ההרכבה המעגלי ללוח מתאם המצלמה עם ארבעה ברגי M4 בצד הנגדי של המצלמה. לאחר שכל המצלמות מותקנות על הרובוט, התבונן בשיקוף של ההרכבות המתקבלות. התקן את לוחית המתאם לפרק כף היד של הרובוט עם ארבעה ברגי M2.5.
עבור רובוט רכוב על שולחן, חבר את המצלמה השמאלית לזרוע הרובוט הימנית. חבר את כבלי ה- USB למצלמות ולמחשב אובונטו. בתצוגת המגע הרובוטית, לחץ על לחצן תפריט ובחר סטריאו 2 כדי להפעיל את יישום הרובוט.
במסך הראשי, לחץ על Go כדי להתחיל עבור 1, 100 מילימטרים ביישום הרובוט, והמתן לרובוט לעבור למצב ההתחלה. הסר את מכסה עדשת המגן מהמצלמות. מקם רשת כיול מודפסת במרחק של 1, 100 מילימטרים מחיישני המצלמה.
כדי לזהות נכון את הריבועים המתאימים, הנח אגוז בורג קטן או סמן איפשהו בכניסה לרשת. הפעל את יישום ההקלטה במחשב אובונטו כדי להפעיל את הממשק. ואז, להתאים את הצמצם ולהתמקד בעדשה עם הצמצם וטבעות המיקוד.
ביישום ההקלטה, בדוק את Crosshair כדי לדמיין את הכוונת. ביישום ההקלטה, ודא שהכוונת מתיישרת עם רשת הכיול באותו מיקום בשתי תמונות המצלמה. לאחר לחיצה על סמל גלגל השיניים ביישום הרובוט, מקם את המצלמות ביחס למטופל.
שנה את כיוון ה- X על-ידי הקשה על הפלוס או המינוס עבור מרחק היד מרובוט, וכיוון Z על-ידי הקשה על הפלוס או המינוס עבור Height כדי ללכוד את שדה הניתוח בתמונות. שנה את כיוון ה- Y על-ידי הזזה ידנית של הרובוט או המטופל. לאחר השהיית הניתוח והודעת אנשי OR על התחלת הניסוי, לחץ על הקלט ביישום ההקלטה ולאחר מכן לחץ על הפעל ניסוי ביישום הרובוט.
לאחר זמן מה, כאשר הניסוי יסתיים, בוצע יופיע בתצוגת המגע. לאחר מכן, הקש על הפסק הקלטה ביישום ההקלטה כדי להפסיק את ההקלטה. הודע לאנשי OR שהניסוי הסתיים וחידש את הניתוח.
להערכה, הציגו את הווידאו בתבנית תלת-ממדית עליונה עם מקרן תלת-ממדי פעיל. וידאו ההערכה הנכון עם תמונה ימנית הממוקמת בחלק העליון בתלת-ממד סטריאוסקופי מלמעלה למטה מוצג. רצף מוצלח צריך להיות חד, ממוקד וללא מסגרות תמונה לא מסונכרנות.
זרמי הווידאו הלא מסונכרנים יוצרים טשטוש. נקודת ההתכנסות צריכה להיות ממורכזת אופקית, ללא תלות בהפרדת המצלמה. עם הפרדה גדולה מאוד בין התמונות הימניות והשמאליות, המוח אינו יכול למזג את התמונות לתמונה תלת-ממדית אחת.
מספר סיבות יכולות לגרום לכישלון במיקום המרכזי של הלב, כגון המרחק מנקודת ההתכנסות ללב. לקבלת תצורה נכונה של מערכת קואורדינטות כלי המצלמה, ודא כי הכוונת ביישום ההקלטה מצביעה על אותו אובייקט, אובייקט הכיול נמצא במיקום המרכזי, ואת התבנית הנכונה של צבעים. סרטוני תלת-ממד עם מרחקים בסיסיים משתנים מאפשרים לנו ללמוד כיצד מידע מעמיק משפיע על ההבנה האנטומית בקרב הצוותים הרפואיים.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג שיטה רובוטית לאיסוף נתוני בדיקה במהלך ניתוח לב פתוח חי, תוך התמקדות בתצורת המצלמה האידיאלית לסרטוני סטריאו בתלת-ממד. השיטה שואפת לשפר את הערכת תפיסת העומק בסביבות כירורגיות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- מדעי המוח
- הנדסה ביו-רפואית
- טכניקות כירורגיות
רקע
- תפיסת עומק בסרטוני תלת-ממד מושפעת מגורמים שונים.
- תצורת המצלמה ממלאת תפקיד קריטי בבהירות הוויזואלית.
- הבנת תפיסת העומק יכולה לשפר את ההכשרה הכירורגית.
- גישות רובוטיות יכולות לייעל את איסוף הנתונים בחדרי ניתוח.
מטרת המחקר
- להערכת מיקומי המצלמה האידיאליים עבור יישומי ראייה בתלת-ממד.
- לבחינת האופן שבו נבדקים שונים תופסים עומק בהקשרים כירורגיים.
- לשיפור איכות ההדרכה וההשכלה באמצעות לכידת וידאו בתלת-ממד באיכות גבוהה.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- התקנת מצלמה רובוטית לאיסוף נתונים מהיר.
- הערכת המרחק בין המצלמות ונקודת ההתכנסות.
- בדיקה בתנאי חדר ניתוח שונים.
- איסוף נתונים במהלך ניתוחי לב פתוח בשידור חי.
תוצאות עיקריות
- ניתן להקליט סרטוני תלת-ממד באיכות גבוהה באופן יעיל.
- תצורות המצלמה משפיעות באופן משמעותי על תפיסת העומק.
- שיטות בדיקה מהירות מניבות נתונים מהימנים לניתוח.
- ההיכרות עם אובייקטים משפיעה על תוצאות תפיסת העומק.
מסקנות
- השיטה הרובוטית יעילה לבדיקת תצורת מצלמה.
- הבנת תפיסת העומק יכולה לשפר את ההכשרה הכירורגית.
- יישומים עתידיים עשויים להתרחב להליכים כירורגיים שונים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
שיטה זו מאפשרת הערכה מהירה וחזרתית של תצורות מצלמה להדמיה כירורגית בתלת-ממד, ובכך תומכת בשיפור תפיסת העומק בהכשרה רפואית. באמצעות מזעור ההפרעות בחדר הניתוח וסטנדרטיזציה של איסוף הנתונים, היא מגבירה את המהימנות של וידאו סטריאוסקופי למטרות חינוך כירורגי והערכת מכשירים. הגישה מענייה על אתגר מרכזי בתרגום היתרונות של הדמיית תלת-ממד לכלי הדרכה עקביים וניתנים להרחבה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר הערכה אובייקטיבית של נאמנות ויזואלית במודלים כירורגיים בתלת-ממד, ובכך תומך בבדיקת השערות הנוגעות להבנת האנטומיה המרחבית.
- ערך תפעולי: מספק לכידת נתונים סטנדרטית ורובוטית להפחתת השונות בהערכת מודלים ויזואליים בין מחקרים שונים.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- ערך מדעי: יצירת סטים של נתוני וידאו כמותיים במרחקי בסיס והתכנסות מוגדרים לצורך ניתוח השוואתי של איכות רינדור בתלת-ממד.
- ערך תפעולי: תמיכה בסריקה דמוית-בדיקה (assay) של הגדרות מצלמה באמצעות שלבי מיקום ניתנים לשחזור ונקודות התכנסות מבוקרות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מאפשר הערכה של רמת הריאליזם בסרטוני תלת-ממד (3D) במודלים של ניתוחי לב פתוח, ובכך מסייע בהערכה תרגומית (translational) של יעילות כלי ההדרכה.
- ערך תפעולי: מאפשר לצוותים רב-תחומיים לבצע השוואה (benchmarking) של מערכות ויזואליות באמצעות פלטי וידאו סטנדרטיים מהגדרות מצלמה מבוקרות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
שיטה זו משתלבת בתהליכי גילוי מוקדמים שבהם לנאמנות הוויזואלית של המודל יש השפעה על הפרשנות הביולוגית, במיוחד בהדרכות מבוססות-פרוצדורה ובמחקרים של אינטראקציה בין מכשיר לרקמה.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת השערות בנוגע לתפיסת עומק והבנה מרחבית במודלים של אימון כירורגי.
- סריקה: מאפשר הערכה מהירה וניתנת לשחזור של פרמטרי מצלמה לצורך זיהוי תצורות אופטימליות להקלטת וידאו בתלת-ממד.
- אנליטיקה: מייצר דגימות וידאו מסונכרנות בזמן במרחקי בסיס הדרגתיים לצורך השוואה כמותית של איכות סטריאוסקופית.
- מחקר תרגומי: מקשר בין בדיקת תצורת המצלמה לבין רמת הריאליזם של וידאו כירורגי המשמש באימון פרה-קליני ובהערכת מכשירים.
- שימוש חוזר ארגוני: מבסס פלטפורמה רובוטית הניתנת לשימוש חוזר לצורך תיקוף סטנדרטי של מערכות ויזואליות במגוון מודלים כירורגיים ותרחישי אימון.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: משפר את הביטחון בחיזוי של כלי אימון בתלת-ממד על ידי מתן אפשרות להערכה אובייקטיבית וחזרתית של הנאמנות הוויזואלית.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של מיקום המצלמה ולכידת הנתונים, ובכך מפחית את זמן ההגדרה ואת השונות בין מפעילים בסביבות של חדר ניתוח (OR).
- ערך אסטרטגי: תומך בקבלת החלטות מהירה יותר לגבי השקעות בוויזואליזציה בתלת-ממד על ידי הפחתת הסיכונים בביצועים הוויזואליים בשלב מוקדם של הפיתוח.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של טכנולוגיות אימון מותאם-סיכון, בהתבסס על תוצאיות מאומתות של איכות וידאו בתלת-ממד ותפיסת עומק.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במערכות רובוטיות, כיול מצלמות וסנכרון וידאו בתלת-ממד.
- נדרש זרוע רובוטית בעלת שתי זרועות, מצלמות סטריאו, סריג כיול ותוכנה להקלטה מסונכרנת.
- דורש תיאום עם צוות חדר הניתוח להפסקות מתוזמנות במהלך הניתוח לצורך לכידת דגימות וידאו.
- חייב להתחשב בשינויים באנטומיה של שדה הניתוח ובתאורה בפרוצדורות שונות.
- מוגבל להגדרות של ניתוחים פתוחים שבהם התקנת הרובוט וקו הראייה הם מעשיים.
