Системи зору для малоінвазивної хірургії SIMIC - PDF Безкоштовно завантажити

1 Спільний проект BMBF Системи зору для малоінвазивної хірургії SIMIC в рамках програми фінансування мікросистем Заключний звіт Секції з мінімально інвазивної хірургії Хірургічної клініки Eberhard-Karls-Universität Tübingen

2 Зміст 1 Завдання Передумови, за якими реалізовувався проект Планування та процедура проекту Сучасний рівень техніки та технологія до початку проекту Стан малоінвазивної хірургії Освітлення для ендоскопічних операцій Огляд ендоскопічних операцій Функції нагрівання та промивання ендоскопів Технічна література, інформація та послуги з документації Література Використана інформація та послуги з документації Співпраця з іншими органами Результати Короткий зміст робочого пакету 1 (WP 1): Розробка сценаріїв застосування Ендоскопічне операційне середовище для оптимізованої системи зору Мета вдосконаленої системи зору Ендоскопічні операції з жорсткою оптичною кришталиковою лінзою Сценарій застосування для нещодавно розробленої системи зору WP 2: Ендоскопічне 3-D дослідження Вступ Використання в навчальному центрі для малоінвазивної хірургії Матеріал та методи Результат Тестування у стандартизованих вправах Матеріал та методи Результат Kli нічне використання та експерименти на тваринах Обговорення AP.3: Дизайн ендоскопа з оглядом загальної конструкції Детальна оптика Альтернативна детальна оптика: Оптика кутових лінзових лінз

5 5.4.4 Альтернативна детальна оптика: Жорстка ширококутна оптика з «зрушуваним» чіпом CCD Огляд оптики Попередній огляд у фантомній установці Попередній огляд в експерименті на тваринах Реалізація в якості оптики зі скловолокном Реалізація в якості оптичної лінзи троакару Втулка троакара Оправка лінійки троакара Монітори Сумісність Витрати AP 4: Створення фантомних конструкцій Огляд фантомних конструкцій Фантомна структура 1 для 3-D дослідження Phantom setup 2: Штучна черевна порожнина Phantom setup 3 для аналізу температури та вологості Phantom setup 4 для високочастотного впливу Phantom setup 5: Стандартизовані вправи для дослідження тіньової оптики Phantom setup 6 для промивання оптики AP 5: Передача оглядової інформації Вимоги до передачі оглядової інформації Попереднє випробування у відеолабораторії Сценарії передачі оглядової інформації Реалізація в експериментальному та клінічному застосуванні WP 6: Роздільна здатність та аналіз поля зору WP 7: Фундаментальні дослідження. кінець. Поля об’єктів для активного адаптивного освітлення Вступ Переосмислення змісту роботи цього робочого пакету Експерименти з освітлення у фантомній структурі Матеріали Варіанти освітлення Експерименти з освітлення в експериментах на тваринах Структура Експериментальна реалізація Результат

5 Матеріал та методи Обговорення результатів Експерименти з оптичного змиву у фантомній установці Вступ Матеріал Експериментальне впровадження Результат Експериментальне впровадження Результат обговорення AP 12/15 Тестування функціональних моделей в експериментах на тваринах Освітлювальні вузли в експериментах на тваринах Вимірювання фізичних умов для чіткого завершення. Погляд в експериментах на тваринах Вступ Матеріал та методи Обговорення результатів Підхід до рішення для досягнення чіткого уявлення Універсальна оптика в експериментах на тваринах Впровадження результатів Обговорення Тіньова оптика 1 в експериментах на тваринах Матеріал Експериментальне впровадження Оцінка результатів WP 13: Медична специфікація див. WP 14: Тестування функціональних моделей у фантомних експериментах див. WP 15: Тестування функціональних моделей в експериментах на тваринах див. WP 16: Функціональні моделі в клінічному застосуванні Клінічне використання тіньової оптики Робота з матеріалами в університетській лікарні Тюбінгена

6 Оцінка результатів Клінічне використання тіньової оптики Матеріал Тіньова оптика Впровадження Оцінка результатів Клінічне використання оглядової оптики Матеріал Оглядова оптика Впровадження клінічного використання Результат Обговорення WP 17: Медична підготовка та освітня програма Вимоги до хірургічної навчальної та освітньої програми Медична технологія. Навчальна та освітня програма для тіньової оптики AP 18: Основне дослідження стану телекомунікацій Стан телекомунікацій у MIC Технічні принципи телекомунікацій Вступ B-канал S0-канал виділених телефонних ліній Супутникова передача Важливі критерії якості для мультимедійного зв'язку Рекомендації щодо якості студії Вимоги та варіанти телеконференції Вимоги до телеконференції Варіанти телеконференції Складання витрат на передачу даних з великою пропускною здатністю Зразкові телекомунікаційні програми Телеманіпуляція на EAES Конгрес у Тронхеймі Телеконсультація/телеконференція в літній академії '97 у Кільі. Міжклінічне підключення банкоматів в Університетській клініці Тюбінгена. Потенціал застосування та зручність використання результатів

7 7 Прогрес, досягнутий під час проекту SIMIC в інших органах Альтернативні можливі рішення, які не були розроблені в мережі Зміст та перспективи Публікації Вклади книг та журналів Німецький Англійський Арабський Виставки плакатів Англійські телевізійні внески в рамках спільного проекту BMBF SIMIC Лекції в рамках спільного проекту BMBF SIMIC Німецька англійська Інші презентації

9 Рис. 29: Огляд оптичної системи Рис. 30: Межі наземних кабелів ATM Рис. 31: Вартість супутникової передачі. 88 Рисунок 32: Впроваджене спілкування Рисунок 33: Знімки під час телеконференції. 90 Рис. 34: Огляд кабелів банкоматів у зоні MIC. 91 Список таблиць Таблиця 1: Витрати на закупівлю ендоскопічних інструментів та приладів. 34 Таблиця 2: Порівняння кольорів органів черевної порожнини відкритої свині з палітрою кольорів Pantone при хірургічному освітленні. 37 Таблиця 3: Оцінка параметрів відображення детальних та оглядових зображень Таблиця 4: Результати 20 випробуваних у 5 завданнях, кожне з яких було виконано хаотично 10 разів з тінями та без них Таблиця 5: Суб’єктивно оптимально встановлена яскравість нормального та додаткового освітлення на різній відстані між передньою лінзою та легким троакаром Таблиця 6: Витрати на інвестиції та передачу для передачі даних з великою пропускною здатністю

14 [14] Schurr MO, Bablich H, Wurster H, Melzer A, Roth K, Wiest FM, Buess G: Нова система очищення та візуалізації зору для ендоскопічної хірургії, Мінімально Інвазивна Терапія 3: (1994). [15] Scott-Conner CEH, Hall TJ, Anglin BL, Muakkassa FF, Pole GV, Thompson AR, Wilton PB. Інтеграція лапароскопії в хірургічну ординатуру та наслідки для навчального середовища. Surg Endosc; 8: (1994) [16] Speneer K Режими, засоби масової інформації та методи: питання щодо ефективності освіти. Br J Educ Technol; 22: (1991) [17] Herbert Schwind GmbH & Co. KG, Посібник з експлуатації оптичних пристроїв TITMUS II-S: 15 [18] Strutz J Ендоскопія 3D. ЛОР 41: (1993) [19] Zobel J Основи тривимірного ендоскопічного зору. End Surg 1: (1993) 4.6 Проведено інформаційні та документаційні служби, що використовували дослідження літератури на основі компакт-дисків. Він базувався на таких компакт-дисках: AB/Inform Global, BA on CD, CC Search (R) 7 Editions, GeoRef Disc, Mathsci Disc, Medline Express, MLA Bibliography, PAIS International, PsycLit, PSYNDEX plus, Sociofile та WISO-WAO. Також здійснювався постійний обмін інформацією через відвідування наукових конгресів, а також компаній та дослідницьких інститутів. 13

4.7 Співпраця з іншими органами Спільний проект SIMIC був здійснений MICT із такими партнерами по проекту: Daimler Benz, Research and Technology, F2M/T - 77, Ottobrunn Daum GmbH, Schwerin Dornier MedTech, Germering (координатор) Endoscopic Devices Berlin (MGB) (субпідрядник від MICT) Fraunhofer Facility for Applied Optics Lemke GmbH, Groebenzell Ми працювали з наступними партнерами поза фінансуванням проекту: MIC - Навчальний центр (оцінка тривимірної відеосистеми та тіньова оптика) Будівля університету в Тюбінгенському університеті (інсталяція мережі банкоматів) Департамент ЗМІ ZIT-AV Університет Тюбінгена (банкомат, мультимедійний компакт-диск) Телефонна технологія Тюбінгенського університету (інтеграція технології телеконференцій) Дослідницький центр Карлсруе IAI та HIT (Телеконференція Карлсруе Тронхейм) Тенора Бедріфта А.С. Telekom Kiel (телеконференція між Кіль, Карлсруе, Тюбінг en and Strasbourg) Telekom Karlsruhe, Project Center Southwest (- -) IRCAD - EITS, Страсбург (- -) 14

22 На курсі для накладання швів та вузлів (курс N&K) були оцінені такі хірургічні етапи: Вирівнювання голки в напрямку зшивання Вхоплення кінця нитки Закручування нитки навколо голкотримача Точне проколювання та проколювання Проведення голки Безперервний шов Шов з гаманцем Введення системи Т-дренажу потім задав наступні запитання щодо роботи з тривимірною системою. Через нижчу інтенсивність світла тривимірних ендоскопів та систем затвору яскравість зображення зменшується. Запитання: Яким було ваше враження від яскравості зображення? Для отримання тривимірного зображення необхідний рідкокристалічний пристрій, який розміщується на моніторі (затвор монітора) або в окулярах (окуляри затвора, див. Малюнок 2) і забезпечує присвоєння відповідного зображення кожному оку. Раніше для цього в навчальному центрі використовували жалюзі. На даний момент немає окулярів, які можна регулювати індивідуально. Недоліками цих окулярів є втрата яскравості, велика вага, неточність прилягання, погіршення зору робочого середовища та ковзання окулярів. Зображення 2: окуляри затвора 21

35 SVHS відеореєстратор світловий проектор ультразвуковий генератор + 11 зондів ПЗС ендокамера + лінза лазерна ендохірургія CO 2 пневматичний комплектний високочастотний пристрій для різання та коагуляції інструментів TEM, включаючи стерео оптику, відеокошик у комплекті, включаючи світловий проектор та камеру без відеореєстратора LAP інструменти Стандартне сито, включаючи інсуффлятор Фарбувальний лазер Lithognost для дроблення каменів Щорічно Витрати на обслуговування та експлуатацію Таблиця 1: Витрати на закупівлю ендоскопічних інструментів та приладів 3100,00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM, 00 DM 5.5 WP 4: Створення фантомних збірок Огляд фантомних збірок Були реалізовані наступні фантомні збірки: Фантомний збір 1: Стандартизовані вправи для тривимірного дослідження. Фантомний абатмент 2: Штучна черевна порожнина з реалістичним кольором та геометрією. Phantom setup 3: кліматична камера для імітації різних температурних та вологісних умов внутрішньочеревного газу та оптики. Фантомна установка 4: Установка для дослідження осаду викинутих частинок тканини на ендоскопі під час ендоскопічного високочастотного застосування. Phantom setup 5: стандартизовані вправи для дослідження тіньової оптики. 34

36 5.5.2 Фантомна установка 1: Стандартизовані вправи для тривимірного дослідження Для того, щоб отримати вимірювані та об’єктивні дані, MICT розробив курс із 5 стандартизованих вправ (див. Малюнок 8). Їх оцінювали за рівнем складності та моделювали на загальних хірургічних техніках, таких як шиття та хапання. Визначено контактні помилки, які об’єктивно фіксували за допомогою електронного лічильника. Зображення 8: Курс із п’ятьма стандартизованими вправами. Ендоскоп із прикріпленою відеокамерою був міцно встановлений у тримачі, так що наведення камери не впливає на результат. Опис завдань Завдання 1: Це завдання означає контрольоване позиціонування приладу. Для цього завдання поролонова кулька лежить у поглибленні. Поролонову кульку слід зняти і повернути назад, не торкаючись інструменту металевої основи поглиблення. Завдання 2: Це завдання полягає у забезпеченні цільової передачі z. Б. змоделювати голку. Металевий штифт повинен бути пропущений через простір, який обмежений спереду стрижнями, за допомогою правого інструменту і зайнятий лівим інструментом, не торкаючись металевих деталей. 35

38 Рис. 10: Фантомна структура 2a із вставленими органами. Модель тулуба зі знімними твердими органами в грудях і животі від компанії SOMSO (Кобург) була закуплена в якості основного корпусу для фантомного абатмента 2b. В експерименті на тваринах на свинях був зроблений великий розріз живота. Потім у світлі операційного театру кольори різних органів порівнювали з кольорами палітри кольорів Pantone (3010 кольорів) (див. Таблицю 2). Вибір кольору перевіряли однаково під час двох операцій в клініці. Орган 1-е вимірювання () 2-е вимірювання () Колір CCMYKECMYKE основний колір тонкий кишечник 176 CEE судини тонкий кишечник 1945 CEE основний колір товста кишка 4995 CEE судини товста кишка 195 CEE або E основний колір печінки 484 CEE лінії печінки 407 CEE основний колір селезінки E лінії селезінки 407 CEE брижі жир E 97 -9 Шлунок E або E Судини Шлунок E Перитонеум 698 CEE 97-9 Судини Peritoneum 709 CEE Таблиця 2: Порівняння кольорів органів черевної порожнини відкритої свині з кольоровою палітрою Pantone під хірургічним освітленням. . 37

5.6.3 Сценарії передачі оглядової інформації Наступні варіанти подання оглядової інформації були вивчені та оцінені відповідно до 7 критеріїв (див. Таблицю 3). Ключ оцінки: ++ дуже добре + добре o задовільно - погано - дуже погано налаштування 1 якість зображення детальне зображення ++ огляд якості зображення зображення ++ орієнтація + призначення лівий/правий інструмент + зусилля o огляд сприйняття зображення - настройка кімнати 2 якість зображення детальне зображення + огляд якості зображення огляд + орієнтація o Призначення інструмента ліворуч/праворуч + зусилля + зображення огляду сприйняття + налаштування приміщення 3 Якість зображення зображення детально o Огляд зображення зображення огляду - орієнтація - Призначення інструмента ліворуч/праворуч - зусилля - зображення огляду сприйняття + налаштування приміщення 4 Якість зображення деталі зображення ++ Огляд зображення зображення орієнтація - призначення ліворуч/повторний інструмент - зусилля o огляд сприйняття зображення - кімната o

43 Налаштування 5 Детальне зображення якості зображення ++ Огляд зображення зображення ++ Орієнтація o Розподіл лівого/правого інструменту o Зусилля - зображення огляду сприйняття - кімната o Налаштування 6 Якість зображення деталізоване зображення + Огляд якості зображення зображення ++ Орієнтація + розподіл лівий/правий інструмент + зусилля - огляд зображення сприйняття + кімната o Налаштування 7 Детальне зображення якості зображення ++ Огляд зображення зображення ++ Орієнтація - Розподіл лівого/правого інструменту + зусилля - Сприйняття оглядового зображення o Кімната Таблиця 3: Оцінка параметрів відображення деталей та оглядових зображень. Налаштування 6 видається оптимальним для рутинного клінічного використання, можливо навіть без додаткового верхнього монітора. Ліве оглядове зображення можна побачити на моніторі 1, детальне зображення на моніторі 2 і праве оглядове зображення на моніторі 3. 42

44 Рис. 12: Детальна та оглядова оптика розташовує картинку в картинці в загальній картинці із співвідношенням сторін 4: 3. Три зображення, отримані в клінічному застосуванні, були накладені у відеолабораторію (див. Малюнок 12). Злиття двох оглядових зображень у відповідне загальне оглядове зображення було неможливим через оптичні спотворення та обертання оглядових камер одна проти одної. Вал детальної оптики також можна побачити вище на оглядових зображеннях. Детальне зображення розташоване тут таким чином, що воно охоплює цю хірургічно нецікаву область. 5.7 WP 6: Роздільна здатність та аналіз поля зору Відеокамери різної якості використовувались клінічно та в експериментах на тваринах. MICT вже технічно протестував різні камери і виміряв, зокрема, роздільну здатність, точність передачі кольорів та передачу контрасту. 43

70 Універсальна оптика в експериментах на тваринах на матеріалі Універсальна оптика з нагріванням, 2 інсуфляційні канали, 2 всмоктувальні/зрошувальні канали (див. Рис. 16 та рис. 26). MGB з газорозрядною лампою HTI потужністю 400 Вт. Проектор світла Storz з газорозрядною лампою. 30 лапароскоп, MGB, зовнішній діаметр 5 мм. Електронний ПІД-регулятор з блоком живлення в корпусі для регулювання опалення. Камера ендоскопа Lemke з 3 чіпами. Відеореєстратор SVHS. 10 мм троакар. 26: Впровадження універсальної оптики Наведені вище компоненти були використані лапароскопічно на свинях (приблизно 35 кг). Перш за все, був проведений детальний діагностичний комплексний огляд з ефектом тіні та без нього, потім вправи на схоплення, спроби запотівання та кровотечі та, нарешті, наскрізний анастомоз тонкої кишки. 69

На конгресі, у співпраці з дослідницьким центром, 88 MICT змогла ефективно продемонструвати інноваційний характер ARTEMIS, використовуючи систему наведення ендоскопів через пряму телекомунікацію між Карлсруе та Тронхеймом. Малюнок 30: Межі наземних кабелів банкоматів. Початковим планом було впровадження телеманіпуляції за допомогою передачі через банкомат. Вивчивши всі можливості, нарешті стало зрозуміло, що лінії банкоматів від Карлсруе через Кельн та Гетеборг до Осло можливі, але неможливе з'єднання банкоматів з Осло до Тронхейму (рис. 30). 87