Sisteme de viziune pentru chirurgie minim invazivă SIMIC - Descărcare gratuită PDF
1 proiect comun BMBF Sisteme de viziune pentru chirurgia minim invazivă SIMIC ca parte a programului de finanțare a tehnologiei microsistemelor Raport final al Secției pentru chirurgie minim invazivă, Clinica chirurgicală Eberhard-Karls-Universität Tübingen
2 Cuprins 1 Sarcină Condiții preliminare în cadrul cărora a fost realizat proiectul Planificarea și procedura proiectului Stadiul tehnicii și tehnologiei înainte de începerea proiectului Starea chirurgiei minim invazive Iluminare pentru operații endoscopice Prezentare generală a operațiilor endoscopice Funcții de încălzire și clătire pentru endoscoape Literatură tehnică, servicii de informare și documentare Literatură Informații utilizate și servicii de documentare Cooperare cu alte organisme Rezultate Rezumatul pachetului de lucru 1 (WP 1): Proiectarea scenariilor de aplicare Mediul operativ endoscopic pentru sistemul de viziune optimizat Scopul unui sistem de vizualizare îmbunătățit Operațiuni endoscopice cu lentile rigide optice cu scenă Scenă de aplicare pentru noul sistem de viziune WP 2: studiu endoscopic 3-D Introducere Utilizarea în centrul de instruire pentru chirurgia minim invazivă Material și metode Rezultat Testare în exerciții standardizate Material și metode Rezultat Kli utilizare nică și experimentare pe animale Discuție AP.3: Proiectarea unui endoscop cu o privire de ansamblu asupra structurii generale Optică de detaliu Optică de detaliu alternativă: optică cu lentilă cu tijă
3 5.4.4 Optică alternativă detaliată: Optică cu unghi larg rigid cu cip CCD „schimbabil” Prezentare generală optică Examinare preliminară în configurare fantomă Examinare preliminară în experiment pe animale Realizare ca fibră de sticlă optică Realizare ca lentilă de tijă Trocar manșon Trocar liniile de alimentare cu mandrină Monitoare Compatibilitate Costuri AP 4: Crearea de structuri fantomă pentru studiul 3-D Configurare fantomă 2: cavitate abdominală artificială Configurare fantomă 3 pentru analiza temperaturii și umidității Configurare fantomă 4 pentru expunere de înaltă frecvență Configurare fantomă 5: Exerciții standardizate pentru studiul opticii umbrelor Configurarea fantomă 6 pentru clătirea opticii AP 5: Transmiterea informațiilor de ansamblu Cerințe pentru transmiterea informațiilor de ansamblu Test preliminar în laboratorul video Scenarii pentru transmiterea informațiilor de ansamblu Realizarea în utilizare experimentală și clinică WP 6: Rezoluția și analiza câmpului de vedere WP 7: Cercetare fundamentală. Sfârșit. Câmpuri de obiecte pentru iluminare adaptivă activă Introducere Re-ponderarea conținutului de lucru al acestui pachet de lucru Experimente de iluminare într-o structură fantomă Material Variante de iluminare Experimente de iluminare în experimente pe animale Structură Implementare experimentală Rezultat
5 Material și metode Discuție rezultat Experimente privind clătirea optică într-o configurație fantomă Introducere Material Implementare experimentală Rezultat Implementare experimentală Discuție rezultat AP 12/15 Testarea modelelor funcționale în experimente pe animale Ansambluri de iluminare în experimente pe animale Măsurarea condițiilor fizice pentru un capăt clar. Vizualizare în experimente pe animale Introducere Material și metode Discuție despre rezultate Abordare la o soluție pentru a obține o viziune clară Optică universală în experimente pe animale Material Implementare Rezultat Discuție Optică umbră 1 în experimente pe animale Material Implementare experimentală Evaluarea rezultatului WP 13: Specificații medicale vezi WP 14: Testarea modelelor funcționale în experimentele fantomă vezi WP 15: Testarea modelelor funcționale în experimentele pe animale vezi WP 16: Modele funcționale în utilizare clinică Utilizarea clinică a opticii umbrelor Operațiunea materialului în Spitalul Universitar din Tübingen
6 Evaluarea rezultatului Utilizarea clinică a opticii umbrelor Material Optica umbrelor Implementare Evaluarea rezultatului Utilizarea clinică a opticii generale Materialul Optica generală Implementarea utilizării clinice Rezultate Discuție WP 17: Programul de instruire și educație tehnică medicală Cerințe pentru un program de instruire chirurgicală și educație Tehnologie medicală. Program de instruire și educație pentru shadow optic AP 18: Investigație de bază a telecomunicațiilor Starea telecomunicațiilor în MIC Principii tehnice ale telecomunicațiilor Introducere Linii telefonice dedicate canalului S0 Canal transmisie prin satelit Criterii de calitate importante pentru comunicarea multimedia Recomandări pentru calitatea studioului Cerințe și opțiuni pentru o teleconferință Cerințe pentru o teleconferință Opțiuni pentru o teleconferință Compilarea costurilor pentru transmiterea datelor în lățime de bandă mare. Exemplare de aplicații de telecomunicații Telemanipulare pe EAES Congresul de la Trondheim Teleconsultare/teleconferință la academia de vară '97 din Kiel. Cablarea ATM-ului clinicii încrucișate în Clinica Universității din Tübingen. Potențialul de aplicare și utilitatea rezultatelor
7 7 Progresele făcute cunoscute în timpul proiectului SIMIC la alte organisme Soluții posibile alternative care nu au fost dezvoltate în rețea Sumar și perspectivă Publicații Contribuții de carte și reviste Germană Engleză Arabă Expoziții de poster Contribuții TV englezești în cadrul proiectului comun BMBF SIMIC Lectures în cadrul proiectului comun BMBF SIMIC Germană Engleză Alte prezentări
9 Fig. 29: Prezentare generală a sistemului optic Fig. 30: Limite ale cablării ATM terestre Fig. 31: Costul transmiterii prin satelit. 88 Figura 32: Comunicare implementată Figura 33: Instantanee în timpul teleconferinței. 90 Fig. 34: Prezentare generală a cablurilor ATM în zona MIC. 91 Lista tabelelor Tabelul 1: Costuri de achiziție pentru instrumente și dispozitive endoscopice. 34 Tabelul 2: Compararea culorilor organelor abdominale ale porcului deschis cu o paletă de culori Pantone sub iluminare chirurgicală. 37 Tabelul 3: Evaluarea opțiunilor de afișare pentru imagini detaliate și de ansamblu Tabelul 4: Rezultate de la 20 de persoane testate în 5 sarcini, fiecare dintre acestea fiind efectuată aleatoriu de 10 ori cu și fără umbre Tabelul 5: Setarea optimă a luminozității normale și a luminii suplimentare la distanțe diferite între obiectivul frontal și trocarul ușor Tabelul 6: Costuri de investiții și de transmisie pentru transmisia de date cu lățime de bandă mare
14 [14] Schurr MO, Bablich H, Wurster H, Melzer A, Roth K, Wiest FM, Buess G: Un nou sistem de curățare și vizualizare optică pentru chirurgia endoscopică, Terapia minim invazivă 3: (1994). [15] Scott-Conner CEH, Hall TJ, Anglin BL, Muakkassa FF, Pole GV, Thompson AR, Wilton PB Integrarea laparoscopiei într-o rezidență chirurgicală și implicații pentru mediul de formare. Surg Endosc; 8: (1994) [16] Speneer K Moduri, suporturi și metode: seareh pentru eficacitatea educațională. Br J Educ Technol; 22: (1991) [17] Herbert Schwind GmbH & Co. KG, Dispozitive optice Manual de operare TITMUS II-S: 15 [18] Strutz J Endoscopia 3D. ORL 41: (1993) [19] Zobel J Bazele viziunii endoscopice tridimensionale. End Surg 1: (1993) 4.6 Serviciile de informare și documentare utilizate au fost efectuate cercetări de literatură pe CD. S-a bazat pe următoarele CD-uri: AB/Inform Global, BA pe CD, CC Search (R) 7 Editions, GeoRef Disc, Mathsci Disc, Medline Express, MLA Bibliography, PAIS International, PsycLit, PSYNDEX plus, Sociofile și WISO-WAO. A existat, de asemenea, un schimb constant de informații prin vizite la congrese științifice, precum și la companii și institute de cercetare. 13
15 4.7 Cooperarea cu alte organisme Proiectul comun SIMIC a fost realizat de MICT cu următorii parteneri de proiect: Daimler Benz, Cercetare și tehnologie, F2M/T - 77, Ottobrunn Daum GmbH, Schwerin Dornier MedTech, Germering (coordonator) Endoscopic Devices Berlin (MGB) (subcontractant) de la MICT) Facilitatea Fraunhofer pentru aplicații optice Lemke GmbH, Groebenzell Am lucrat cu următorii parteneri în afara finanțării proiectului: MIC - Centrul de instruire (evaluarea sistemului video 3-D și optica umbră) Biroul clădirii universitare a Universității din Tübingen (instalarea rețelei ATM) Departamentul media ZIT-AV din Universitatea din Tübingen (ATM, CD-ROM multimedia) Tehnologia telefonică de la Universitatea din Tübingen (integrarea tehnologiei de teleconferință) Centrul de cercetare Karlsruhe IAI și HIT (Teleconferință Karlsruhe Trondheim) Tenor Bedrift AS (- -) Centrul de Chirurgie Laparoscopică Avansată, Spitalul Universitar din Trondheim (- -) Telekom Kiel (teleconferință între Kiel, Karlsruhe, Tübing ro și Strasbourg) Telekom Karlsruhe, Project Center Southwest (- -) IRCAD - EITS, Strasbourg (- -) 14
22 În cursul tehnicilor de suturare și înnodare (curs N&K) au fost evaluați următorii pași chirurgicali: Alinierea acului în direcția cusăturii Apucarea capătului firului Înfășurarea firului în jurul suportului acului Piercing precis și perforare Trecerea acului Sutură continuă Sutură cu șnur de pungă Introducerea unui sistem de drenaj T apoi a pus următoarele întrebări despre lucrul cu sistemul 3-D. Datorită intensității luminoase mai mici a endoscoapelor 3-D și a sistemelor de declanșare, luminozitatea imaginii este redusă. Întrebare: Care a fost impresia ta despre luminozitatea imaginii? Pentru a obține o imagine tridimensională, este necesar un dispozitiv cu cristale lichide, care este plasat pe monitor (obturator pentru monitor) sau în ochelari (ochelari cu obturator, vezi Figura 2) și se asigură că imaginea corespunzătoare este atribuită fiecărui ochi. Ochelarii cu obturator au fost utilizați anterior în centrul de antrenament în acest scop. În prezent nu există ochelari de declanșare care să poată fi reglați individual. Dezavantajele acestor ochelari sunt pierderea luminozității, greutate mare, inexactitatea potrivirii, afectarea vederii mediului operator și alunecarea ochelarilor. Imaginea 2: ochelari cu obturator 21
35 SVHS video recorder proiector de lumină generator de ultrasunete + 11 sonde CCD endocamera + lentilă laser endo chirurgie CO 2 dispozitiv pneumatic complet de înaltă frecvență pentru tăiere și coagulare instrumente TEM, inclusiv stereo optic coș video complet, inclusiv proiector de lumină și cameră fără înregistrator video LAP instrumente Site standard, inclusiv insuflator Lithognost colorant laser pentru fragmentarea pietrei Costuri de întreținere și funcționare anual Tabelul 1: Costuri de achiziție pentru instrumente și dispozitive endoscopice 3.100,00 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: Crearea ansamblurilor fantomă Prezentare generală a ansamblurilor fantomă Au fost implementate următoarele ansambluri fantomă: Ansamblu fantomă 1: Exerciții standardizate pentru studiul 3D. Pilon fantomă 2: cavitate abdominală artificială, cu culori și geometrie realiste. Configurare fantomă 3: cameră climatică pentru a simula diferite condiții de temperatură și umiditate ale gazului intraabdominal și ale opticii. Phantom set-up 4: Set-up pentru examinarea precipitațiilor particulelor de țesut ejectate pe endoscop în timpul utilizării endoscopice de înaltă frecvență. Configurare fantomă 5: Exerciții standardizate pentru studiul opticii umbrelor. 34
36 5.5.2 Configurare fantomă 1: exerciții standardizate pentru studiul 3D Pentru a obține date măsurabile și obiective, MICT a dezvoltat un curs cu 5 exerciții standardizate (vezi Fig. 8). Au fost clasificați în funcție de nivelul lor de dificultate și pe baza tehnicilor chirurgicale obișnuite, cum ar fi cusutul și apucarea. Au fost definite erorile de contact care au fost înregistrate obiectiv cu un contor electronic. Imaginea 8: Curs cu cinci exerciții standardizate. Endoscopul cu camera video atașată a fost instalat ferm într-un suport, astfel încât ghidajul camerei să nu aibă influență asupra rezultatului. Descrierea sarcinilor Sarcina 1: Această sarcină reprezintă poziționarea controlată a unui instrument. În această sarcină, o minge de spumă se află într-o adâncitură. Mingea de spumă trebuie îndepărtată și înlocuită fără a atinge baza metalică a locașului cu instrumentul. Sarcina 2: Această sarcină este destinată să faciliteze predarea vizată, de ex. B. simulează un ac. Un știft metalic trebuie să fie trecut printr-un spațiu, care este delimitat în față de tije, cu instrumentul potrivit și preluat cu instrumentul din stânga fără a atinge părțile metalice. 35
38 Fig. 10: Structura fantomă 2a cu organe inserate. Un model de trunchi cu organe fixe detașabile în piept și abdomen de la compania SOMSO (Coburg) a fost procurat ca corp de bază pentru bontul fantomă 2b. O incizie abdominală mare a fost făcută într-un experiment pe animale la porci. În lumina sala de operații, culorile diferitelor organe au fost apoi comparate cu cele ale unei palete de culori Pantone (3010 culori) (vezi Tabelul 2). Selecția culorilor a fost verificată în același mod în două operații în clinică. Organ prima măsurare () a doua măsurătoare () Culoare CCMYKECMYKE culoare de bază intestin subțire 176 vase CEE intestin subțire 1945 CEE culoare de bază intestin gros 4995 vase CEE intestin gros 195 CEE sau E ficat de culoare de bază 484 linii hepatice CEE 407 CEE culoare de bază splină E linii de splină 407 CEE grăsime mezenterică E 97 -9 Stomac E sau E Vase Stomach E Peritoneu 698 CEE 97-9 Vase Peritoneu 709 CEE Tabelul 2: Compararea culorilor organelor abdominale ale porcului deschis cu o paletă de culori Pantone sub iluminare chirurgicală Cu aceste specificații de culoare, organele abdominale ale bontului fantomă 2b au fost pictate nou și detaliate anatomic . 37
42 5.6.3 Scenarii pentru transmiterea informațiilor de ansamblu Următoarele opțiuni pentru prezentarea informațiilor de ansamblu au fost examinate și evaluate în conformitate cu 7 criterii (a se vedea tabelul 3). Tasta de evaluare: ++ foarte bună + bună o satisfăcătoare - proastă - setare foarte proastă 1 calitate detaliu imagine imagine ++ imagine imagine de ansamblu imagine ++ orientare + alocare instrument stânga/dreapta + efort o percepție imagine de ansamblu - setare cameră 2 calitate imagine imagine detaliu imagine + imagine de ansamblu imagine imagine o Instrument de atribuire stânga/dreapta + efort + imagine de ansamblu percepție + setare cameră 3 imagine de calitate detaliată a imaginii o imagine de ansamblu calitate imagine - orientare - Instrument de atribuire stânga/dreapta - efort - imagine de ansamblu percepție + setare cameră 4 imagine de calitate detaliată a imaginii ++ imagine de ansamblu a calității imaginii o orientare - atribuire la stânga/re instrument - efort o percepție imagine de ansamblu - cameră o
43 Setarea 5 Calitatea imaginii detaliu imaginea ++ Calitatea imaginii imagine de ansamblu ++ Orientare o Alocare instrument stânga/dreapta o Efort - percepție imagine de ansamblu imagine - cameră o Setare 6 Calitate imagine imagine detaliu + imagine imagine de ansamblu imagine + Orientare + alocare instrument stânga/dreapta + efort - percepție imagine de ansamblu + cameră o Setarea 7 Calitatea imaginii imagine detaliată ++ Calitatea imaginii imagine de ansamblu ++ Orientare - Alocare instrument stânga/dreapta + efort - Percepția imaginii de ansamblu o Cameră Tabel 3: Evaluarea opțiunilor de afișare pentru detalii și imagini de ansamblu. Pentru utilizarea clinică de rutină, setarea 6 pare a fi optimă, chiar și fără monitorul superior suplimentar. Realizarea în utilizarea experimentală și clinică În utilizarea clinică experimentală și științifică, am afișat toate cele trei imagini endoscopice pe 22 de monitoare video separate. Imaginea de vizualizare din stânga a putut fi văzută pe monitorul 1, imaginea de detaliu pe monitorul 2 și imaginea de vizualizare din dreapta pe monitorul 3. 42
44 Fig. 12: Detalii și imagine de ansamblu optică aranjate imagine în imagine într-o imagine generală cu un raport de aspect de 4: 3. Cele trei imagini obținute în uz clinic au fost suprapuse în laboratorul video (vezi Figura 12). Fuziunea celor două imagini de ansamblu într-o imagine de ansamblu generală adecvată nu a fost posibilă din cauza distorsiunilor optice și a rotației camerelor de imagine de ansamblu una împotriva celeilalte. Arborele opticii detaliate poate fi, de asemenea, văzut mai sus în imaginile de ansamblu. Imaginea detaliată este aranjată aici în așa fel încât să acopere această zonă neinteresantă din punct de vedere chirurgical. 5.7 WP 6: Rezoluția și analiza câmpului vizual Camerele video de diferite calități au fost utilizate clinic și în experimente pe animale. MICT a testat deja tehnic diferite camere și a măsurat în special rezoluția, fidelitatea culorilor și redarea contrastului. 43
70 Optică universală în experimente pe animale pe material Optică universală cu încălzire, 2 canale de insuflație, 2 canale de aspirație/irigare (vezi Fig. 16 și Fig. 26). MGB cu lampă de descărcare de gaz HTI de 400 W. Proiector de lumină Storz cu lampă cu descărcare de gaz. 30 laparoscop, MGB, 5 mm diametru exterior. Controler electronic PID cu pachet de alimentare în carcasă pentru reglarea încălzirii. Cameră endoscop cu 3 cipuri Lemke. Înregistrator video SVHS. 10 mm trocar. Figura 26: Implementarea universală a opticii Componentele de mai sus au fost utilizate laparoscopic la porci (aprox. 35 kg). În primul rând, a fost realizată o viziune de diagnostic detaliată completă cu și fără efecte de umbră, urmată de exerciții de apucare, încercări de ceață și sângerare și, în cele din urmă, o anastomoză a intestinului subțire de la cap la cap. 69
La congres, în cooperare cu centrul de cercetare, 88 MICT a reușit să demonstreze în mod eficient caracterul inovator al ARTEMIS utilizând sistemul de ghidare a endoscopului prin telecomunicații live între Karlsruhe și Trondheim. Figura 30: Limite ale cablării ATM terestre. Inițial, era planificată realizarea telemanipulării prin transfer bancomat. După examinarea tuturor posibilităților, a fost în cele din urmă clar că liniile ATM de la Karlsruhe prin Koln și Göteborg la Oslo erau posibile, dar că nu era posibilă nicio conexiune ATM de la Oslo la Trondheim (Fig. 30). 87