530732

Кафедра эндоскопии, общей и эндоскопической хирургии КГМА

Эндовидеосистемы

Пластические и косметические операции

Ринопластика Реконструктивные операции лица Реконструкция уха

Пластические и косметические операции

Пластика молочных желез

Пластические и косметические операции

Пластика живота

Эндовидеосистема – взаимосвязанный комплекс, поэтому качество изображения зависит от работы всех его компонентов.

Эндовидеокамера

Видеокамера – одна из важнейших составляющих эндовидеосистемы. Предназначена для вывода на экран цветного изображения операционного поля от различных эндоскопических аппаратов – лапароскопов, цистоуретроскопов, ректоскопов, гистероскопов, гибких эндоскопов при проведении хирургических операций и диагностических манипуляциях.

Хирург, лишенный непосредственного визуального и тактильного контакта с оперируемым органом, принимает множество самых ответственных решений только на основе видеоизображений. От качества формирования эндовидеокамерой изображения на экране монитора в определяющей степени зависит успех эндохирургической операции.

Разработка и миниатюризация систем передачи видеосигнала, используемых в видеоскопической хирургии, позволили выполнять сложные эндоскопические хирургические операции. Миниатюрные видеокамеры должны обеспечивать хирурга оптимальным видом операционного поля.

Филипп Боссини, 1806



Первым изобрел инструмент, позволяющий осматривать внутренние органы человека

LICHTLEITER

Ханс Кристиан Якобеус



Профессор медицины стокгольмского университета опубликовал в 1910 г. отчет о 17 лапароскопиях при асците и 2 торакоскопиях при экссудативном плеврите

Курт Земм

Филипп Муре



Французский хирург и гинеколог из Лиона в 1987г. первым выполнил лапароскопическую холецистэктомию у человека

Вся хирургическая бригада теперь в состоянии следовать за процедурой и участвовать активно.

Монитор

На мониторе полученное изображение является полностью идентичным с передаваемым и изменяется в соответствии с переключением увеличения. Высококачественное изображение на мониторе позволяет произвести тщательный осмотр тканевых структур, оценить изменения их цвета и формы, возникающие при патологических процессах.

Система видеокамеры

Состоит из головки камеры с присоединенным кабелем и блоком управления.

Эндовидеокамера

ТВ-стандарт PAL

Первым шагом на пути развития телевидения высокой четкости в России стал канал «НТВ-Плюс Спорт». Трансляция инаугурации Президента осуществлялась как в обычном телевизионном стандарте, так и в стандарте телевидения высокой четкости HD. HD стандарт позволяет передавать наибольшую точность изображения и наиболее качественный звук.

Видео высокого разрешения в эндоскопической хирургии

HD- эндоскопическая камера

Появление минимально-инвазивных методик открыло новую технологическую эру в хирургии, предъявляющую особые требования к качеству оснащенности эндовидеооперационной. Аналоговые видеокамеры заменяются камерами с цифровой обработкой видеосигнала.

SDTV Соотношение сторон 4:3

Неиспользуемое поле эндоскопа Используемое поле

HDTV Соотношение сторон 16:9

В хирургии используется HDVвидеостандарт высокого разрешения.

Потеря информации от эндоскопа: По вертикали: По горизонтали:

32,7% 25,3% 7,4%

Мониторы

Жидкокристаллические видеомониторы OEV 191/191H Olympus совместимый с форматом HDTV ЖК экран 19 дюймов по диагонали с разрешением 1280х1024 пикселей

Форматы изображения Full HD и HD Ready

Новые системы имеют цифровые выходные видеосигналы. Когда эти системы подключены к цифровым мониторам и регистрирующим устройствам, существует преимущество передачи видеосигнала без потерь. В настоящее время все ЖК мониторы могут использовать телевизионную технологию передачи цифрового сигнала.

Цифровые системы предлагают множество возможностей обработки изображений, которые улучшают качество изображения путем лучшей цветопередачи и усиление контуров изображения. Кроме того, они позволяют передавать редактировать и хранить визуальную информацию без потерь.

Форматы изображения Full HD и HD Ready

Система видеокамеры по существу разработана, чтобы служить одной цели, то есть, преобразовать изображение от эндоскопа в максимально возможный качественный видеосигнал.

Если на широкий формат проецировать изображение PAL, то оно будет размытым, так как объем информации остался прежним, а размер экрана увеличился.

Благодаря цифровой технике новые видеокамеры могут давать реалистичное изображение высокого разрешения (HDV), обеспечивая яркие четкие картинки, улучшенную визуализацию капилляров и других структур слизистой.

Обработка изображения высокого разрешения позволяет дать картинку с хорошей общей яркостью, контрастностью и точной цветопередачей. Эти достижения улучшают точность визуального восприятия операционного поля и безопасность хирургических операций. Технологические достижения означают, что теперь возможно получить превосходное качество изображения, даже когда операционные условия являются трудными (кровотечение, неотложные состояния). Поэтому использование высококачественных видеокамер нужно счесть существенным требованием безопасности, так же как и средством обеспечения оптимального визуального комфорта для хирурга.

При просмотре фильма на экране с Blu-ray и HD DVD будет несравненно четче и детальнее, чем с DVD-Video.

HD позволяет выводить «картинку» на очень большие экраны без эффекта «замыливания», как это бывает с DVD.

Системный видеоцентр CV-180

Блок управления камерой получает сигнал от головки камеры и преобразует изображение так, чтобы его можно было послать как видеосигнал в монитор.

Головка камеры

Головка камеры присоединена к эндоскопу и отвечает за захват изображения, передаваемого по эндоскопу, и преобразование его в электрический сигнал. Современные головки камеры имеют размер не более кисти хирурга и легкий вес для легкого манипулирования.

Головка камеры

Конструкция головки камеры включает следующие важные компоненты: -полупроводниковая светочувствительная матрица (ПЗС, ПСМ, CCD Charge-Coupled-Device); -линза; -механизм соединения с эндоскопом; - водостойкий корпус и встроенный кабель.

Функция матрицы

Определяющей для забора и передачи изображения является ПСМ полупроводниковая светочувствительная матрица.

Функция матрицы

Это – полупроводниковая микросхема, имеющая сетчатую структуру и составленная из световоспринимающих элементов (фотосайтов).

Функция матрицы

Когда серия световых квантов попадает на поверхность фотосайта, генерируется электронный сигнал, который пропорционален интенсивности светового потока.

Функция матрицы

Каждый из фотосайтов генерирует сигнал для отдельного элемента изображения - пиксела - наименьшая единица изображения. Вместе сигналы от всех фотосайтов создают совокупную элементов изображения, которые создают общее изображение на экране.

Функция матрицы

Функция матрицы

Чем больше число элементов изображения, тем лучше качество, тем детальнее будет изображение.

В настоящее время ПСМ предлагают разрешающую способность в пределах от 480 x 320 =153 600 до нескольких миллионов элементов изображения для самых мощных моделей. Не все эти ПСМ адаптируются к хирургическим видеокамерам. Обычная разрешающая способность лучших хирургических фотокамер приблизительно 450 000 элементов изображения.

Функция матрицы

В мире есть только несколько изготовителей ПСМ. Все изготовители используют ту же самую ПСМ, но разрабатывают свою собственную электронную систему обработки сигналов, которая представляет собой главную потребительскую добавочную стоимость видеокамер.

Кодирование видеосигнала: информация от каждого элемента изображения преобразуется аналоговоцифровым преобразователем в двоичный код (0 или 1).

Обычно имеется восемь цифровых двоичных кодов (8 битов) на элемент изображения, допускающих 256 различных значений (28). Поскольку каждый элемент изображения цвета воспроизводится на экране композицией трех основных цветов (красный, зеленый и синий), можно создать до 16 777 216 различных цветов (256 x 256 x 256).

Прежде, чем изображение от эндоскопа достигает ПСМ, оно фокусируется линзой, размещенной перед ПСМ. Фокусирующее кольцо позволяет хирургу вносить изменения в расстояние между линзой и ПСМ так, чтобы фокус наблюдаемого предмета мог быть сохранен точно. У самых новых систем есть механизм автофокусировки, который управляет линзой в ответ на изменения в наблюдаемом изображении.

Микролинзы матрицы

Чтобы избежать потерь между элементами матрицы, на каждом из них установлены микролинзы, чтобы сконцентрировать все фотоны на фоточувствительных ячейках. Это улучшает чувствительность камеры к свету.

Поскольку в электронной аппаратуре были сделаны большие достижения, формирователи изображения уменьшились в размере. Первоначально, ПСМ были 2/3 дюйма (8.8 x 6.6 мм), затем уменьшились до 1/2 дюйма (6.4 x 4.8 мм), а затем до 1/3 дюйма (4.8 x 3.6 мм) или 1/4 дюйма (3.2 x 2.4 мм).

Первые видеокамеры использовали только одну ПСМ (цифроаналоговые моно-ПСМ, «одночиповые»), объединенную с мозаичным светофильтром для трех основных цветов. Каждая ячейка отвечает за один цвет, а общая цветная картинка создается их сложением в процессоре. Чтобы сгенерировать сигнал для одного элемента изображения, такие системы требуют 4 фотосайтов.

Все новые видеокамеры используют трехчиповую систему с 3 микросхемами (аналоговыми или цифровыми).

Принцип основан на разделении естественного светового луча оптической призмой три основных цветовые составляющие, направляющиеся каждая к отдельному преобразователю ПСМ; каждый преобразователь воспринимает один из основных цветов. При получении цветовой информации практически не происходит ее потери.

Преобразователи ПСМ

За счет этой технологии трехчиповая камера обладает в 3 раза большей разрешающей способностью, чем одночиповая, и, соответственно, конечного изображения. Однако, цена ее увеличивается в два-три раза.

Механизм соединения с эндоскопом

Головка камеры должна быть надежно присоединена к эндоскопу, чтобы гарантировать точную передачу изображения. Окуляр большинства эндоскопов является стандартным, но устройства соединения у каждого изготовителя могут быть различными. Устройство соединения держит объектив камеры на установленном расстоянии от окуляра эндоскопа. Изготовители конструируют свои камеры в точном согласовании их эндоскопами; по этой причине смешивание различных систем может иногда приводить к потере качества изображения. Выбирая видеосистему, хирург должен рассмотреть всю цепь передачи изображения, которую он будет использовать.

Кабель видеокамеры

Входной сигнал видеокамеры Камера связана с блоком управления через экранированный кабель. У каждого изготовителя есть уникальная многоштырьковая колодка, обычно размещаемая на передней стороне блока управления камерой, с которой соединяется этот кабель. Штепсель камеры снабжен водонепроницаемой крышкой, чтобы предотвратить проникновение воды в электрические контакты во время процесса очистки. Выходной видеосигнал Соединения для телевизионного монитора расположены обычно сзади блока управления камерой. Поскольку есть множество отраслевых стандартов для передачи видеосигнала, изготовители предоставляют набор возможных соединений сзади блока управления камерой.

Проблемы изображения Главные проблемы, которые могут произойти при использовании камеры, обычно связаны с соединениями. Хирургическая операция не должна начинаться, пока не будет получено совершенное качество изображения. Нет изображения или помехи Камера не подключена или не включена, неточное или слабое соединение, дефект кабеля, источник света не подключен к эндоскопу, монитор не подключен.

Проблемы изображения

Главные проблемы, которые могут произойти при использовании камеры, обычно связаны с соединениями. Хирургическая операция не должна начинаться, пока не будет получено совершенное качество изображения.

Проблемы изображения

Нет изображения или помехи Камера не подключена или не включена, неточное или слабое соединение, дефект кабеля, источник света не подключен к эндоскопу, монитор не подключен.

Изображение слишком темное может быть связано с дефектом эндоскопа или источника света, дефектом в кабеле или частичным нарушением передачи сигнала яркости через кабель. Кровь очень эффективно поглощает свет, таким образом, заполненное кровью операционное поле будет всегда казаться темным.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Установки. Эндоскопические видеокамеры удобны, поскольку все функции автоматизированны. Балланс белого. Единственная установка, которая должна быть сделана на большинстве камер. Баланс белого – фундаментальная настройка, которая позволяет настраивать цвета изображения под различные условия освещения, так как камеры могут использоваться с различными источниками света. В общем случае имеет место автоматическая настройка, по умолчанию, которая будет анализировать сцену, чтобы сместить кривую и правильно отобразить истинные цвета. Если результат неудовлетворителен, то надо установить параметр вручную.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Балланс белого. Прежде, чем начать операцию, важно установить белый цвет камеры по фактическому белому цвету при прогретом и подключенном источнике света.

Проблемы изображения

Заметная колориметрическая проблема Если баланс белого правильно не отрегулирован, или если он отрегулирован прежде, чем была достигнута рабочая температура источника света, изображение будет иметь хроматические погрешности (например, будет слишком зеленым или слишком красным).

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Чувствительность к свету (минимальный уровень освещенности). Этот параметр, выражаемый в люксах, определяет показывает интенсивность светового потока, необходимую для отображения объекта. Чем ниже показатель, тем в меньшем свете будет нуждаться камера. Идеально, чувствительность должна быть меньше 1,5 Люкс. Лучшие видеокамеры могут видеть при менее чем 1 Люкс.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения Чувствительность к свету Этот показатель важен для адекватной оценки интраоперационных состояний, так как чувствительность матрицы меньше, чем у сетчатки глаза. Трехчиповые видеокамеры в силу конструктивных особенностей имеют более высокую чувствительность – на уровне 1-2 люкса.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Скорость срабатывания электронной диафрагмы показывает, насколько быстро компьютерный микропроцессор видеокамеры реагирует на изменяющиеся условия освещенности объекта. Для оптимизации работы хирурга освещенность объектов с разных расстояний должна быть одинаковой.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения Скорость срабатывания электронной диафрагмы

Главным образом, это связано с осевыми перемещениями эндоскопа в брюшной полости – орган на расстоянии 2-3 см от объектива лапароскопа (рабочее расстояние) освещен в 30-50 раз лучше, чем на расстоянии 12-15 см (расстояние от троакара до органа). Эта дистанция преодолевается хирургом за секунду и видеокамера должна адекватно подстраиваться к стремительно меняющимся условиям освещенности.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Измерение потока света на всем изображении выявляет значительную разницу в освещенности в его разных частях . При наличии функции SPOT («пятно») – оценка уровня освещенности осуществляется не по всей площади изображения, а лишь по наиболее важной для хирурга области – центральной.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Соотношение сигнал-шум- уровень отношения шума к полезному сигналу. Этот показатель, определяемый в децибелах (дБ), прямо связан с усилением и обработкой видеосигнала камерой. Чем выше показатель, тем меньше риск интерференционного "шума", и поэтому тем более чистым будет сигнал, давая устойчивое конечное изображение. Если сигнал слабый, то его заглушит фоновый шум. Это соотношение не должно быть ниже 50 дБ.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Функция масштабирования

Оптическое увеличение. Характеризуется способностью камеры "приближать" удаленные объекты. Оптическое увеличение на порядок более важный параметр по сравнению с цифровым увеличением - объектив с высоким качеством "увеличивает" изображение и только после этого оно записывается камерой.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

2Х

Цифровое масштабирование не адекватно оптическому - перемещение линз аппарата. Оно достигается физическим увеличением элементов изображения в сочетании с обрезанием изображения. В результате разрешение и четкость изображения ухудшаются, что объясняет факт, что коэффициент увеличения обычно ограничивается 1,5x. Цифровое увеличение (digital zoom) не имеет практической пользы ввиду крайне невысокого качества изображения. Этот параметр не должен участвовать в оценке видеокамеры.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения Функция масштабирования

Хотя изображение может казаться увеличенным, разрешение уменьшено, что приводит к ухудшению качества изображения, которое становится тем более очевидным, чем большее масштабирование используется.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Фокусное расстояние объектива – это расстояние (мм) от его центра до поверхности, на которой формируется изображение - матрица в цифровых видеокамерах. Объективы обычно имеют маркировку, соответствующую этому расстоянию. Если на объективе две цифры, значит это зум-объектив или объектив с переменным фокусным расстоянием. Цифры 18-200 - объектив универсальный с фокусным расстоянием от 18 до 200 мм.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения При маленьком фокусном расстоянии, угол обзора большой, при большом – маленький. Соответственно изменяется масштабирование изображения в кадре - чем больше фокусное расстояние объектива, тем больше он приближает.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Отношение угла обзора к фокусному расстоянию

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Автофокусировка Ручной фокус предполагает остановку работы оператора и настройки камеры. Функция автоматической фокусировки видеокамеры согласно расстоянию между камерой и предметом, расположенным в центре изображения.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Однако автофокусировка может реагировать на рабочие инструменты и троакары, входящие в поле зрения, что вызовет нежелательное изменение фокуса.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения Цифровая технология улучшения изображения Для значительного улучшения зрительного восприятия изображения видеокамера имеет функцию повышения контурной резкости, которая реализована на базе встроенного цифрового сигнального процессора.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения Цифровая технология улучшения изображения Позволяет проводить анализ исходного изображения и применять подходящие алгоритмы для выделения скрытых деталей в затененных или, наоборот, слишком светлых, областях. Цветовой баланс и общий тональный баланс изображения не меняются.

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения Цифровая технология улучшения изображения

Наличие функции маскировки зон изображения

Основные технические характеристики видеокамер, по которым можно судить о качестве видеоизображения

Захват кадров

Эта функция позволяет хирургу захватить одиночный кадр и послать изображение на печатающее устройство.

Корпус камеры

Корпус камеры предназначен для предохранения заключенной в нем электронной аппаратуры и системы линз. Он должен выдерживать чистящиеся технологические процессы и определенные механический нагрузки. Чтобы сделать жесткий, устойчивый корпус используются специальные сплавы и пластмассы. Частое использование неизбежно приводит к износу поверхности корпуса.

Использование защитных оболочек

Рукава для эндовидеокамеры

Комплект 50 шт Длина 1400 мм

Камера обязательно должна быть стерильной в операционном поле. Большинство видеокамер может стерилизоваться погружением в 2,5% глютаральдегид. Этот метод стерилизации изменяет внешний вид камеры, но пока она остается водонепроницаемой, повреждений не будет. Большинство хирургов использует защитную оболочку, чтобы предохранять видеокамеры. Различные модели доступны на рынке, и большинство из них предлагают удовлетворительную защиту.

Использование защитных оболочек Преимущества: -камера всегда доступна; - нет потребности в стерилизации; - меньше риск повреждения Недостатки: - невозможно быстро заменять эндоскопы во время хирургической операции, если не используется кольцевой адаптер; - трудно устранить запотевание оптики между камерой и эндоскопом.

Кольцевые адаптеры

Некоторые изготовители предлагают стерильный кольцевой адаптер, который может быть помещен между камерой и эндоскопом. Теоретически, эти кольцевые адаптеры очень удобны, потому что они позволяют хирургу менять эндоскопы, когда они присоединены к камере. В действительности, адаптеры отодвигают головку камеры на 2 см от эндоскопа, приводя к уменьшению поля зрения, яркости и к потере качества изображения.