Zalety technologii polaryzacyjnej 3D w chirurgii
Obrazy 3D, zwane również obrazami stereoskopowymi, pojawiły się już na samym początku XX wieku. Popularność zyskały jednak dopiero we wczesnych latach 2000, gdy zaczęto wykorzystywać je w kinach. Ostatnio technologia 3D znalazła zastosowanie także w medycynie, od operacji wykonywanych w asyście robota da Vinci po endoskopię 3D. Liczne korzyści płynące z zastosowania technologii 3D w sektorze ochrony zdrowia sprawiają, że z pewnością będzie się ona dalej rozwijać.
Dlaczego warto korzystać z technologii 3D?
Wzrok człowieka dość dobrze radzi sobie z rozpoznawaniem głębi na obrazach 2D. Bazuje na czynnikach takich jak względne rozmiary przedmiotów, ruch, faktura, oświetlenie i ostrość. Podczas oglądania filmu doskonale wiemy, gdzie znajdują się wszystkie obiekty w stosunku do siebie, mimo że obraz jest dwuwymiarowy.
Wystarczy jednak zamknąć jedno oko, by przekonać się, że ludzka percepcja głębi – choć wystarczająca do przeżycia – nie jest zbyt dokładna. Może się okazać, że źle ocenimy wysokość stopnia i potkniemy się na schodach albo nie złapiemy piłki, która przeleci kilka centymetrów dalej od miejsca, w którym się jej spodziewaliśmy.
Człowiek potrafi ocenić głębię w 2D, ale nie potrafi zrobić tego dokładnie. Właśnie dlatego technologia 3D jest tak przydatna podczas przeprowadzania operacji, gdzie dokładność ma kluczowe znaczenie. Wielu lekarzy preferuje operacje z wykorzystaniem obrazów 3D, ponieważ zapewniają one głębię, której nie da się oddać na obrazach 2D. Podczas zabiegów precyzja jest niezbędna, bo przyrząd chirurgiczny umieszczony w niewłaściwym miejscu może zranić pacjenta.

Technologia 3D w chirurgii
Aby wyświetlać obrazy w 3D, monitory muszą imitować sposób, w jaki ludzkie oko postrzega trójwymiarowość. Jeśli wyciągniesz przed siebie dłoń i zamkniesz lewe oko, odniesiesz wrażenie, że Twoja ręka znajduje się po lewej stronie. Jeśli natomiast zamkniesz prawe oko, ręka znajdzie się po prawej. A gdy otworzysz oboje oczu? Wtedy ręka będzie widoczna bezpośrednio przed Tobą. Mózg otrzymuje dwa osobne obrazy (z prawego i lewego oka), po czym łączy je w jeden obraz 3D. Dzięki temu potrafi dostrzec głębię znajdujących się przed nami obiektów.
Tę technikę można naśladować, nagrywając obrazy z dwóch kamer umieszczonych jedna obok drugiej. Następnie wyświetla się je tak, aby jeden obraz był widoczny tylko dla lewego oka, a drugi tylko dla prawego. W ten sposób mózg może postrzegać głębię w trzech wymiarach.
Istnieje kilka metod tworzenia obrazów 3D na monitorach i telewizorach. Obecnie najpopularniejszymi wśród nich są polaryzacja 3D (często stosowana w kinach) oraz aktywna migawka 3D (często stosowana w telewizorach). W chirurgii stawia się na tę pierwszą. Aby zrozumieć, dlaczego tak jest, trzeba najpierw poznać mechanikę działania obu technologii.
Jak działa technologia polaryzacyjna 3D?
Technologia polaryzacyjna 3D wyświetla obrazy na jednym ekranie, ale wykorzystuje polaryzator zarówno po stronie monitora, jak i po stronie okularów, aby stworzyć dwa różne obrazy dla obojga oczu. Właśnie ta technologia została zastosowana w monitorach chirurgicznych CuratOR EX3242-3D i EX3220-3D.

Działa to w następujący sposób: światło przechodzi przez kołowy polaryzator, który skręca je w kierunku zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Okulary konstruuje się w taki sposób, aby lewa soczewka polaryzowała światło w kierunku zgodnym ze wskazówkami zegara, a prawa soczewka – w przeciwnym. Oznacza to, że światło skręcone w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara będzie przez lewą soczewkę pochłaniane, a światło skręcone w kierunku przeciwnym będzie przez nią odbijane. Na monitorze oba typy polaryzatorów kołowych rozmieszcza się w kształcie pasów. Jeden zestaw pasów jest wówczas widoczny dla lewego oka, a drugi dla prawego.
Aby włączyć do tego równania wideo, potrzeba dwóch źródeł obrazu nagrywanego pod nieco innym kątem. Monitor pokaże je w taki sposób, by obraz z lewej kamery wyświetlał się pod polaryzatorami skręcającymi światło w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, a obraz z prawej kamery pod polaryzatorami skręcającymi światło w kierunku przeciwnym.

Jak działa aktywna migawka 3D?
Technika aktywnej migawki 3D polega na szybkim przełączaniu się między sygnałami wideo z lewej i prawej kamery oraz jednoczesnym blokowaniu lewej soczewki, gdy pokazuje się obraz z prawej kamery, a prawej, gdy pokazuje się obraz z lewej kamery.
Monitor błyskawicznie przełącza się między obrazem z lewej i prawej kamery dla każdej klatki wideo. Oznacza to, że jeśli monitor zazwyczaj wyświetla obrazy z prędkością jednej klatki na sekundę, monitor 3D musi wyświetlać dwie klatki na sekundę – najpierw lewą, potem prawą. Aby rozdzielić te klatki (tak, aby lewe oko widziało tylko lewy obraz i odwrotnie), okulary ściemniają przeciwną soczewkę w sposób zsynchronizowany z przełączaniem obrazu na ekranie. Jak to działa? Przyłożenie napięcia powoduje, że ciekłe kryształy, z których wykonano soczewki okularów, zatrzymują światło. Gdy na ekranie wyświetla się lewy obraz, ciemnieje prawa soczewka; gdy natomiast wyświetla się prawy obraz, ciemnieje lewa.
Dlaczego technologia polaryzacyjna 3D sprawdza się w chirurgii?
Najważniejsze zalety technologii polaryzacyjnej 3D w kontekście chirurgii to bezpieczeństwo i niezawodność. Do procesu polaryzacji nie potrzeba elektryczności, wobec czego okulary noszone przez lekarzy nie muszą mieć baterii, jak ma to miejsce w przypadku aktywnej migawki 3D. Ma to szczególne znaczenie podczas wielogodzinnych operacji, nie ma bowiem ryzyka, że bateria w okularach wyczerpie się albo zepsuje w trakcie zabiegu. Ponadto okulary wykorzystujące metodę aktywnej migawki 3D są podatne na zjawisko przesłuchu – innymi słowy, utratę synchronizacji między ekranem i okularami. Lewy obraz może się wówczas pojawiać w prawej soczewce i na odwrót. Tymczasem okulary polaryzacyjne są statyczne i nie wymagają elektryczności, nie ma więc możliwości, by obraz się „rozjechał”. Co więcej, brak komponentów elektronicznych sprawia, że wyświetlacze polaryzacyjne są tańsze w produkcji.
Kolejną zaletą technologii polaryzacyjnej jest brak migotania. Błyskawiczne przełączanie się między obrazami, na którym bazuje aktywna migawka 3D, powoduje, że wielu użytkowników dostrzega migotanie obrazu. Zjawisko to nie tylko jest irytujące, ale też może prowadzić do bólów głowy i ogólnego dyskomfortu. W technologii polaryzacyjnej ryzyko migotania nie występuje, a obrazy mogą być jaśniejsze niż w przypadku aktywnej migawki.
Trzeba jednak nadmienić, że zmiana obrazu 2D na 3D wiąże się z pewnymi niedogodnościami. W technologii polaryzacyjnej obrazy nie wyświetlają się w całości, lecz w postaci pasów, co negatywnie wpływa na ich jakość. Z kolei korzystając z aktywnej migawki, każdą klatkę widzimy o połowę krócej niż w 2D. Wielu użytkowników zgłasza też, że dłuższe użytkowanie powoduje u nich mdłości lub bóle głowy z powodu złego ustawienia kamery. Monitory CuratOR EX3242-3D i EX3220-3D są w stanie temu przeciwdziałać i pozwalają dopasować paralaksę obrazów.
Koniec końców, zalety technologii 3D – zwłaszcza technologii polaryzacyjnej – znacznie przewyższają jej wady i umożliwiają lekarzom bezpieczne oglądanie obrazów chirurgicznych z odpowiednią głębią.
Poniżej przedstawiamy zestawienie wad i zalet technologii polaryzacyjnych.
Polaryzacja 3D |
Aktywna migawka 3D |
|
Zalety |
|
|
Wady |
|
|
Podsumowanie
Technologia 3D szturmem weszła na rynek medyczny i zdobyła uznanie wielu lekarzy, którzy cenią sobie lepszą percepcję głębi, jaką zapewnia. Wciąż się rozwija, a więc można oczekiwać, że z czasem będzie stawała się coraz lepsza. W chirurgii częściej stawia się na polaryzację 3D, która jest bezpieczniejsza, bardziej niezawodna i tańsza w produkcji niż aktywna migawka 3D.
EIZO oferuje monitory chirurgiczne 3D, które wykorzystują polaryzację kołową, by wyświetlać wyraźne obrazy na salach operacyjnych. Dowiedz się więcej: