Proč 3D?

3D technologie v chirurgii

Člověk dokáže poměrně dobře rozpoznat hloubku v dvojrozměrném obraze. Hloubku vidí díky různým „technikám“, jako je relativní velikost předmětů, pohyb, struktura povrchu, světlo nebo ostrost. I při sledování filmu v provedení 2D poznáme bezpečně, kde se co nachází ve vztahu k ostatním prvkům.

Jak ale asi sami víte, při chůzi se zavřeným jedním okem už naše vnímání hloubky není tak přesné, i když si stále nějak poradíme. Může se stát, že nesprávně odhadneme výšku schodu a klopýtneme nebo o pár centimetrů mineme míč, který se snažíme chytit.

Člověk dokáže posoudit hloubku v režimu 2D, nesvede to však dokonale. Proto se 3D technologie dobře hodí pro chirurgii, kde je požadavek na přesnost zcela zásadní. Zdá se, že řada lékařů dává stereoskopické chirurgii přednost, protože jim umožňuje lépe prostorově vidět to, co pomocí 2D zobrazení není možné. To je v chirurgii samozřejmě důležité, neboť nepřesné zavedení nástrojů by mohlo vést k poranění pacienta.

3D technologie v chirurgii

K vytvoření trojrozměrného obrazu musí zobrazovací systémy napodobit způsob, jakým prostor vnímáme vlastníma očima. Natáhnete-li ruku před obličej a zavřete levé oko, všimněte si, že ruku uvidíte v levé části zorného pole. Při zavření pravého oka se objeví napravo. Otevřete-li obě oči, objeví se ruka přesně uprostřed zorného pole. Náš mozek dostává dva odlišné obrazy - každý z jednoho oka - a tyto obrazy zpracuje do jednoho 3D obrazu. Při tom je mozek schopen rozpoznat hloubku předmětů před námi.

Tento postup dokážeme napodobit zaznamenáním obrazu ze dvou kamer, které jsou umístěny vedle sebe. Zobrazovací zařízení poté zajistí, aby jeden obraz vidělo pouze levé oko, druhý obraz je vyhrazen pro oko pravé. Díky tomu nám mozek dokáže zprostředkovat stereoskopické vidění hloubky.

3D obraz na monitorech a televizorech lze vytvořit několika způsoby. Nejběžnější je dnes buď polarizační stereoskopie - kterou známe z kin - nebo použití aktivního zatmívání - to je zase běžné u televizorů. V chirurgii je oblíbenější technologií polarizační stereoskopie. Ale proč vlastně? Než zodpovíme tuto otázku, musíme si vysvětlit, jak obě uvedené technologie fungují.

Princip funkce polarizační 3D technologie

Polarizační 3D technologie zobrazuje obraz na jediné obrazovce; na monitoru i na brýlích však využívá polarizačního filtru, s jehož pomocí vytvoří dva různé obrazy, pro každé oko zvlášť. Tato technologie se používá v našich chirurgických monitorech CuratOR EX3220-3D a EX2620-3D. Má řadu výhod a je finančně méně náročná.

CuratOR EX3220-3D / EX2620-3D
CuratOR EX3220-3D / EX2620-3D

U polarizační 3D technologie prochází světlo cirkulárním polarizačním filtrem, který světlo ohýbá buď ve směru hodinových ručiček, nebo ve směru opačném. Na brýlích je levé sklo opatřeno  filtrem polarizujícím ve směru hodinových ručiček, na pravé straně probíhá totéž opačně. To znamená, že levá čočka propouští světlo polarizované  ve směru  hodinových ručiček a světlo polarizované opačně odrazí. Na monitoru jsou polarizační filtry pro oba směry uspořádány v pruzích, takže levé oko vidí jednu sadu pruhů, zatímco druhá sada pruhů zůstane viditelná pouze pro oko pravé.

Máme-li pak hovořit o videu, budeme potřebovat dva zdroje videosignálu zachyceného z mírně odlišné perspektivy. Zobrazovací zařízení  složí obraz na obrazovce tak, že video z levé kamery se zobrazí pod polarizačním filtrem pro směr hodinových ručiček, video zachycené pravou kamerou propustí polarizace opačná.

Princip funkce polarizační 3D technologie

Princip funkce 3D technologie s aktivním zatmíváním

Aktivní 3D technologie vytváří prostorový obraz rychlým přepínáním mezi zobrazením záznamu z levé a pravé kamery a současným zatmíváním levého skla brýlí při zobrazení pravého obrazu a naopak pravého skla při zobrazení obrazu levého.

Monitor rychle přepíná signál z levé a pravé kamery pro každý snímek videa. To znamená, že pokud například monitor typicky zobrazuje jeden snímek za sekundu, 3D monitor bude muset zobrazit každou sekundu dva snímky - nejprve levý a poté pravý snímek.  Oddělení těchto snímků tak, aby levé oko vidělo pouze levý obraz, a opačně, se provádí zatměním druhého skla brýlí souběžně s přepnutím na obrazovce. Zatmívání se provádí přivedením elektřiny to tekutých krystalů ve skle brýlí. Jakmile se na obrazovce objeví levý obraz, dojde k zatmění pravého skla brýlí, při zobrazení pravého obrazu se zatmí levé sklo.

Active Shutter
Jak vidíte, při zobrazení levého obrazu na obrazovce se zatmí pravé sklo brýlí, a opačně.

Proč se v chirurgii používá polarizační 3D technologie

Hlavním důvodem, proč se v chirurgii dává přednost polarizační 3D technologii, je její bezpečnost a spolehlivost. Protože polarizační proces nepoužívá elektřinu, nepotřebují brýle pro lékaře na rozdíl od aktivní technologie baterie. To může být zásadní výhodou při dlouhých operacích, neboť baterie mohou uprostřed práce selhat a vystavit pacienta riziku. Aktivně zatmívané brýle navíc často mívají „přeslechy“ tam, kde zakolísá synchronizace obrazovky a brýlí, takže levý obraz může projít do pravého skla brýlí a opačně. Polarizační 3D brýle jsou statické a elektřinu nepoužívají, obraz tedy nelze zkreslit - díky tomu je polarizační 3D technologie spolehlivější. Absence elektronických prvků v polarizačních 3D brýlích také znamená levnější výrobu. 

Další výhodou polarizační technologie 3D je, že nemůže dojít k blikání. Uživatelé vlivem rychlého přepínání obrazů u aktivní technologie se zatmíváním často zaznamenají blikání, které může způsobovat bolesti hlavy a nepohodlí. U polarizační 3D technologie nic takového nehrozí. Polarizační 3D technologie navíc umožňuje jasnější obraz než technologie aktivní. 

Ve srovnání s obrazem 2D nicméně při vytváření 3D vyvstávají i menší nevýhody. Polarizační 3D technologie nezobrazuje celé snímky, nýbrž jejich části rozdělené do pruhů, což ve srovnání se snímkem 2D snižuje kvalitu obrazu. Aktivní zatmívání zase dokáže zobrazit každý snímek pouze na polovinu doby, po kterou by byl zobrazen ve 2D videu. Další nevýhodou je, že řada uživatelů pociťuje při delším použití nevolnost nebo bolest hlavy z důvodu posunu kamery. Výrobky jako CuratOR EX3220-3D mají korekční funkci, která umožňuje přizpůsobit paralaxu obrazů očím uživatele. 

V konečném součtu výhody 3D technologie - zejména polarizační 3D technologie - převažují nad nevýhodami. Lékaři díky tomu mohou bezpečně sledovat obraz s prostorovou hloubkou.

Závěr

Technologie 3D mílovými kroky vstupuje na zdravotnický trh a řada lékařů jí dává přednost díky lepšímu prostorovému vidění. Stále se jedná o rozvíjející se technologii, kterou pravděpodobně čeká řada zlepšení. V chirurgii se dává přednost polarizační 3D technologii, která je bezpečnější a spolehlivější než technologie s využitím aktivního zatmívání, nabízí jasnější obraz a je méně nákladná na výrobu.

Chirurgické 3D monitory, které značka EIZO nedávno uvedla na trh, využívají polarizace k dosažení čistého a ostrého obrazu pro chirurgické účely.