Miért éppen 3D?

3D-technológia a sebészetben

Az emberi szem viszonylag megbízhatóan észleli a 2D-képek mélységeit. A tárgyak méretétől, a mozgástól, az objektumok szerkezetétől, a fényviszonyoktól és/vagy a fókuszálástól függően különböző módokon érzékeljük a mélységet. Filmnézés közben, annak ellenére, hogy a felvételeket 2D-ben rögzítették, pontosan tudható a filmen megjelenített objektumok egymáshoz viszonyított helyzete.

Ha viszont az egyik szemünket eltakarjuk, mélységérzékelésünk jelentősen veszít a pontosságából. Ilyenkor gyakran előfordul, hogy rosszul mérjük fel a lépcsőfok magasságát, vagy hogy néhány centiméterrel elvétjük, és így nem kapjuk el a felénk dobott labdát.

Bár az emberi szem képes arra, hogy megkülönböztesse egymástól a 2D-ben érzékelt mélységeket, nem alkalmas azok pontos meghatározására. Ennélfogva a sebészetben – ahol a nagy fokú pontosság szó szerint létfontosságú jelentőséggel bír – különösen hasznosnak bizonyul a 3D-technológia gyakorlati felhasználása. A sztereoszkópos sebészet a 2D-képalkotásnál jóval pontosabb mélységérzékelést tesz lehetővé, nagyban előmozdítva ezzel az orvosok munkáját. Mivel a pontatlanul behelyezett orvosi eszközök sérüléseket okozhatnak a betegek számára, ez különösen fontos szempont a sebészetben.

3D-technológia a sebészetben

Ahhoz, hogy a képeket 3D-ben érzékelhessük, olyan megjelenítő eszköz szükséges, mely az emberi szem 3D-észlelési rendszere alapján működik. Ha kezünket az arcunk elé tartva lehunyjuk a bal szemünket, a kezünk a látótér bal oldalán fog megjelenni. A jobb szemünket becsukva pedig a látótér jobb oldalán. Ezzel szemben, ha mindkét szemünket nyitva tartjuk, kezünk pontosan a látótér közepén jelenik meg. A szemeinken keresztül érzékelt két különböző képet agyunk egyetlen 3D-képpé alakítja. Eközben az agyunk érzékeli az előttünk látható objektumok mélységét.

Műszakilag ez két, egymás mellé helyezett fényképezőgéppel készített képpel képezhető le. Arról már a megjelenítő eszköz gondoskodik, hogy az egyik kép csak a bal, a másik pedig kizárólag a jobb szemünk számára váljon láthatóvá. Ily módon az agyunk sztereoszkópikus mélységérzetet kölcsönöz számunkra.

A 3D-képek többféle módon is megjeleníthetők a monitorokon és a TV-ken. Napjainkban az elsősorban a mozikban alkalmazott polarizált 3D-technológia, valamint a TV-zéshez használt fényzáras 3D-szemüvegek számítanak a leginkább elterjedt megoldásnak. A sebészetben a polarizált 3D-technológia alkalmazását részesítik előnyben. De mi ennek az oka? Ez csak a kétféle technológia működési módjának megismerése alapján válaszolható meg.

A polarizált 3D-technológia működési módja

A képeket egyetlen képernyőn megjelenítő polarizált 3D-technológia a monitoron és a szemüvegen alkalmazott polarizátornak köszönhetően mindkét szemünk számára külön képet hoz létre. CuratOR EX3220-3D és EX2620-3D sebészeti monitoraink szintén ilyen elv alapján működnek. Ez számos előnnyel jár, és még költséghatékony is.

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

A polarizált 3D-technológia fényt sugároz keresztül egy kör alakú polarizátoron, az óramutató járásával megegyező, illetve ellentétes irányba térítve el a fénysugarakat. A szemüveg bal oldali lencséjén használt polarizátor az óramutató járásával megegyező, a jobb oldalin alkalmazott pedig az óramutató járásával ellentétes irányba téríti el a fényt. Ennélfogva a bal oldali lencse az óramutató járásával megegyező irányba eltérített fényt elnyeli, az óramutató járásával ellentétes irányba haladót pedig visszatükrözi. A monitorok esetében a fényt az óramutató járásával megegyező, illetve ellenkező irányba eltérítő, kör alakú polarizátorokat csíkok szerint rendezik el, így a csíkok egyik része csak a bal, míg a másik kizárólag a jobb szemünk számára válik láthatóvá.

Ahhoz, hogy ez videóknál is működjön, két, egymástól kissé eltérő nézőpontban elhelyezett videoforrás szükséges. A megjelenítő eszköz úgy rendezi el a képet a képernyőn, hogy a bal oldali videokamerával felvett videó az óramutató járásával megegyező, a jobb oldali eszközzel rögzített pedig az óramutató járásával ellentétes irány szerint működő polarizátorok alatt jelenjen meg.

A polarizált 3D-technológia működési módja

A fényzáras 3D-szemüveg működési módja

A fényzáras 3D-szemüveg oly módon hozza létre a 3D-képeket, hogy a bal és a jobb oldali kameraképek közötti gyors átváltás közben a jobb oldali kép megjelenésekor a bal, a bal oldali láthatóvá válásakor pedig a jobb lencsét sötétíti el.

A monitor a videofelvételt alkotó képkockák megjelenítésekor gyorsan átvált a bal oldali kameraképről a jobb oldalira. A gyakorlatban ez annyit tesz, hogy a másodpercenként egy képkocka megjelenítésére alkalmas monitorokkal összehasonlítva egy 3D-készülék minden egyes másodpercben két – elsőként a bal, majd pedig a jobb oldali – képkockát jelenít meg.  A képkockák elkülönítése érdekében, hogy a bal szemünk számára csak a bal oldali kép váljon láthatóvá, illetve fordítva, a szemüveg a képernyőn történő átváltáskor elsötétíti az ellentétes lencsét. Ehhez elektromos energia hatásának teszik ki a szemüvegek folyadékkristályos lencséit, amitől azok átlátszatlanná válnak. A bal oldali kép képernyőn történő megjelenésekor a jobb, a jobb oldali láthatóvá válásakor pedig a bal lencse sötétedik el.

Active Shutter
Amint az látható, a bal oldali kép képernyőn keresztüli megjelenésekor átlátszatlanná válik a szemüveg jobb lencséje, és fordítva.

A polarizált 3D-technológia sebészeti alkalmazásának legfőbb előnyei

A polarizált 3D-technológia sebészeti célú felhasználását mindenekelőtt annak biztonságos és megbízható alkalmazhatósága indokolja. Mivel a polarizációs folyamat nem igényel elektromos energiát, a fényzáras 3D-szemüvegekkel ellentétben az orvosok által viselt szemüvegekben nem szükséges elhelyezni akkumulátorokat. Tekintettel arra, hogy az akkumulátorok műtét közben akár le is merülhetnek, káros hatást gyakorolva ezzel a betegre, a hosszabb beavatkozásoknál ez létfontosságú szempont. Továbbá a fényzáró szemüvegeknél a képernyő és a szemüveg közötti szinkronizálás zavarai esetén előfordulhat, hogy a bal oldali kép a szemüveg jobb lencséjén jelenik meg, illetve fordítva. Mivel a polarizált 3D-szemüvegek statikusak és nem igényelnek elektromos energiát, a képi megjelenítéssel kapcsolatos említett üzemzavarok kizárásából adódóan jóval megbízhatóbbak. Ezenkívül az elektronikus alkatrészek hiányának köszönhetően a polarizált 3D-kijelzők előállítása is gazdaságosabb. 

A polarizált 3D egy másik előnye, hogy nem áll fenn a villódzás kockázata. A fényzáras technológiára jellemző gyorsütemű képváltások gyakorta eredményeznek villódzást, ami a felhasználók számára fejfájást és rossz közérzetet okozhat. A polarizált 3D-technológia alkalmazása nem jár ilyen kockázattal. A polarizált 3D-technológia további előnyös jellemzője, hogy a fényzáras szemüvegekhez képest világosabb képmegjelenítést tesz lehetővé. 

Ugyanakkor a 3D-képalkotási folyamat a 2D-képmegjelenítéssel összevetve néminemű hátrányt is okoz. Mivel a polarizált 3D-technológia egész helyett csíkokra osztott képeket jelenít meg, képminősége valamelyest elmarad a 2D-felvételekétől. Fényzáras szemüvegen keresztüli megtekintéskor az egyes képkockák a 2D-videolejátszáshoz képest mindössze feleannyi időre jelennek meg. További jelentős hátrány, hogy huzamosabb ideig tartó használat esetén a kamera eltolódásából adódóan számos felhasználó hányingerre, illetve fejfájásra panaszkodik. A CuratOR EX3220-3D modellnél mindezt sikeresen kiküszöbölték, lehetővé téve a felhasználó számára, hogy a látásának megfelelően állítsa be a képek parallaxisát. 

Összességében kijelenthető, hogy a 3D – különösen a polarizált 3D – technológia előnyei jelentősen felülmúlják a megoldással járó esetleges hátrányokat, a pontos mélységérzékelés alapján készült sebészeti felvételek pedig megbízható információkkal szolgálnak az orvosok számára.

Összegzés

Kifinomult mélységérzékelésének köszönhetően az utóbbi időben ugrásszerűen megnőtt a 3D-technológiát alkalmazó sebészek száma. A továbbra is gyors ütemben fejlődő piacon még számos jövőbeli fejlesztés várható. A polarizált 3D-technológia egyre szélesebb körű sebészeti felhasználását elsősorban az indokolja, hogy a fényzáró szemüvegekhez képest jóval biztonságosabb, megbízhatóbb és világosabb képalkotást tesz lehetővé, továbbá az előállítása is gazdaságosabb.

Az EIZO nemrégiben bemutatott, 3D-technológiát alkalmazó sebészeti monitorai a kristálytiszta műtéti képalkotás érdekében kör alakú polarizátorokat használnak.