Применение прикладного телевидения в офтальмологии
Окулист № 2 (6), 3-4 (7/8) 2000 г.
Р.Л. ТРОЯНОВСКИЙ, И.Р. ПЕТРУЧЕНКО, Санкт-Петербург
Возрастающая потребность в обмене информацией, необходимость ее быстрого (оперативного) сбора и обработки, архивирования результатов наблюдений делают весьма актуальным широкое использование телевизионных систем в повседневной практике офтальмолога. Телемедицина становится мощным инструментом клинической работы и научного общения. Трудно переоценить возможность образной регистрации клинической картины в ее динамике для оценки течения заболевания и действенности лечебных мер, для обучения, обмена опытом, научной работы.
При появлении на экране объекта воздействия (изучения) нельзя не отметить факт эмоционально-заинтересованного участия всего персонала, работающего с больным (в смотровой, перевязочной, операционной), возникающего благодаря глубокому пониманию этапов вмешательства. При обследовании структур вспомогательных органов и глазного яблока, особенно глазного дна, обстоятельную информацию могут получить присутствующие родители ребенка и родственники больного, конечно, если эта информированность целесообразна и деонтологически оправдана. Такая объективизация работы существенно повышает доверие и улучшает взаимопонимание всех участников лечебного процесса.
Одним из основных направлений НПК "Зенит" является разработка и производство телевизионных специализированных систем для офтальмологии. Существует три вида офтальмологических приборов, которые оснащены телевизионными системами. Это операционные микроскопы, щелевые лампы и последняя разработка — телевизионный офтальмоскоп "НБО-З-ТВ". Следует отметить, что семейство оптико-механических адаптеров позволяет использовать такие видеосистемы на оборудовании разных фирм-производителей, как отечественных, так и зарубежных.
В случае "НБО-З-ТВ", телевизионная система создана как навесное приспособление на уже существующий отечественный налобный непрямой офтальмоскоп третьего поколения (схема "офтальмоскоп — светоделитель — специализированная ТВ-камера"). Ориентация получаемой на экране картины глазного дна адекватна той, что наблюдает врач в окуляры прибора. Регистрацию данных офтальмоскопии проводят на видеомагнитофоне и компьютере (жесткие, гибкие и компакт-диски с базами данных по пациентам). Динамическое наблюдение осуществляют с регистрацией клинической картины, в том числе и в ходе выполнения лазерных и хирургических этапов лечения, у больных с меланомой хориоидеи и ретинобластомой (офтальмологический лазер НПО "АЛКОМ медика", лазеркоагуляция через зрачок посредством адаптера к налобному офтальмоскопу — оснащение и участие сотрудников кафедры офтальмологии Военно-медицинской академии), посттравматическими изменениями, аномалиями и пороками развития, увеитами, ретинопатией недоношенных, макулодистрофиями, отслойкой сетчатки и другой патологией. Помимо удобств научной регистрации, результаты разработки оказались полезными для обучения, консультирования и обмена опытом между специалистами лечебных учреждений города, страны и зарубежья.
На основании полученных данных, в этом номере газеты мы предлагаем вниманию читателей свои соображения по поводу новой для большинства отечественных офтальмологов методики телевизионной офтальмоскопии. В таком объеме мы также столкнулись с ней впервые и хотим поделиться первым клиническим опытом и результатами ее применения. Будем признательны, если кто-то выскажет свои соображения на этот счет. Известно, какое важное место занимает офтальмоскопия, как необходима она в предоперационной диагностике и послеоперационном наблюдении больных с различной патологией стекловидного тела и сетчатки. Несомненна актуальность регистрации данных офтальмоскопии как для демонстрационных целей, так и в виде базы данных для длительного наблюдения за динамикой клинической картины и эффективности лечебных воздействий. На сегодняшний день методы наблюдения и регистрации картины глазного дна можно представить как:
а) наблюдение ассистентом или обучаемым через дополнительное боковое зеркало офтальмоскопа;
б) щелевые лампы (операционные микроскопы) и наблюдение в ассистентский канал;
в) фундус-камеры и фотографирование или телевизионная регистрация (дороговизна импортных аналогов очевидна);
г) "рет-камеры". Современная, новая и весьма дорогостоящая аппаратура, внедряется как периферический блок для ввода информации, передачи, обсуждения и консультирования в системе телемедицины. Оптический прибор в чистом виде отсутствует. При проведении обследования в контакте с глазом (роговицей) пациента офтальмолог (врач, сестра) держит в руке оптическую головку, объединенную с телевизионной камерой, и наблюдает глазное дно, глядя при этом на экран монитора. Однако, в силу идеологии построения оптической системы и анатомических особенностей размеров глазного яблока, это устройство применяется только в детской офтальмологии для пациентов 2,5—4-летнего возраста (критическое значение имеют размеры глазного яблока).
Все эти традиционные и новые методы имеют ряд существенных недостатков. Специфика методик наблюдения глазного дна, особенно в детской офтальмологии, такова, что изображение нужного участка сетчатки, особенно на ее периферии, возникает иногда на одну-две секунды или меньше. Встречаются пациенты с ярко выраженной светобоязнью или просто беспокойные, с различными двигательными и центральными нарушениями, у которых по разным причинам глазное дно невозможно наблюдать нужное время. Опытный врач способен даже в этом случае адекватно оценить картину заболевания, но при этом картину глазного дна видит только он сам. Если речь идет о группе, проходящей обучение, или о коллегах, находящихся рядом, то обсуждение Диагноза идет только со слов обследующего. Наша задача в этом случае состоит в том, чтобы максимально щадящим и комфортным способом зафиксировать то, что видит врач.
Регистрация данных телевизионной офтальмоскопии в процессе обследования может подразделяться на непрерывную запись или трансляцию изображения на экран монитора либо на получение неподвижных кадров хорошего качества. Последнее представляет собой проблему, так как картина наблюдаемого глазного дна весьма динамична и существенно зависит от поведения пациента при обследовании. Кроме того, картина распределения бликов от глаза пациента и офтальмоскопической линзы в визуальном канале (окулярах) офтальмоскопа и в телевизионном канале несколько различна. Вследствие всего сказанного, способов получения неподвижных кадров высокого качества при телевизионной офтальмоскопии может быть два. Первый заключается в том, что непосредственно в процессе обследования видеосигнал подается на видеовход фрэйм-граббера персонального компьютера, за которым в данный момент находится еще один врач (помощник врача), который, наблюдая динамичную картину на мониторе, выбирает нужный момент и делает снимок. Из серии снимков оставляют наиболее удачные, редактируют, убирают блики и отправляют в архив, базу данных и так далее. Второй способ не требует компьютера непосредственно в процессе обследования, но вместо него появляется промежуточный носитель, где регистрируется динамичная первичная картина, из которой затем можно выбрать нужные стоп-кадры. При этом вероятность получения хорошего стоп-кадра существенно возрастает с увеличением времени наблюдения до нескольких секунд при обследовании как можно более статичной картины интересующего фрагмента глазного дна. Требования к промежуточному носителю изображения предъявляются высокие. Это должен быть либо цифровой видеомагнитофон или видеомагнитофон стандарта S-VHS. Конечно, недостаток этого метода очевиден в силу дороговизны таких видеомагнитофонов. Как крайний случай, допустимо применение обычного видеомагнитофона, но обязательно 4-головочного, так как он дает лучшее качество стоп-кадра. Достоинством этого метода, несомненно, является то, что в обследовании принимает участие один врач-офтальмолог, проводящий обследование.
При всех режимах работы необходим ассистент (сестра, помощник врача), который следит за фокусировкой изображения на экране монитора и при
необходимости корректирует ее на офтальмоскопе при помощи специального кольца. Кроме этого, если требуется, ассистент может сообщить врачу о том, что изображение на экране значительно смещено относительно центра. Это возможно потому, что поле зрения визуального канала офтальмоскопа существенно шире, чем поле зрения ТВ-системы, которое выбрано оптимальным с точки зрения масштаба изображения на экране. Уменьшение масштаба нецелесообразно, так как ведет к снижению разрешающей способности, а увеличение может привести, с одной стороны, к невозможности наблюдения на периферии линзы, а с другой, снижает глубину резкости и требует повышения точности позиционирования системы "врач — линза — пациент" по трем осям в пространстве.
Практика внедрения в жизнь новых информационных технологий подталкивает как инженеров-разработчиков таких систем, с одной стороны, так и врачей, с другой, к дальнейшему совершенствованию оснащения и методик его использования, поскольку это позволяет на качественно новом уровне организовать как лечебный процесс, так и обучение персонала. Появляется возможность комплексного подхода к ведению одного больного с привлечением специалистов (и учреждений) разного профиля на всех этапах лечения (в частности, до, во время и после операции). Реализуется возможность коллективного наблюдения любого участка глаза во время предварительной диагностики (офтальмоскопия, исследование на щелевой лампе, под микроскопом и так далее). Зарегистрировав нужное изображение на видеокассете, жестком, гибком или компакт-диске, можно подвергнуть его любой обработке, измерению, архивации, передаче по электронной почте. Применяя современные средства оцифровки и сжатия изображения, врач получает возможность зафиксировать динамичную или статичную картину обследования либо хирургического вмешательства, экономя при этом весомые средства на приобретение фотоматериалов и огромное время на их обработку. В отличие от фото или киносъемки, результат контролируется прямо во время обследования или операции. ТВ-система для офтальмоскопии в сочетании с регистрацией изображения делает доступным каждому врачу (не только офтальмологу, проводящему обследование) наблюдение глазного дна конкретного пациента.
Безусловно, принятыми и широко используемыми системами обмена информацией в офтальмохирургии в научных и учебных целях на протяжении последних десятилетий были телевизионные системы для операционных микроскопов. Развитие этих систем в других разделах оперативной хирургии существенно расширяет и ускоряет технический прогресс в создании микроскопов, в совершенствовании телевизионных комплексов в офтальмохирургии. Ставшее привычным для офтальмологов и всего персонала, занятого с больным, использование телевизионной системы в комплексе с операционным микроскопом приносит много оригинальных решений — от регистрации и тиражирования хирургических технологий до создания систем с трехмерным экранным воплощением изображения, позволяющим выполнять операции, осуществляя визуальный контроль за манипуляциями на экране. Сегодня мы продолжаем тему, начатую в прошлом номере, и предлагаем обсудить концепцию применения телевизионных систем в офтальмохирургии для операционных микроскопов.
Занимаясь в течение почти десяти лет разработкой и изготовлением таких специализированных медицинских телевизионных систем, в НПК "Зенит" сочли целесообразным расширить возможности "технического органа зрения", то есть камеры, передающей на экран монитора изображение операционного поля.
Традиционные изделия такого рода, предлагаемые сегодня на международном рынке, передают картинку "один к одному" как по масштабу изображения, так и по локализации фокусировки на объект, то есть так, как ее в данный момент видит в окуляры микроскопа офтальмохирург. В ряде случаев это не желательно, главным образом по двум причинам. Во-первых, у тех, кто наблюдает операцию на мониторе (например, группа, проходящая обучение, или директор крупного медицинского учреждения, находящийся в своем кабинете), разные задачи с офтальмохирургом, выполняющим в данный момент операцию. Во-вторых, любая ТВ-камера иначе, чем человеческий глаз, воспринимает изображение, которое может содержать участки с разной освещенностью в широком динамическом диапазоне. Поэтому, как показала практика, для получения качественного и информативного изображения операционного поля на экране монитора полезен расширенный набор режимов управления телевизионной системой.
Поясним это подробнее. Разработанная и предложенная камера (рис. 1) способна оптически (не электронным способом) независимо от микроскопа изменять масштаб изображения на экране, а также, по желанию оператора, корректировать фокусировку на выбранный объект, тоже независимо от микроскопа. Причем делать это можно с пульта управления аппаратного блока камеры, находясь непосредственно в операторной либо в другом помещении или даже в другом здании. При работе с большими увеличениями, естественно, снижается глубина резкости, поэтому режим независимой дистанционной коррекции фокусировки в случае, например, витреоретинальной хирургии оказался очень кстати. Например, идет телевизионная трансляция такой операции. При этом витреотом работает на разных высотах. С применением вышеуказанных режимов управления он выглядит на экране монитора в несколько раз крупнее, чем в окулярах микроскопа, причем резкость все время сохраняется.
Очень эффектно, с точки зрения учебного процесса, смотрятся на экране в крупном масштабе какие-либо нестандартные разрезы, швы или манипуляции во время хирургии стекловидного тела и сетчатки, выполняемые совсем уже миниатюрными инструментами. Независимо от действий хирурга можно сфокусироваться на глазное дно либо на стекловидное тело для осмотра каких-то мелких деталей, прилегающих к объекту воздействия. Третий режим, который часто оказывается полезен, это ручная регулировка электронного затвора телевизионной камеры (в фотографии аналогом является экспозиция кадра). Дело в том, что обычно ТВ-камера находится в автоматическом режиме регулировки электронного затвора. Яркость отдельных участков изображения может отличаться в сотни и даже тысячи раз, например, в случае применения эндосвета, когда торец световода находится в непосредственной близости от глазного дна и освещает небольшой фрагмент сетчатки, а верхнее освещение выключено. Глаз воспринимает такое изображение нормально и даже способен видеть при этом полутона, поскольку является сложнейшим анализатором, использующим собственные внутренние алгоритмы обработки, и адаптируется к подобным особым условиям освещения. Фотоприемник телевизионной камеры, то есть ПЗС-матрица, имеет линейный участок световой характеристики протяженностью не более двух порядков. Поэтому обычная камера, находящаяся в автоматическом режиме регулировки электронного затвора, покажет на экране ту область, где работает эндосвет, в виде пересве-ченного яркого пятна, лишенного каких-либо деталей, на общем темном фоне, поскольку воспринимает освещенность интегрально. Почти всем нам приходится встречаться с такими особенностями видеозаписей. В разработанной НПК "Зенит" камере есть возможность вручную, опять же дистанционно, выбрать такой режим экспозиции, который позволит увидеть детали на ярко освещенном участке глазного дна на общем темном фоне. Среди имеющихся регулировок есть также изменение цветового баланса, выполняемое вручную или автоматически.
Конечно, такие режимы используются не всегда, и когда нужно, можно вернуться к стандартным. Однако наградой за труд того, кто управлял камерой в процессе операции, будет прекрасная трансляция или видеозапись, где видно крупным планом то, что представляет для вас интерес, или то, на чем, по мнению преподавателя, следует заострить внимание обучаемой группы.
Следующей важной особенностью, по сравнению с традиционными камерами, является наличие в аппаратном блоке разработанной видеосистемы портативного встроенного видеомагнитофона. Вначале были разные мнения по поводу его необходимости, однако на практике выяснились его явные преимущества. Во-первых, он всегда находится в операционной. Во вторых, не нужно заботиться о его коммутации с камерой, следовательно, отсутствуют лишние провода. В-третьих, он не занимает дополнительного места. В-четвертых, аппаратный блок камеры оснащен педалью, которая всегда "под ногой" хирурга, так что, решив начать видеозапись или сделать паузу, можно вовремя это осуществить по своему усмотрению и не прибегая к помощи персонала. Моменты начала или остановки записи сопровождаются разнотональными акустическими сигналами. Отметим, что хирурги в ГУ МНТК "Микрохирургия глаза" (мы видели это сами), часто перед операцией загружают в аппаратный блок личную стандартную мини-кассету формата VHS-C, которую по окончании уносят с собой, чтобы позже проанализировать выполненную операцию. При этом они совершенно независимы от телестудии (или аппаратной), где сидит оператор и тоже ведет видеозапись, но на внешний магнитофон и не со всех камер, а только с той (или с тех), которую выбрал на этот момент директор. Камера имеет два режима регулировки цветового баланса, магистральный видеоусилитель, позволяющий транслировать видеосигнал без дополнительного усиления на 200 метров.
Иногда на операционных микроскопах можно встретить импортные камеры, имеющие моноблочное исполнение, в которых управление расположено на самой камере. Это может создать ограничения при съемке, а попытка управлять режимами во время операции создает помехи операционной бригаде. Управление особенно осложняется, когда применяют стерильные полиэтиленовые чехлы для экранирования узлов микроскопа. Описанный вариант ТВ-системы в настоящее время практически не выпускается, однако анализ особенностей ее эксплуатации подчеркивает тенденцию к вынесению пультов управления (в том числе и независимых) к заинтересованным участникам регистрации операционного действа.
Пять лет назад нашей фирмой была разработана специально для ГУ МНТК "Микрохирургия глаза" (Екатеринбургский филиал) видеокоммуникационная система для управления с единого пульта несколькими специализированными ТВ-камерами, установленными на операционных микроскопах "Zeiss". При этом отметим, что разработанный нами многофункциональный пульт (рис. 2) дает возможность наблюдать на экранах сразу все десять камер, при этом одна из них доступна в данный момент для управления, а другая (или другие) — для записи. Система содержит также встроенную дуплексную систему звуковой связи "директор — хирург" с любым рабочим местом.
Двумя годами позже для Краснодарского филиала ГУ МНТК "Микрохирургия глаза" была введена в эксплуатацию аналогичная система, в которую по просьбе директора было введено устройство фиксации идентификационного кода хирурга (рис. 3). При этом на каждом ТВ-экране в нижнем углу высвечивается двухзначное число, соответствующее коду конкретного врача данной клиники. Таким образом, видеозапись или прямая трансляция операции становится авторизованной, что облегчает последующие клинические разборы.
Пользуясь случаем, обращаемся к директорам двух вышеупомянутых филиалов. Как разработчикам, так, думается, и директорам остальных филиалов МНТК, а также иных крупных офтальмологических центров в следующих номерах газеты, возможно, было бы интересно узнать, что вы думаете об изготовленных "зенитовцами" системах. Оправдали ли они себя? Что, по вашему мнению, нуждается в изменении, какие функции следует добавить в центральный пульт управления или, наоборот, упростить? Какие режимы управления самой камерой следует усовершенствовать? Мы были бы чрезвычайно признательны вам за отзывы.
Многое из того, что говорилось здесь о системе телевидеоаудиокоммуникации, реализовано другими разработчиками в головной клинике МНТК "Микрохирургия глаза" в Москве, однако на это ушли неизмеримо большие средства.
Все сказанное относится к применению подобных телевизионных систем на щелевых лампах. Однако в этом случае чаще всего применяют камеры с упрощенным управлением, которые также разрабатывает и выпускает санкт-петербургская научно-производственная компания "Зенит".