Waarom 3D?

3D-technologie tijdens operaties

Het menselijk brein kan redelijk goed diepte inschatten op basis van 2D-afbeeldingen. Het baseert die inschatting op verschillende factoren, waaronder het relatieve formaat van afgebeelde objecten, beweging, textuur, verlichting en/of scherpte. Ook bij een film in 2D weten kijkers precies waar alle elementen op het scherm zich bevinden ten opzichte van elkaar.

Maar als het brein alleen de input van één oog krijgt, kan het diepte veel minder goed inschatten. Ongetwijfeld heeft u dit zelf wel eens geprobeerd door simpelweg één oog te sluiten. Misschien was het lastig om de hoogte van een traptrede in te schatten en struikelde u even. En als u probeert om een bal te vangen met één oog dicht, is de kans groot dat u er een paar centimeter naast zit.

Mensen kunnen op zich diepte inschatten op basis van een tweedimensionaal beeld. Maar ze kunnen dat niet heel goed. Tijdens operaties is nauwkeurigheid echter letterlijk van levensbelang. Daarom maakt 3D-technologie hier ook een groot verschil. Veel artsen geven de voorkeur aan 3D-chirurgie, omdat ze hiermee de diepte beter kunnen inschatten dan op basis van 2D-beeldvorming. Zo kunnen ze hun instrumenten tijdens een operatie exact juist plaatsen, wat inwendig letsel voor patiënten kan voorkomen.

3D-technologie tijdens operaties

Om ervoor te zorgen dat iemand beelden in 3D waarneemt, moet een weergavesysteem nabootsen hoe onze eigen ogen 3D zien. Als u uw hand voor uw gezicht houdt en uw linkeroog dichtdoet, lijkt uw hand zich links in uw gezichtsveld te bevinden. Sluit u uw rechteroog, dan lijkt uw hand zich meer naar rechts te bevinden. Opent u beide ogen, dan ziet u uw hand centraal in uw gezichtsveld. Het brein ontvangt twee verschillende signalen van beide ogen en verwerkt deze tot één 3D-beeld. Zo kan het diepte zien en objecten in het blikveld nauwkeurig positioneren.

Dit kan worden nagebootst met beeldopnamen van twee camera's die zich naast elkaar bevinden. Een weergaveapparaat zorgt er vervolgens voor dat één beeld alleen zichtbaar is voor het linkeroog en het andere beeld voor het rechteroog. Hiermee kan het brein een stereoscopisch dieptegevoel genereren.

Er zijn verschillende manieren om 3D-beelden weer te geven op monitoren en televisies. De meest gebruikte methoden zijn gepolariseerde 3D, wat veel wordt toegepast in bioscopen, en active shutter 3D, wat in televisies wordt gebruikt. Voor operatiezalen heeft gepolariseerde 3D de voorkeur. Om te begrijpen waarom, is het handig als u begrijpt hoe de verschillende technologieën werken.

De werking van gepolariseerde 3D

Bij gepolariseerde 3D-technologie worden beelden weergegeven op één enkel display, maar zowel dat display als de bril zijn voorzien van een zogeheten polarisator. Die creëert twee verschillende beelden, één voor elk oog. Deze technologie wordt ook toegepast in onze operatiemonitoren CuratOR EX3220-3D en EX2620-3D. Het is een kosteneffectieve oplossing die vele voordelen biedt.

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

De technologie voert licht door een circulaire polarisator, zodat het met de klok mee of tegen de klok in draait. Het linker brillenglas wordt vervolgens voorzien van een polarisator die met de klok mee draait, terwijl de polarisator op het rechterglas tegen de klok in draait. Zo laat het linkerglas het “rechtsdraaiende” licht door en reflecteert het het “rechtsdraaiende” licht weg van het oog. Op de monitor zijn de links- en rechtsdraaiende circulaire polarisatoren in verticale banden geplaatst, die afwisselend worden gezien door het linker- en rechteroog.

Het systeem gebruikt twee videosignalen, opgenomen vanuit twee enigszins verschillende perspectieven. Op de monitor worden de beelden van de linkercamera weergegeven onder de rechtsdraaiende polarisatoren en die van de rechtercamera onder de linksdraaiende polarisatoren.

De werking van gepolariseerde 3D

De werking van active shutter 3D

Bij active shutter wordt het 3D-beeld verkregen door snel af te wisselen tussen het signaal van de linker- en rechtercamera. Hierbij wordt het linkerglas van de bijbehorende bril geblokkeerd als het rechterbeeld getoond wordt, en andersom.

Voor ieder frame in een video schakelt de monitor snel over van het signaal van de linkercamera naar dat van de rechtercamera. Dit betekent dat als een monitor normaal gesproken één frame per seconde weergeeft, er voor een 3D-weergave dan twee frames per seconde nodig zijn: eerst het linkerframe, dan het rechterframe.  Om deze frames van elkaar te scheiden zodat het linkeroog alleen het linkerframe ziet en andersom, wordt in de bril steeds het tegenoverliggende brillenglas synchroon met de schermweergave geblokkeerd. Hiervoor wordt elektriciteit door het vloeibaar kristal van het brillenglas geleid, zodat het tijdelijk ondoorzichtig wordt. Als de linker camerafeed op het display wordt weergegeven, wordt het rechterbrillenglas ondoorzichtig, en andersom.

Active Shutter
Hier ziet u dat als de linker camerafeed op het display wordt weergegeven, het rechterbrillenglas ondoorzichtig wordt, en andersom.

Waarom gepolariseerde 3D het beste is voor chirurgische toepassingen

De belangrijkste reden om voor chirurgie te kiezen voor gepolariseerde 3D is simpel: de technologie is veilig en betrouwbaar. Omdat er geen elektriciteit nodig is voor de polarisatie, hoeven er ook geen batterijen te worden aangesloten op de bril van de chirurg, wat wel nodig is voor de active shutter-technologie. Operaties kunnen lang duren en uitval van de batterij halverwege zou vervelende consequenties kunnen hebben voor de patiënt. Daarnaast zijn brillen met active shutter-technologie gevoeliger voor storingen. Als de synchronisatie van het display en de bril niet volledig gelijkloopt, wordt het beeld van de linkercamera weergegeven door het rechterbrillenglas en andersom. De brillenglazen bij gepolariseerde 3D zijn statisch, ze werken zonder batterij. Het beeld kan dus ook niet verstoord worden, zodat deze technologie betrouwbaarder is. Daarnaast is de productie goedkoper, omdat er geen elektrische componenten in verwerkt zijn.

Een prettige bijkomstigheid: een display met gepolariseerde 3D-technologie heeft geen flikkerrisico. Bij active shutter-technologie wordt snel geschakeld tussen beelden. Gebruikers nemen hierdoor vaak flikkeringen waar, die oncomfortabel zijn en zelfs hoofdpijn kunnen veroorzaken. Bij de gepolariseerde 3D-technologie is dit risico niet aanwezig. Bovendien kunnen met deze technologie ook helderdere beelden worden weergegeven dan met active shutter. 

Om 3D-beelden te genereren zijn er echter wel enkele kleine nadelen ten opzichte van de traditionele tweedimensionale weergave. Een display met gepolariseerde 3D-technologie geeft geen hele beelden weer, aangezien die in stroken worden opgedeeld. De beeldkwaliteit in vergelijking met een 2D-weergave is daardoor minder exact. Bij active shutter kan ieder frame slechts de helft van de tijd worden weergegeven in vergelijking met een 2D-videostream. Een ander nadeel: door een afwijkende uitlijning van de camera's hebben veel gebruikers na langere tijd last van hoofdpijn of misselijkheid. 3D-systemen, zoals de CuratOR EX3220-3D, hebben hiervoor ingebouwde oplossingen, waarmee de parallax van de beelden kan worden aangepast aan de ogen van de gebruiker. 

Uiteindelijk wegen de voordelen van 3D-technologie – met name gepolariseerde 3D – op tegen de nadelen, aangezien artsen chirurgische beelden veilig kunnen zien met een gevoel van diepte.

Conclusie

3D-technologie verovert de medische wereld met rasse schreden. Veel artsen geven er de voorkeur aan, vanwege de betere dieptewaarneming. De technologie wordt nog steeds doorontwikkeld en zal waarschijnlijk nog veel worden verbeterd. Gepolariseerde 3D geniet de voorkeur voor operaties, omdat het veiliger is en betrouwbaarder dan active shutter, een hogere beeldhelderheid biedt en goedkoper kan worden geproduceerd.

De nieuwste 3D-operatiemonitoren van EIZO maken gebruik van circulaire polarisatie om heldere, scherpe 3D-beelden te leveren voor chirurgen.