Появление
минимально-инвазивных методик открыло
новую технологическую эру в хирургии,
предъявляющую особые требования к качеству
оснащенности эндовидеооперационной.
Хирург, лишенный непосредственного
визуального и тактильного контакта с
оперируемым органом, принимает множество
самых ответственных решений только на
основе видеоизображений. В настоящей
статье описаны варианты устройства и
влияющие на качество изображения
характеристики видеокамеры – главного
компонента эндовидеосистемы.
Основой видеокамеры является чип (иные
названия: сенсор, ПЗС-матрица, charged coupling devise -
CCD) – полупроводниковая пластина,
поверхность которой поделена на сотни
тысяч световоспринимающих элементов -
пиксел. Когда серия световых квантов
попадает на поверхность чипа, тот
генерирует электронный сигнал, посылаемый
в процессор, который в свою очередь и
преобразует его в изображение на экране
монитора.
Цветность достигается различными
методами, простейший - цветовая решетка,
помещенная перед чипом, позволяет
отдельному пикселу воспринимать только
красный, зеленый либо синий цвет, а общая
цветная картинка создается сложением трех
отдельных в процессоре. Другой метод
построен на принципе стробоскопии, когда
один и тот же чип за 1/30 долю секунды
получает через электронный фильтр красную,
затем в следующую 1/30 секунды зеленую, и
наконец синюю составляющую светового
потока, они фиксируются в памяти процессора,
и 10 раз в секунду формируется составной
визуальный сигнал. Наконец третий, наиболее
дорогой принцип основан на разделении
естественного светового луча оптической
призмой три цветных (красный, зеленый и
синий), которые воспринимаются тремя
отдельными чипами. За счет этой технологии трехчиповая
камера передает больше информации,
обладает лучшей разрешающей способностью и
более высокой световой чувствительностью,
нежели одночиповая, однако превышает
последнюю по цене в два-три раза.
В зависимости от качества и стоимости
исходных компонентов, а также удачности
программных решений видеокамеры различных
производителей могут в разы отличаться по
своим характеристикам.
Основные технические характеристики
видеокамер, по которым можно судить о
качестве видеоизображения, следующие:
Световая чувствительность (минимальный
уровень освещенности) измеряется в люксах и
показывает интенсивность светового потока,
необходимую для отображения объекта. Это
важно для адекватной оценки
интраоперационных состояний. Кроме того,
при низкой чувствительности видеокамеры
хирург вынужден увеличивать за счет
мощности осветителя световой поток, что
может вызвать бликование изображения и
повышенный износ световода и эндоскопа за
счет их чрезмерного нагрева. Трехчиповые
видеокамеры в силу конструктивных
особенностей имеют более высокую
чувствительность – на уровне 1-2 люкса, хотя
одночиповые камеры некоторых
производителей (Storz, GIMMI, Wolf) также вплотную
подошли к барьеру в 1 люкс.
Скорость срабатывания электронной
диафрагмы показывает, насколько быстро
компьютерный микропроцессор видеокамеры
реагирует на изменяющиеся условия
освещенности объекта. Главным образом, это
связано с осевыми перемещениями эндоскопа
в брюшной полости – в качестве примера,
орган на расстоянии 2-3 см от объектива
лапароскопа (рабочее расстояние) освещен в
36-56 раз больше, чем на расстоянии 12-15 см (расстояние
от троакара до органа). Эта дистанция
преодолевается хирургом за секунду и
видеокамера должна адекватно
подстраиваться к стремительно меняющимся
условиям освещенности. Тем не менее, иногда
эта функция мешает и приятно, что в ряде
моделей существует кнопка ее выключения.
Кроме того, существует проблема, успешно
решенная в отдельных моделях: в полостях,
особенно в брюшной, расстояние до объекта
вмешательства (в центре) намного меньше, чем
до окружающих органов и структур (на
периферии). Микропроцессор камеры
производит постоянную оценку уровня
освещенности и при попытке обеспечить
адекватное изображение на всём экране
повышает чувствительность. Это улучшает
восприятие большей площади изображение, но
приводит к бликам в небольшой, но наиболее
важной для хирурга, зоне. Эти блики исчезают
при отдалении от объекта – тогда теряются
детали, попытки же приблизиться к зоне
вмешательства вновь приводят к прежнему
эффекту. Решение этой проблемы возможно при
наличии функции SPOT («пятно») – оценка
уровня освещенности осуществляется не по
всей площади изображения, а лишь по
наиболее важной для хирурга области –
центральной (Digicam VI – GIMMI).
Уровень отношения шума к полезному
сигналу измеряется в децибелах. Средние
значения – около 50 dB. Чем выше показатель,
тем меньше помех и шумов присутствует в
видеосигнале, тем «чище» изображение.
Разрешающая способность связана с
количеством отдельных элементов –
пикселов, размещенных на ПЗС-матрице. Часто
производители указывают один из трех
вариантов, по которому можно судить о
разрешающей способности:
-
количество пикселов, например, 438
тысяч пикселов,
-
размещение пикселов, например,
752x582, что более информативно, поскольку
произведение этих цифр и дает в результате
их общее количество (здесь - 438.000). Это часто
встречающееся значение связано с
телевизионным форматом PAL - 720x576);
-
разрешение по горизонтали –
например, 480 линий.
Нужно отметить, что количество
пикселов не всегда точно коррелирует с
разрешением видеокамеры - это наглядно
демонстрируется в сравнительной таблице на
следующем развороте. Кроме того, здесь есть
еще один подводный камень – увеличение
количества пикселов не ведет напрямую к
повышению качества получаемого
изображения. В силу разных причин, прежде
всего из соображений компактности и цены,
производители стремятся использовать
матрицу меньшего размера, при этом размещая
на ней то же самое количество отдельных
пикселов. Разумеется, пиксел меньшего
размера будет обладать сниженной
чувствительностью в условиях плохой
освещенности – а под это определение
практически всегда подходит чуть ли не
большая часть операционного поля, за
исключением центральной зоны.
Современные компьютерные технологии
позволяют производить дополнительную
цифровую обработку видеосигнала:
-
Enhancement – усиливает
контрастность краев объектов и структур,
что делает картинку более четкой, более
резкой («цифровая дополнительная настройка
на резкость»). Возможность отключения этой
функции (GIMMI, Storz) позволяет работать не
только с ригидной, но и гибкой оптикой – в
противном случае подобная «настройка на
резкость» выделяет и усиливает мозаичность
изображения.
-
Gain - микропроцессорное
усиление яркости изображения позволяет с
большим комфортом оперировать в условиях
сниженной освещенности (Stryker, GIMMI, Storz).
Однако нельзя забывать, что при прочих
равных условиях данное цифровое усиление
яркости ведет к снижению контрастности
объекта.
-
Dynamic Range Enhancement (Динамическое
Усиление Диапазона) происходит
отфильтровка движущихся частиц - "шумового
сигнала" - и на экран монитора выводится
изображение, свободное от них. Данная
функция видеокамеры (Alpha
VapClear – GIMMI) позволяет снизить время
операций, во время которых осуществляется
частая коагуляция или в жидкой среде
присутствуют посторонние взвеси, отпадает
необходимость производить десуффляцию (лапароскопия)
или активное промывание зоны вмешательства
(гинекология, урология, артроскопия).
Баланс белого цвета (white balance).
Ушли в прошлое времена, когда хирург перед
каждой операцией должен был напряженно
замереть, чтобы «поймать» в центр шкалы
метку на экране монитора. Теперь все
видеокамеры снабжены автоматической
системой настройки баланса белого цвета.
Однако кнопка настройки белого баланса не
исчезла - ее наличие связано с "цветовыми
температурами" различных типов
осветителей. Поскольку даже заметные на
глаз голубоватый оттенок света ксеноновых
ламп и желтоватый - галогеновых - искажают
истинную цветопередачу, видеокамера
проводит их коррекцию. Камера "запоминает"
существующие на тот момент отличия
видеосигнала от реального белого цвета и
производит настройку электронного
светофильтра.
Таким образом, при выборе видеокамеры
следует адекватно оценивать не только цену
комплекта (блок управления, головка, шнур),
но и чуствительность (не < 2 лк), разрешение
(>450 линий), отношения сигнала к шуму (50 dB и
более), наличие дополнительных вариантов
цифровой обработки видеосигнала.
Проведя сравнение по техническим
характеристикам и стоимости, хирург
подходит к непосредственному выбору
аппарата. И здесь сравнивается удобство в
работе. Головка камеры должна быть
компактной, легкой, удобно лежать в руке.
Неплохо, когда на ней размещены кнопки
управления, например, видеомагнитофоном
или видеоархиватором. Вызывает некоторые
сомнения целесообразность размещения на
ней кнопок настройки резкости и баланса
белого – их случайное нажатие во время
операции приведет к сбою настроек, может
вызвать остановку вмешательства и,
теоретически - осложнение.
Наличие дополнительной защиты шнура в
месте выхода из головки снижает
вероятность его механической поломки, что
также важно, поскольку замена
поврежденного шнура - весьма дорогая
манипуляция.
Разумеется, поскольку видеокамера является зачастую наиболее дорогим компонентом видеостойки, необходимо соблюдать определенные правила ее эксплуатации:
Видеокамера - правила безопасности, инструкция, устранение мелких неисправностей
Иногда
пользователь отмечает, что
при работе с разными
компонентами видеосистемы
размер изображения на мониторе
варьирует. Особенно это
заметно при смене диаметра
оптики: при полноэкранном
изображении от 10 мм лапароскопа
та же видеокамера дает
небольшое круглое окошко,
присоединенная к 4 мм оптике (гистероскопия,
цистоскопия и т.п.). Отчего же
это зависит, как изменить
размер картинки на экране?
Величина изображения на экране монитора зависит от соотношения нескольких компонентов видеосистемы. Изменить
же его можно меняя величину фокусного расстояния объектива видеокамеры.
Для этого надо либо подбирать (менять)
видеоадаптеры с различной
величиной фокусного расстояния,
либо использовать объектив с
зумом (zoom).
На схеме представлена
изменение размера "круглого" изображения, отображаемого на экране монитора в зависимости от диаметра оптики и
величины фокусного расстояния
видеообъектива.