Новые подходы к лапароскопической дополненной реальности

New approaches to laparoscopic augmented reality

Grigory Volkov

student of the magistracy, Mari State University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Ksenia Volkova

student of the magistracy, Mari State University, Russian Federation, Yoshkar-Ola

Аннотация. В данной статье рассмотрены новые подходы к лапароскопической дополненной реальности: биофотонический и самодополняющий. Также рассмотрены преимущества и недостатки каждого из подходов.

Abstract. In this article new approaches to laparoscopic augmented reality are considered: biofotonic and self-supplementing. Advantages and shortcomings of each of approaches are also considered.

Ключевые слова: лапароскопическая дополненная реальность; биофотоника; самодополнение.

Keywords: laparoscopic augmented reality; biophotonics; self-augmentation.

Существует множество подходов к созданию лапароскопической дополненной реальности. Данная сфера развития является довольно новой и весьма перспективной. Естественно, все имеющиеся подходы в дополненной реальности постоянно совершенствуются. Однако появ­ляются и новые тенденции в данной области. Рассмотрим совершенно новые подходы, которые появились в последние годы.

Рассмотрим первый подход, основанный на биофотонике (Biophotonics-based AR). Биофотоника представляет собой новый междисциплинарный метод, основной задачей которого является определить соответствие биологических свойств тканей на основе физических свойств света таких, как длина волны, фазы, который испускается или отражается от источника [1].

Данный подход базируется на технике, которая широко применяется в ангиографии. Его суть заключается в том, чтобы делать инъекции красителя флюоресцеин (indocyanine green – ICG). Данный агент, оказавшись в кровотоке и возбуждаемый лазером на соот­ветствующей длине волны, светится в определённом спектре вблизи инфракрасного диапазона. Этот спектр может перехватываться камерой, которая оборудована соответствующим фильтром. Такой метод получил свое распространение в лапароскопии для мониторинга кровоснабжения в кишечнике [2].

Биофотонический подход дает возможность создать дополненную реальность в режиме реального времени, однако он требует инъекции флюоресцирующего агента и введения специального лазерного возбуждения. Также флуоресцентная дополненная реальность может быть усовершенствована с помощью мультиспектрального изображения. Существуют исследования, которые сообщают, что ICG можно применять в качестве флюоресцеина для поддержки биопсии рака предстательной железы. Такое применение позволяется получить допол­нительную информацию при кровотоке и лимфатическом потоке [3].

Безусловно, есть множество других мультиспектральных методов, не связанных с флуоресцентной инъекцией красителя. Так ткани, которые насыщены кислородом, могут измеряться на лапароскопичекой сцене путем установки специального фильтра на эндоскопе на основе модели светового отражения [4].

Возможности данного фильтра позволяют сканировать несколько длин волн в определенном диапазоне. Однако минусом данного подхода будет тот факт, что из-за определённого темпа сканирование становится невозможной визуализация в режиме реального времени. Также возможно проявление артефактов движения. Мультиспектральное изображение, кроме того, может быть связано с фотоакустикой [5].

Основным преимуществом биофотонических подходов для допол­ненной реальности будет однозначное сопоставление дополнительной информации и лапароскопического изображения, так как эти данные приходит с одного и того же эндоскопа. Также исчезает необходимость использовать калибровку камеры, поскольку искажения объекта иссле­дования происходят одинаково при дополненной реальности и на изображении.

Подход к лапароскопической дополненной реальности, базирую­щийся на обработке изображений, имеет такое же преимущество, что и биофотонический подход. Также данный подход имеет название само­дополнение посредством лапароскопической обработки изображений (self-augmentation).

Данный подход имеет меньшее распространение. Его появление связано с применением автоматического анализа изображения в режиме реальном времени. Благодаря такому анализу можно выявить, казалось бы, скрытые структуры. Таким образом, такой подход не нуждается в дополнительном способе визуализации, как это требуется для клас­сических подходов.

Также неотъемлемым преимуществом будет то, что этот метод не нуждается в специальных камерах или флуоресцентных инъекциях красителя в отличие от биофотоники. Есть исследование, позволяющее обнаружить тонкие пульсирующие движения на поверхности тканей для выявления скрытой сосудистой сети [6].

Подобно аналоговой дополненной реальности, которая базируется на биофотонике, данный подход практически приближается к идеальному совпадению дополненной реальности и изображения.

Учитывая, что для биофотонического и самодополняющего под­ходов дополнительная информация является неотъемлемой, все равно данные методы определяются как перспективные.

Однако они требуют дополнительных исследований, так как появились недавно для выявления их ограничений и возможных перспектив развития.

В заключение можно сказать, что технологии дополненной реальности в хирурги являются активной темой исследований последних лет.

Это многодисциплинарная концепция, которая охватывает раз­личные научные области и включает в себя множество задач.