Разработка нового артроскопа височно- нижнечелюстного сустава с четырехкратным углом и многостороними полями обзора. Часть 1: артроскоп с полем обзора 195 градусов Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

УДК 531/534:57+612.7

РАЗРАБОТКА НОВОГО АРТРОСКОПА ВИСОЧНОНИЖНЕЧЕЛЮСТНОГО СУСТАВА С ЧЕТЫРЕХКРАТНЫМ УГЛОМ И МНОГОСТОРОНИМИ ПОЛЯМИ ОБЗОРА. ЧАСТЬ 1: АРТРОСКОП С ПОЛЕМ ОБЗОРА 195 ГРАДУСОВ

Т. Шимода*, С. Цуцуми**, Т. Хонда*

‘Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Fukuoka Dental College, Fukuoka, Japan

‘‘Department of Medical Simulation Engineering, Institute for Frontier Medical Sciences, 53 Kawahara-cho,

Shogoin, Sakuo-ku, Kyoto 606-8507, Japan, e-mail: tsutsumi@frontier.kyoto-u.ac.jp

‘Стоматологический колледж, кафедра челюстно-лицевой хирургии, г. Фукуока, Япония

“Институт передовых медицинских наук, кафедра медицинского моделирования в инженерии, г. Киото,

Япония

Аннотация. Для удачного артроскопического оперирования височнонижнечелюстного сустава является существенным большое свободное и ясно обозримое хирургическое поле [1-9]. Успех подобной операции заключается в ее безопасности, точном расположении индикатора и многочисленных катетеров, а также в решении проблем, связанных со «слепыми местами». Однако в артроскопии изначально присутствуют ограничения области обзора и фоновой информации, обусловленные малой площадью рабочей области сустава.

Авторами разработана артроскопия с четырехкратным углом и многосторонними полями обзора для преодоления недостатков артроскопической хирургии. Артроскопия позволяет хирургу увеличить обзорность операционного поля до 196 градусов (так видит свободный человеческий глаз) и обеспечивает работу в операционном канале диаметром 1,2 мм.

Клиническое применение этого инновационного артроскопа позволяет хирургу получить широкое поле обзора. Каждое из четырех изображений отражается на телевизионном мониторе и может быть просто преобразовано для получения пространственной информации.

В данной работе представлен детальный отчет о механизме артроскопа с четырехкратным углом и многосторонними полями обзора, включая его блок управления камерами.

Ключевые слова: артроскопия височно-нижнечелюстного сустава, панорамные виды, многосторонный обзор.

Введение

В течение всего времени с тех пор, как в 1988 году авторами была предложена артроскопия височно-нижнечелюстного сустава, они понимали, что существуют рамки для ее применения в хирургии. Помимо постоянных проблем в получении фоновой информации основное препятствие состояло в ограниченности артропластического представления верхней височно-нижнечелюстной суставной впадины (емкость от 2,5 до 3,0 миллилитров) из-за малого пространства и недостаточной глубины.

© Т. Шимода, С. Цуцуми, Т. Хонда, 2003

В данной работе представлены показания для применения и последствия использования нового разработанного артроскопа с многосторонними полями и четырехкратным углом обзора, возможные при единственном проколе при артроскопии в полость суставной впадины с полным углом обзора около 195 градусов в пневматических условиях.

Метод и материалы

Пробные оценки рассматриваемого артроскопа височно-нижнечелюстного сустава уже были частично изложены в 1996 году (патент №8-220304, Япония). Технические параметры нового протеза: диаметр индикатора - 3 мм, внешний диаметр катетера - 3,5 мм, его эффективная длина - 135 мм и общая длина - 180 мм. Для того, чтобы получить угол обзора около 195 градусов, все четыре направленных изображения располагались в той же горизонтальной плоскости.

Для охвата в 195 градусов использовались призмы с передним диагональным полем обзора при направляющем угле 20 градусов (угол обзора около 100 градусов) и с боковым диагональным полем обзора в 65 градусов (угол обзора около 80 градусов). Зонд фиброскопа и четырехкратный угол обзора имеют одно и то же число точек на рисунке - от 10000 до 12000, которое достаточно для обеспечения ясного изображения во время клинического применения (табл.). Интенсивность светового источника отличается при наличии и отсутствии призм. Поэтому фиброскоп был спроектирован с возможностью калибровки для регулировки интенсивности источника света. При этом использовались два зонда, каждый из которых обладал передним диагональным и боковым полями обзора, как это уже было описано выше. Более того, рабочий канал (внутренний диаметр 1,2 мм) для введения щупа в этот фиброскоп делает возможным использование лазера для разреза, шлифования и/или гомеостатических измерений.

Информация на изображениях, полученных от каждого из четырех зондов, проходила через блок управления камерой, блоки камеры и видео наблюдения и затем окончательно отображалась на экране цветного монитора как четыре независимых снимка. Таким образом, в настоящее время стало возможным показать их независимо или по выбору работающего хирурга в комбинации для получения произвольного рисунка. Что касается зонда, использующего призму с боковым диагональным полем обзора в 65 градусов, то возможная инверсия изображения предотвращалась с помощью разработанной подобной крыше призмы для окуляра. Это привело к непрерывности множества серии изображений.

Обсуждение

Вообще говоря, в хирургии височно-нижнечелюстного сустава используется артроскоп с диаметром индикатора 2,3 мм (катетер имеет внешний диаметр 2,8 мм), но возникают неизбежные ограничения для хирургических манипуляций. Поэтому для достижения эффективного и достаточного обзора операционного поля были определены оптимальный метод и расположение прокола для введения артроскопа в суставную впадину.

Рис. 1. Вид сверху и спереди на поля обзора в новом артроскопе с углом охвата 195 градусов. Схематическая иллюстрация направления и перекрытий четырех изображений, слева показан вид сверху, справа - вид спереди

Рис. 2. Общий вид нового спроектированного артроскопа с четырехкратным охватом: (а) -осветительные волокна, (б) - увеличенный вид окуляров с прикрепленными CCD камерами

Волокно Волокно Крышеподобная

изображения Окуляр изображения Окуляр призма

Рис. 3. Иллюстрация стандартного окуляра (а) и нового крышеподобного окуляра (б)

Дополнительно для модификации и/или усовершенствования в хирургической техники были проведены пробные оценки с артроскопом, имеющим стержневые линзы с широким углом охвата (диаметр индикатора 3,1 мм/зонд, внешний диаметр 3,5 мм), с артроскопом малого калибра (диаметр индикатора 0,6 мм/зонд, внешний диаметр 1,2 мм) и с доступными фиброскопами таких же размеров.

Из пробных оценок нового разработанного артроскопа были получены результаты, свидетельствующие о том, что возможно одновременно визуализировать на мониторе переднюю, срединную и боковую стороны суставной впадины. Следовательно, новый индикатор способен обеспечить максимальное количество информации, равное информации, получаемой невооруженным глазом человека.

]о| ООООІ оооо

—

01 оооо

оооо

- н оооо

оооо

Н0 ООООІ

и і ООООІ

4 камеры

Блок управления цифровой камерой

I

Источник света для косых видов

■ о

Блок цифровой обработки изображения

Ц НИШ ■■ ■ 1 а 0 0 □

—ш Ш

Цветной монитор 21’

Источник света для боковых видов

Рис. 4. Схема системы визуального мониторинга. Внизу слева показаны два световых источника с четырьмя камерами и их управляющими блоками (выше). Блок цифровой обработки изображений показан в верхней части схемы. На мониторе внизу видны одновременно четыре отдельных изображения, полученных от артроскопа

Перед

Внешняя

сторона

Внутренняя

сторона

Зад Вид сверху

Сагиттальный вид

Рис. 5. Действительные переданные изображения, полученные с помощью нового артроскопа, сверху (левая часть рисунка) и сбоку (правая часть рисунка) верхнего пространства сустава. * Артроскопические изображения задневнутренней области в верхней части суставного пространства, полученные с помощью нового артроскопа (верхний ряд снимков). ** Артроскопические изображения центральной области верхнего суставного пространства (средний ряд снимков). *** Артроскопичесие изображения переднелатеральной области верхнего суставного пространства (нижний ряд снимков)

Таблица

Особенности нового спроектированного артроскопа с углом обзора 195 градусов____________

Эффективная длина индикатора 135,0 мм

Общая длина индикатора 1800,0 мм

Длина общего проводника 1365,0 мм

Длина разветвленных проводников 300,0 мм

Угол обзора, поле обзора, фокусное расстояние (1) 65°, вид сбоку: 67°, 2-20 мм

Угол обзора, поле обзора, фокусное расстояние (2) 20°, вид сбоку: 100°, 3-50 мм

Угол обзора, поле обзора, фокусное расстояние (3) 20°, вид сбоку: 100°, 3-50 мм

Угол обзора, поле обзора, фокусное расстояние (4) 65°, вид сбоку: 67°, 2-20 мм

Окуляр (экран, отображающий 4 вида одновременно) Г-8

Штекер зонда штекер АСМ1

Расположение зондов для окуляра (верхний ряд) Левый и правый наклоннные виды

Расположение зондов для окуляра (нижний ряд) Левый и правый боковые виды

Число изображающих точек 10000

Отвод световода Тип КАСН1

Диаметр световода, Число световодов 250 мкм x 12, 500 мкм x 2

Тип захвата Мини-захват типа карандаша с рабочим каналом

Покрытие индикатора 5^ трубка 2,8/3,0

Однако из-за ограничения отверстия артроскопии получаемые изображения по-прежнему рассматриваются как недостаточные для установленного нами стандарта. Поэтому на пути получения более полного и определенного изображения мы находимся лишь на предварительной стадии развития артроскопа с большим отверстием, которая сопровождается разработкой системы панорамного изображения с компьютерной обработкой графики, основанного на четырехкратном угле обзора. В будущем вместо расположения зондов в одной плоскости планируется разработать артроскопы с трехмерным распределением зондов, имеющих охват по 60 градусов, для визуального представления операционной области с многих углов и для получения и накопления пространственной информации.

Заключение

В данной работе представлен детальный отчет о механизме артроскопа с четырехкратным углом и многосторонними полями обзора, включая систему управления камер. Система нового артроскопа височно-нижнечелюстного сустава с четырехкратным углом и многосторонними полями обзора позволяет получить изображение с максимальной информативностью. Более того, этот артроскоп обеспечивает создание рабочего канала диаметром 1,2 мм. Однако из-за ограниченного отверстия этого нового разработанного артроскопа полученные изображения по-прежнему считаются недостаточными для установленных нами стандартов. Поэтому на пути получения более полного и определенного изображения мы находимся лишь на предварительной стадии развития артроскопа с большим отверстием.

Список литературы

1. Ohnishi M. Clinical application of arthroscopy in the temporomandibular joint disease // Bull. Tokyo Med.

Dent. Univ. 1980. V. 27. P. 141-150.

2. Murakami K. and Ono T. Temporomandibular joint arthroscopy by infero-lateral approach // Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 1986. V. 15. P. 410-417.

3. Tarro A.W. Arthroscopic diagnosis and surgery of the temporomandibular joint // J. Oral Maxillofac. Surg. 1988. V. 46. P. 282-289.

4. Israel H.A. Technique for placement of a discal traction suture during temporomandibular joint arthroscopy // J. Oral Maxillofac. Surg. 1989. V. 47. P. 311-313.

5. Ohnishi M. Newly designed needle scope system for the arthroscopic surgery by double-channel sheath

method // J. Japan Soc. TMJ. 1989. V. 1. P. 209-216 (in Japanese).

6. McCain J.P. and Delarula H. A modification of the double puncture technique in temporomandibular joint arthroscopy // J. Oral Maxillofac. Surg. 1990. V. 48. P. 760-761.

7. Honda T., Shimoda T., Ukon S. and Sumiyoshi S. Development of the new instruments for TMJ arthroscopic surgery // Dental Material Journal. 1992. V. 11. P. 83-96.

8. Chan A.C., Chung S.C., Yim A.P., Lau J.Y., Ng E.K., Li A.K. Comparison of two-dimensional vs threedimensional camera systems in laparoscopic surgery // Surg. Endosc. 1997. V. 11. No. 5. P. 438-440.

9. Shimoda T. Medical scope Japanese Patent application H10-43127. P. 1-10. 1998 (in Japanese).

DEVELOPMENT OF A NEW TMJ ARTHROSCOPE COMBINED WITH A QUARTET ANGLE AND MULTIPLE FIELDS OF VISION.

PART I: ARTHOSCOPE WITH A VISUAL FIELD OF 195 DEGREES

T. Shimoda, S. Tsutsumi, T. Honda (Fukuoka, Kyoto; Japan)

A large unobstructed and clearly visible surgical field is essential for a successful arthroscopic surgery of the temporomandibular joint (TMJ). The success of arthroscopic TMJ surgery lies in its safety, accurate positioning of the scope and multiple cannulas, and resolving the problems associated with blind spots. However, arthroscopy is fated with limitation in the range of vision, attainment of background information, and the difficulty due to extreme limitation in working space of the TMJ.

We developed an arthroscope combined with a quartet angle and multiple fields of vision to solve the shortcomings of arthroscopic surgery. The arthroscope enables the surgeon to increase the visibility of the surgical field to 196 degrees, the same visibility as the unobstructed human eye. This arthroscope provides with an operative working channel of 1.2 mm in diameter.

The clinical use of this innovative arthroscope provides the surgeon with a wide field of vision. Each of the four images is visualized on the TV monitor and can easily be reconstructed to relate with the 3-D information.

Herein we report on the detailes of the mechanism for the arthroscope combined with a quartet angle and multiple fields of visions including its camera control unit.

Key words: TMJ arthroscope, panoramic views, multiple fields of vision.

Получено 15 мая 2003 года