Стереоскопический или трехмерный фильм появился еще вначале 1900-х, но пик его популярности пришелся на начало 2000-х, благодаря широкому использованию в кинотеатрах.  С недавних пор 3D технологии стали использоваться в медицинской сфере (например, робот-ассистированная хирургическая система «da Vinci» и 3D-эндоскопия). Сейчас можно сказать, что в данной сфере произошел настоящий прорыв, благодаря тем преимуществам, которые предоставляет 3D-технология.

Почему 3D?

Человек без труда может определить глубину изображений в пространстве в формате 2D. Для этого мы используем различные методы, определяем относительный размер объектов, движения, фактуру, освещение и/или фокус. При просмотре фильмов даже в формате 2D мы точно понимаем соотношение предметов в пространстве.  

Но представьте, что вам необходимо закрыть один глаз, в таком случае точность вашего пространственного зрения значительно снизится. Вы обнаружите, что вам не под силу точно определить высоту ступеньки и немного оступитесь, или попытаетесь поймать мяч, но промахнетесь на несколько сантиметров.  

Человек способен определять глубину в формате 2D, но с определенной погрешностью. Именно поэтому, в хирургии, где от точности зависит жизнь человека, предпочтительнее использовать 3D-технологии. Большинство врачей предпочитают использование стереоскопических изображений при проведении операций, т.к. они дают ощущение глубины пространства, которое невозможно получить при просмотре изображений в формате 2D. В хирургии это очень важный момент, т.к. от точности движений хирурга и правильного положения инструментов зависит благополучный исход операции.   

3D-технологии при проведении операций

Для того, чтобы воспроизводить изображение в формате 3D, системы визуализации должны имитировать то, как наши собственные глаза воспринимают такие изображения. Если вы поставите руку перед лицом и закроете левый глаз, то заметите, что ваша рука находится левее, а если вы закроете правый глаз, то вам покажется, что рука находится правее. В то же время, когда оба глаза открыты, то оказывается, что рука находится прямо посередине. Наш мозг воспринимает два разных изображения – каждый глаз видит свое изображение, и преобразует их в одно трехмерное. Таким образом, наш мозг способен определять глубину объектов в пространстве, находящихся перед нами.

Мы можем имитировать это посредством записи изображения с двух камер, расположенных рядом друг с другом. При этом устройство визуализации, обеспечивает видимость одного изображения только левому глазу, а другого изображения только правому. Благодаря этому, наш мозг получает стереоскопическое ощущение глубины пространства.

Существует несколько способов создания 3D-изображения на мониторе и телевизоре. Сейчас наиболее распространенными способами являются использование поляризационной (пассивной) 3D-технологии, которая часто встречается в кинематографе, и активной 3D-технологии, которая применяется в телевизорах. Для проведения операций более предпочтительной является поляризационная 3D-технология. Почему же именно она? Чтобы ответить на этот вопрос вам следует понять, как работает каждая из технологий.   

Принцип работы поляризационной 3D-технологии

Поляризационная 3D-технология воспроизводит изображения на одном экране, но использует поляризатор для монитора и очков, чтобы создать два отдельных изображения для каждого из глаз. Эта технология используется в хирургических мониторах CuratOR EX3220-3D and EX2620-3D. 

Принцип действия пассивной 3D-технологии основывается на том, что свет проходит через круговой поляризатор, который заставляет его двигаться по или же против часовой стрелки. В очках левая линза воспринимает только свет, двигающийся по часовой стрелке, а правая – против часовой стрелки. На мониторе круговые поляризаторы, двигающиеся по/против часовой стрелки, располагаются в виде строк, таким образом, что одни строки видны только левому глазу, а другие -  только правому. 

Для того, чтобы получить видео в таком формате вам необходимо иметь два источника видеосигнала, поступающих с различных ракурсов. Устройство воспроизведения преобразует изображение на экране так, что видеопоток с левой камеры воспроизводится поляризатором по часовой стрелке, в то время как видеопоток с правой камеры воспроизводится поляризатором против часовой стрелки.  

Принцип работы активной 3D-технологии

Активная 3D-технология создает 3D-изображение путем быстрого переключения между видеопотоками, поступающими с левой и правой камер. При этом левая линза блокируется, когда воспроизводится правое изображение, а правая линза блокируется при воспроизведении левого изображения.  

Для воспроизведения каждого видеокадра монитор быстро переключается между левым и правым видеопотоками. Это означает, что если, например, монитор воспроизводит один кадр в секунду, то 3D-монитор должен воспроизводить два кадра в секунду – сначала левый кадр, а затем правый. Для того чтобы разделить эти кадры так, чтобы левый глаз видел только левое изображение и наоборот, очки затемняют противоположную линзу синхронно с переключением на экране. Это происходит путем передачи электрического сигнала жидкокристаллическим линзам на очках, благодаря чему они становятся светонепроницаемыми. В то время как на экране воспроизводится левое изображение, затемняется права линза, при воспроизведении правого изображения - затемнеется левая. 

Здесь вы можете видеть, как при воспроизведении на экране левого изображения правая линза становится темной и наоборот.

Предпосылки использования пассивной 3D-технологии при проведении операций

Главными причинами использования поляризационной 3D-технологии при проведении операций является ее безопасность и надежность. Так как для процесса поляризации не требуется электричество, то для очков, которые использует врач, не нужен аккумулятор, в отличие от активной 3D-технологии. Это крайне важно при проведении длительных операций во избежание разрядки аккумулятора, которая может негативно отразится на здоровье пациента. Более того, в очках для активной 3D-технологии могут возникать перекрестные помехи, при этом синхронизация между монитором и очками теряется. Левое изображение может перемещаться в правую линзу и наоборот. Так как поляризационные 3D-очки являются статическими, то нет вероятности искажения изображения, а это делает поляризационную 3D-технологию более надежной. Кроме того, благодаря отсутствию электронных компонентов, производство поляризационных 3D-мониторов обходится дешевле.    

Еще одним преимуществом пассивной 3D-технологии является отсутствие мерцания. Из-за быстрого переключения между изображениями в активной 3D-технологии, пользователи часто замечают мерцание, которое может вызывать дискомфорт и головные боли. В этом отношении поляризационная 3D-технология безопаснее для здоровья. Более того, она позволяет получить более яркие изображения, чем при использовании активной 3D-технологии.  

Так или иначе, но у 3D-изображения существуют некоторые недостатки по сравнению с изображением формата 2D. Поляризационная 3D-технология воспроизводит изображение не целиком, а разделяет его на строки, что снижает качество изображения по сравнению с форматом 2D. Кроме того каждый кадр формата 2D воспроизводится в два раза быстрее, чем в 3D. Еще один недостаток -  многие пользователи отмечают, что они испытывают тошноту или головную боль после длительного просмотра 3D-контента из-за смещений фокуса. В таких продуктах как CuratOR EX3220-3D предусмотрены функции, которые позволяют настраивать параллакс изображения, максимально комфортный для глаз.

В целом, преимущества 3D-технологий, а особенно поляризационной 3D-технологии значительно превышают их недостатки и позволяют врачам видеть объемные изображения во время проведения операций.

Преимущества и недостатки приведены в таблицы ниже

Заключение

3D-технологии стремительно завоевывают рынок медицинских услуг, и, благодаря возможности видеть объемное изображение, большинство врачей отдают им предпочтение. Это развивающаяся технология, которая еще будет продолжать совершенствоваться. Поляризационная 3D-технология является более безопасной и надежной для проведения операций, а также формирует более яркое изображение, и ее использование в производстве менее затратно, чем использование активной 3D-технологии.  

Совсем недавно компания EIZO представила 3D-мониторы, использующие технику круговой поляризации для создания четкого и точного изображения во время проведения операций. Более подробную информацию о них вы сможете найти здесь: EX3220-3D, EX2620-3D.