Операционный микроскоп в стоматологической практике. часть i. зеркала

Интегрированные решения

Впервые подобные решения в стоматологии были применены на рубеже 1970-1980 годов. В 1978 началась разработка микроскопа для стоматологов, в 1981 году рабочие образцы уже имели встроенную камеру, которая выводила изображение на экран телевизора (рис. 2). Как было отмечено ранее, такие решения зачастую оказываются либо технически устаревшими, либо их актуализация оказывается почти невозможна. Еще одна проблема носит чисто технический характер. Как правило, у таких решений достаточно маленькая матрица, что сказывается на чистоте и шумности получаемого изображения. Это зависит от актуальности используемых технологий.

Рис. 2. Первый операционный микроскоп для стоматологов.

Но у таких решений есть ряд плюсов:

1. Сохранение баланса микроскопа. К сожалению, не все современные микроскопы имеют балансировочное плечо (даже опционально), что, разумеется, при «навесном» оборудовании может повлиять на плавность хода микроскопа, а при соблюдении рекомендаций некоторых школ эргономики (например, концепт доктора Katsihiko Akiyama) может сказаться на комфорте перемещения микроскопа.
2. Простота использования. Современные решения зачастую имеют софт, который надо изучать, и который позволяет работать с картотекой пациента, например на Apple iPad, однако чаще всего это интуитивно понятный интерфейс на уровне «вкл/выкл».

Именно эти два плюса чаще всего и подталкивают врачей и их руководителей сделать выбор в пользу интегрированных решений.

Фотокамеры

При использовании фотокамер, роль объектива выполняет микроскоп — иными словами, они используются без объектива. Не смотря на продолжающиеся споры в среде профессиональных фотографов — что лучше зеркальная камера или беззеркальная, в случае применения камеры с операционным микроскопом выигрывают «беззеркалки». Прежде всего, потому что имеют опцию фокуспикинга (рис. 4), что значительно облегчает настройку парафокуса без использования специального окуляра и фокусировку в кадре.

Рис. 4. FocusPeaking — подстветка участков фокусировки на экране камеры.

Еще одно преимущество «беззеркалок» — это размеры и вес. Исключением является сочетание камер Canon и специализированного софта для эндонтистов TDO, работающего в паре с софтом от Breeze Systems, который не доступен для большинства врачей нашей страны и постсоветского пространства из-за цены и отсутствия сертификации.

Именно по этим причинам в данной статье не будет подробного разбора использования зеркальных камер для документирования с операционным микроскопом.

Дополнительное оборудование

Оборудование с использованием делителя луча и адаптера для фото/видеокамеры. Основным преимуществом «навесного» оборудования является возможность замены или актуализации через несколько лет после приобретения, без замены узлов ОМ или всего ОМ.

Прежде, чем рассказать о выборе гаджетов, хотелось бы немного прояснить ситуацию с тем, как работает делитель луча и адаптер для камеры. Вопреки расхожему мнению, делитель луча не отнимает часть картинки и света от «сферического коня в вакууме».

Если изучить схему операционного микроскопа (рис. 3), становится очевидным, что каждая часть микроскопа (окуляры, система увеличения, объектив) являются самостоятельным оптическим прибором. Более того, каждый глаз при взгляде в окуляры видит «самостоятельную» картинку, которая «собирается» за пределами объектива. Таким образом, делитель луча «отсекает» часть изображения только с той стороны, с которой он расположен. Соответственно, и часть светового потока.

Рис. 3. Схема строения делителя луча.

Адаптер, по сути, является «объективом» для камеры, который получает изображение операционного поля через делитель и передает это изображение на матрицу (ранее на пленку) через зеркало. Таким образом, не зависимо от бренда ОМ и используемых гаджетов, принцип регистрации изображения остается неизменным, однако сами адаптеры для фото и видеокамер отличаются.

Адаптеры для видеокамеры имеют различные крепежи, наиболее распространенными являются с-mount и резьбовые адаптеры для камкодеров (хэндикам). Так же встречаются кастомные решения для камер Go-Pro.

C-mount камеры имеют те же недочеты, что и интегрированные решения. Как правило, используются устаревшие технологии, а матрицы маленького формата могут создавать много шумов в условиях недостаточной освещенности при больших увеличениях. Однако маленький размер самих камер, простота настройки, доступность камер и б/у адаптеров на интернет-площадках сделали их достаточно популярными среди западных коллег и производителей микроскопов в бюджетном сегменте.

Микроскоп

Микроскоп применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз – объектива O₁ и окуляра O₂ (рис. 6.1.2).

Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы.

Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком.

Мнимое изображение предмета, рассматриваемое через окуляр, всегда перевернуто. Если же это оказывается неудобным (например, при прочтении мелкого шрифта), можно перевернуть сам предмет перед объективом. Поэтому угловое увеличение микроскопа принято считать положительной величиной.

Как следует из рис. 6.1.2, угол зрения предмета, рассматриваемого через окуляр в приближении малых углов,

Приближенно можно положить d = F₁ и f = l, где l – расстояние между объективом и окуляром микроскопа («длина тубуса»). При рассматривании того же предмета невооруженным глазом

В результате формула для углового увеличения микроскопа приобретает вид

Хороший микроскоп может давать увеличение в несколько сотен раз. При больших увеличениях начинают проявляться дифракционные явления.

У реальных микроскопов объектив и окуляр представляют собой сложные оптические системы, в которых устранены различные аберрации.

Виды стереомикроскопов. Обзор моделей

Разнообразие областей применения стереомикроскопов является поводом для большого конструктивного разнообразия моделей, чтобы их использование приносило наибольшую пользу при исследовании.

Современные 3D микроскопы бывают аналоговые и цифровые. Так же дифференцируются по использованию двух основных оптических схем: Аббе и Грену.

Схема Аббе обеспечивает большое поле зрения, исключает искажение изображения и дает возможность коррекции аберраций объектива. Такая схема обеспечивает высокое качество изображения, используется в более сложных и дорогих моделях стереомикроскопов лабораторного и исследовательского класса.

Схема Грену обеспечивает большее фокусное расстояние, но меньшее поле зрения. Меньше возможностей для коррекции искажений. Эта более простая и дешевая схема используется в упрощенных или учебных стереоскопических микроскопах. В моделях нового поколения конструкция этой схемы более оптимизирована.

Классификация стереомикроскопов по другим параметрам:

• Стереомикроскопы с постоянным увеличением. Это самые простые модели с разными областями применения.
• Стереомикроскопы с дискретной сменой увеличения (ступенчатая система Галилея). Имеют простую и понятную конструкцию и хорошие оптические характеристики. Изменение увеличения осуществляется поворотом ручки оптического барабана.
• Стереомикроскопы с плавной сменой увеличения (панкратическая система или Zoom). Более современные модели.
• Стереомикроскопы, оснащенные фотовыходом. Новые модели оснащены цифровыми камерами.
• Стереомикроскопы операционные. Предназначены для микрохирургических операций. Наиболее сложные модели, как в классе стереоскопических микроскопов, так и в классе медицинских микроскопов вообще. Это объясняется высокими требованиями безопасности для пациентов, а так же обеспечением комфортной работы для специалиста. В таких моделях используются самые передовые технологии в оптике, механике, в цифровой технике и ПО.

Модели стереоскопических микроскопов лидирующих мировых производителей (Nikon, Leica) – это высокоточные оптические приборы, бино- или тринокулярные, оснащены портом для подключения цифровой камеры. При использовании дополнительных окуляров и линз можно получить увеличение до 300 крат.

Современные стереомикроскопы отличаются усовершенствованной конструкцией, высокой эргономичностью, оснащены переключателем оптического тракта между окулярами и камерой, что упрощает регистрацию цифровых изображений.

Некоторые модели имеют возможность защиты исследуемых объектов от статического электричества. Противогрибковое покрытие деталей оптики позволяет использовать прибор в условиях влажности и повышенных температур.

Телескоп

Телескопы (зрительные трубы) предназначены для наблюдения удаленных объектов. Они состоят из двух линз – обращенной к предмету собирающей линзы с большим фокусным расстоянием (объектив) и линзы с малым фокусным расстоянием (окуляр), обращенной к наблюдателю. Зрительные трубы бывают двух типов:

• Зрительная труба Кеплера, предназначенная для астрономических наблюдений. Одна дает увеличенные перевернутые изображения удаленных предметов и поэтому неудобна для земных наблюдений.

• Зрительная труба Галилея, предназначенная для земных наблюдений, дающая увеличенные прямые изображения. Окуляром в трубе Галилея служит рассеивающая линза.

На рис. 6.1.3 изображен ход лучей в астрономическом телескопе. Предполагается, что глаз наблюдателя аккомодирован на бесконечность, поэтому лучи от каждой точки удаленного предмета выходят из окуляра параллельным пучком. Такой ход лучей называется телескопическим. В астрономической трубе телескопический ход лучей достигается при условии, что расстояние между объективом и окуляром равно сумме их фокусных расстояний F= F₁ + F₂.

Зрительная труба (телескоп) принято характеризовать угловым увеличением g. В отличие от микроскопа, предметы, наблюдаемые в телескоп, всегда удалены от наблюдателя. Если удаленный предмет виден невооруженным глазом под углом j, а при наблюдении через телескоп под углом y, то угловым увеличением называют отношение

Угловому увеличению g, как и линейному увеличению, можно приписать знаки плюс или минус в зависимости от того, является изображение прямым или перевернутым. Угловое увеличение астрономической трубы Кеплера отрицательно, а земной трубы Галилея положительно.

Угловое увеличение зрительных труб выражается через фокусные расстояния:

В качестве объектива в больших астрономических телескопах применяются не линзы, а сферические зеркала. Такие телескопы называются рефлекторами. Хорошее зеркало проще изготовить, кроме того, зеркала в отличие от линз не обладают хроматической аберрацией.

У нас в стране построен самый большой в мире телескоп с диаметром зеркала 6 м. Следует иметь в виду, что большие астрономические телескопы предназначены не только для того, чтобы увеличивать угловые расстояния между наблюдаемыми космическими объектами, но и для увеличения потока световой энергии от слабосветящихся объектов.

Лупа

Простейшим прибором для визуальных наблюдений является лупа. Лупой называют собирающую линзу с малым фокусным расстоянием (F < 10 см). Лупу располагают близко к глазу, а рассматриваемый предмет – в ее фокальной плоскости. Предмет виден через лупу под углом

где h – размер предмета. При рассматривании этого же предмета невооруженным глазом его следует расположить на расстоянии d = 25 см наилучшего зрения нормального глаза. Предмет будет виден под углом

Отсюда следует, что угловое увеличение лупы равно

Линза с фокусным расстоянием 10 см дает увеличение в 2,5 раза. Работу лупы иллюстрирует рис. 6.1.1.

Клинические примеры. Видео

1. Минимальная инвазия: микро-зеркало

Исходная ситуация: отсутствующий 3.6 зуб, подготовительный этап перед проведением имплантации, санация ротовой полости. Выявлено кариозное изменение тканей апроксимальной поверхности 3.5 зуба (рис. 10-11).

Рис.10. Клиническая ситуация

Препарирование: нет возможности провести препарирование только апроксимальной поверхности обычным наконечником, поскольку места для размещения цанги и бора недостаточно.

Использование ультразвуковой насадки и микро-зеркала позволяет осуществить минимально инвазивную обработку апроксимальной полости II класса без выведения препаровки на окклюзионную поверхность (рис. 12-15).

Прямая реставрация: травление поверхности 37% H₃PO₄ с последующей адгезивной обработкой (рис. 16, 17); нанесение текучего композита на дно полости с помощью специальной насадки (рис. 18, 19); послойное внесение композита двойного отверждения, активация светополимеризации и готовая композитная реставрация 3.5 зуба (рис. 20-22). Визуальный контроль осуществляется посредством микро-зеркала.

Рис.22. Готовая реставрация

Для изучения техники малоинвазивного лечения кариеса с помощью микро-зеркала смотрите видео

2. Видеть или не видеть? Зеркало EverClear

При проведении различных стоматологических манипуляций (особенно при работе с УЗ инструментами) большое неудобство представляет необходимость постоянно прерывать процесс лечения, чтобы восстановить четкий обзор оперативного поля и почистить зеркало от водяных брызг и дебриса (рис. 23 а-в).

Специальное зеркало EverClear от компании I-DENT обеспечивает практикующим врачам-стоматологам непрерывный визуальный контроль при любых лечебных процедурах, что особенно актуально при использовании ультразвуковых инструментов (рис. 24). Соответственно, сокращается время приёма и повышается продуктивность работы.

Клиническая демонстрация: препарирование глубокой кариозной полости 1.6 зуба с использованием зеркала EverClear (рис. 25 а-в). 

Для сравнения качества визуального контроля над процессом работы при использовании незабрызгиваемого зеркала смотрите видео

Классические камеры

Камкодеры и хэндикамы также имеют ряд ограничений. Основное — это резьба для фильтров на объективе камеры. Бюджетные модели камер потребительского сегмента, как правило, такой опции не имеют. Это автоматически удорожает покупку и приводит к переплате за ряд опций, среди которых 4К-видео. Да и выбор камеры оказывается достаточно сложным, поскольку эта часть digital-рынка потребительского сегмента находится в стадии упадка. Поэтому количество представленных моделей крайне не велико и подходящие варианты имеют завышенный ценник, профессиональные же решение неоправданно дороги.

Почему же 4К-видео является переплатой для микроскописта в 2019 году? Дело в том, что работая с ОМ и записывая клинический случай рутинно от начала до конца приема (что иногда превращается в «полнометражный» фильм продолжительностью 2 и более часа) непременно столкнешься я рядом особенностей этого формата. Конечно же, 4К позволяет «вырезать» фрагменты видео (фрагмент кадра) и выводить финишный монтаж в 1920p без больших потерь качества. Но для такого монтажа потребуется мощная рабочая станция (что так же потребует дополнительных финансов), и главное усложнит хранение исходников и копий. Если же ведется запись только этапов лечения, чаще всего это видео, которое выполняется с постановкой кадра, а значит постобработка видео будет минимальной на уровне «склейки», и увеличение можно выполнить физически за счет оптики микроскопа, на этапе постановки кадра.

Даже если предположить, что финансовая сторона вопроса не является проблемой в выборе оборудования в клинику, то остается еще одна проблема — где воспроизводить такой контент? Ведь даже если доктор читает лекции, то вероятность получить в 2019-2020 году проектор с VGA-адаптером на много выше, чем получить проектор с выводом 4К, а вывод изображения в режиме LiveView на экран для ассистента останется в Ful HD.

Стоит так же отметить, что современные камеры оснащены функцией фото, однако качество оставляет желать лучшего из-за самой технологии, которая по сути является стоп-кадром.

Стоматологические зеркала

Главными отличиями стоматологических зеркал для работы с операционным микроскопом являются их безбликовость и способность не искажать объект.

• Безбликовость. Как правило, антибликовые свойства обеспечивает нанесение отражающего слоя на поверхность стекла, а не под неё. Чтобы уберечь поверхность зеркала от царапин и продлить срок службы, используется покрытие родиевым сплавом.
• Отсутствие искажения. Зеркало должно быть плоским, идеально сфокусированным, должно отображать объект однократно и не смазывать контуры.

Наглядная иллюстрация (рис. 6): зеркало HR Front (R?DER, Германия), зеркала Aesculap (Германия)  

Рис.6. RaCe NiTi инструмент и плоское зеркало для микроскопа

Обратите внимание, что кончик файла прямо отображается в зеркале благодаря тому, что отражающий слой нанесен НА поверхность стекла, а не под неё

Спектр стоматологических зеркал, удовлетворяющих данным требованиям, довольно широк. Ниже представлены некоторые примеры с характерными особенностями: зеркала специального (рис. 7в, 8) и общего назначения (рис. 6, 7а, 9).

• Двухконцевое зеркало с родиевым покрытием и эндодонтической линейкой (рис. 7 а). Его использование оптимизирует процесс лечения: ассистент протирает одно из зеркал, а врач-стоматолог может не прерываясь работать с другим (смотрите видео, демонстрирующее эргономичность такого подхода). 
• Различные клинические ситуации требуют соответствующего конкретным задачам инструментария подходящего размера (рис. 7 б). Макро-зеркало, 50 мм в диаметре, применяется для осмотров и больших реставраций во фронтальном отделе.
• Специальное микрохирургическое (эндодонтическое) зеркало MEGAmicro (HAHNENKRATT, Германия). Бывает круглой или прямоугольной формы (рис. 7 в, г). Обычно, зеркальный слой представляет собой заполированный металл; а в данном примере – это драгоценный камень. Подобная уникальная особенность улучшает качество снимков.

Рис.7 а-г. Антибликовые стоматологические зеркала для работы с микроскопом

Обратите внимание на разнообразие дизайна, размеров и формы

Круглое микро-зеркало Гарри Карра с повышенной светоотдачей: на поверхность нанесен специальный сплав, отражающий в 2 раза больше света. Дорогое, используется для документирования.

Рис.9. Незабрызгиваемое зеркало EverClear от I-DENT (клинический пример использования смотрите ниже)