Dental Tribune Italy

Catturare l’esatta visuale dell’operatore

By Luigi Rubino
November 06, 2019

La scelta più adeguata appare l’adozione di videocamere miniaturizzate specificamente progettate per le particolari esigenze odontoiatriche che, come è noto, sono profondamente diverse da quelle delle altre discipline mediche, per posizionamento dell’operatore, distanza di lavoro, uniformità, intensità e qualità dell’illuminazione.

La miniaturizzazione impedisce l’adozione di sistemi di stabilizzazione realmente efficaci, per cui tale ripresa richiede l’estrema immobilità della testa dell’operatore, condizione difficile da mantenere a lungo. Alcune aziende di questo tipo di telecamere dichiarano la presenza di stabilizzatori, ma occorre porre molta attenzione. Sono molti i miti e le incomprensioni riguardanti la stabilizzazione: l’uso di tale termine in assenza di movimento meccanico di alcune componenti del device potrebbe essere fuorviante ed è spesso adoperata con modalità volutamente sibillina. Lo stabilizzatore (meccanico), quello “vero”, consiste nel movimento di alcuni componenti come elementi dell’obiettivo o il sensore, per controbilanciare le vibrazioni della camera sollecitata dagli impercettibili movimenti durante la ripresa. Esso è specificamente progettato per ridurre il mosso causato da movimenti della camera e non quello dovuto ad eventuali oggetti presenti nel campo di ripresa.

Lo stabilizzatore consiste in un sensore giroscopico capace di rilevare i movimenti della camera (tremolii delle mani, supporti instabili, o altro), inviarne i dati alla CPU dell’obiettivo dove vengono analizzati e convertiti in specifiche istruzioni per un “motore”, che provvede a muovere la lente o il sensore, in modo da controbilanciarne il movimento. Il risultato pratico è che l’immagine proiettata dalle lenti sul sensore risulta immobile. La stabilizzazione elettronica o digitale agisce sulle immagini catturate dal sensore, ha la stessa finalità di quella ottica ma si basa su metodi di elaborazione software capaci di confrontare i diversi fotogrammi di una sequenza al fine di cogliere lo spostamento di alcuni oggetti presi come riferimento; funziona esclusivamente in modalità video, comporta una riduzione della qualità e secondo alcuni è talvolta addirittura quasi un falso.

La stabilizzazione elettronica ha un funzionamento simile alla modalità omonima che interviene in alcuni specifici programmi di editing. Il software si sincera che alcuni punti di riferimento presenti nei diversi fotogrammi della stessa sequenza abbiano mantenuto posizione costante o quanto meno prevedibile in base alle caratteristiche di movimento. Qualora ciò non sia avvenuto provvedono a ritagliare le singole immagini (crop) e a muoverle al fine di compensare lo spostamento con dei contro movimenti che hanno la finalità di mantenere costanti le coordinate spaziali dei singoli punti presi a riferimento, ottenendo così un filmato più fluido. Lo stabilizzatore ritaglia quindi una porzione di immagine eliminando una cornice, un’area cuscinetto in genere pari a circa il 15% del frame che il software userà per le (eventuali) correzioni.

I pixel rimanenti subiranno un ingrandimento (interpolazione) atto a compensare il maggior spazio venutosi a creare che deve essere necessariamente occupato affinché rimanga costante la dimensione dell’inquadratura che dovrà rimanere affine alle altre. Questo si traduce in un degrado qualitativo delle immagini che subiscono una riduzione di densità dei pixel. Alcune aziende pubblicizzano la presenza di sistemi di stabilizzazione elettronica di dubbia efficacia come quelli riferibili alla sfocatura di movimento (motion blur); in pratica il giroscopio, avvertito il movimento, agisce sull’esposizione, ad esempio variando la sensibilità ISO del sensore, rendendo potenzialmente più tollerabile l’adozione di tempi più corti per ogni singolo frame. Per quanto riguarda la stabilizzazione in fase di editing giova ricordare che, sebbene i risultati della stabilizzazione on-board siano irraggiungibili via software, un ulteriore miglioramento del “mosso” sarà ottenibile in post-produzione facendo ricorso ad appositi tools disponibili nei programmi di montaggio.

Fattori che influenzano la profondità di campo:

1) Distanza dell’oggetto dall’obiettivo: maggiore è la distanza, più ampia sarà la profondità di campo.

2) Lunghezza focale dell’ottica: un obiettivo grandangolare, cioè con una lunghezza focale ridotta e con un raggio di visione molto ampio, tenderà ad amplificare la profondità di campo, viceversa un obiettivo tele, cioè con una focale molto lunga e un campo di visione ristretto, tenderà a ridurre la profondità di campo.

3) Apertura del diaframma: a maggiori chiusure corrisponde maggiore profondità di campo.

Le microcamere odontoiatriche, per motivi di miniaturizzazione, non dispongono di zoom; le più performanti offrono, come opzione, almeno 2 diversi obbiettivi. Uno appunto, più “tele” (distanza di lavoro circa 60-70cm) da applicare qualora si preferisca il posizionamento più stabile su lampada e un altro più “grandangolare” ottimizzato per l’uso su caschetto odontoiatrico (distanza di lavoro 30-40 cm). Quest’ultimo posizionamento, essendo più instabile, può dar luogo a immagini mosse, soprattutto quando l’operatore non riesca a rimanere immobile. Fortunatamente il “mosso” può essere attenuato sia utilizzando focali più ampie (più grandangolari), più indicate per la messa a fuoco a tale distanza di lavoro, sia facendo ricorso a tools di stabilizzazione in fase di montaggio video che però impegnano duramente il computer e degradano la risoluzione.

Caratteristiche tecniche

Risoluzione
Le moderne videocamere digitali possono catturare video in qualità HD (1280 x 720 pixel), Full HD (1920×1080 pixel), 4k (3840 x 2160 pixel) e recentemente addirittura in 8k (7680 × 4320 pixel). Tutte consentono acquisizioni di foto e di video garantendo per ciascuna modalità una differente risoluzione massima, generalmente inferiore in modalità video. In linea teorica una maggiore risoluzione dovrebbe garantire un maggior numero di informazioni e quindi consentire una migliore resa delle immagini e dei colori, ma in realtà spesso ciò non accade. Si possono reperire sul mercato device che differiscono notevolmente per qualità e prezzo pur essendo contraddistinti dalla stessa risoluzione, cioè da ugual numero di pixel: il numero effettivo di pixel è spesso irrilevante, più importante è la dimensione e la qualità del sensore; ad una maggiore ampiezza corrisponde maggiore qualità delle immagini (il sensore più grande riesce a catturare più e meglio la luce). Occorre sfatare il mito del “megapixel”, uno stratagemma partorito da astute operazioni di marketing che intenzionalmente tendono a porre l’accento sul numero dei pixel anziché sulla dimensione del sensore. Se il numero fosse sinonimo di qualità, non sarebbe giustificata l’enorme differenza di prezzo e di performance a parità di numero di pixel. Circa la risoluzione video, sono da sconsigliarsi le fotocamere HD, mentre non sempre appare necessario il ricorso al 4k che a fronte di un maggior costo richiede un incremento spesso eccessivo di risorse hardware e software non sempre disponibili (tempo di editing, pc, RAM, monitor, proiettori etc.). In alcune microcamere il 4k è consentito solo per un brevissimo lasso di tempo, comunque insufficiente a riprendere un’intera procedura clinica, terminato il quale occorre addirittura spegnere e attendere il raffreddamento.

Frame rate e slow motion
Fotogrammi al secondo e Slow Motion (fps, frames per second) rappresentano il numero di immagini che la videocamera può registrare ogni secondo per comporre una sequenza video. L’occhio umano comincia a percepire un “movimento come fluido” a circa 18 fotogrammi al secondo; tuttavia, esso inizia ad essere realmente scorrevole a una frequenza di 24 fotogrammi al secondo o superiori. Sono disponibili molteplici possibilità: i video odontoiatrici, e in particolare quelli con risoluzione full HD (UHD) e 4K, è bene che siano visualizzati ad un framerate da 30fps, sino a 50/60fps, purchè il sistema di integrazione video e i monitor lo supportino. La disponibilità di framerate ancora più elevati, oltre ad apparire superflua, comporta un impegno hardware ed economico maggiore e non fornisce particolari vantaggi.

Peso
Da 18 a 50 gr per le microcamere specifiche per l’odontoiatria.

Obiettivo
Sebbene il grandangolo garantisca maggior profondità di campo sono da preferirsi obbiettivi con focale maggiore (più tele).

Autofocus
La messa a fuoco automatica, quando disponibile, non è in genere un’opzione desiderabile in odontoiatria dove generalmente si preferisce quella manuale perché la comparsa repentina di dita o di strumentario può ingannare gli automatismi.

Display
Non è necessario ed è facilmente sostituibile da eventuali controlli remoti mediante app.

Funzioni e connettività
Le videocamere possono integrare numerose funzioni alcune delle quali non necessarie all’attività odontoiatrica.

- Wi-Fi e Bluetooth - tecnologie che consentono di trasferire i video registrati verso dispositivi esterni. Alcuni modelli consentono la connessione con PC, smartphone e tablet in modo da poter gestire le impostazioni in remoto ed eventualmente ottenere un mirroring.

- Wireless (tecnologia senza cavi) - condizione in senso stretto impossibile da verificarsi perchè la miniaturizzazione richiede l’assenza della batteria che se fosse presente ne aumenterebbe drammaticamente il peso. Tutte devono essere quindi alimentate o da pc o da cellulare o tablet cioè da fonti esterne più o meno pesanti e/o portatili che vengono raggiunte tramite almeno un cavo. I cavi saranno almeno 2 nel caso si vogliano connettere eventuali fonti led opzionabili.

- GPS - Consente l’inserimento delle coordinate all’interno dei metadati di foto e video e ciò risulta non necessario.

- Microfono esterno - Un microfono esterno può rivelarsi utile quando si voglia privilegiare il parlato dell’operatore sottraendolo dai disturbi sonori relativi ad aspiratori, ultrasuoni o manipoli rotanti.

- Supporto per controllo remoto - Nei modelli che godono del supporto specifico è possibile utilizzare un telecomando per impartire a distanza i controlli basilari della registrazione.

- Foto - Tutte le videocamere consentono di scattare anche fotografie la cui resa non è chiaramente paragonabile a quella di una reflex, ma in alcuni casi risulta più che accettabile. Alcune Action Cam e alcune microcamere consentono scatti da 12, 13 o più MP.

Dotazione e accessori
Sul mercato sono disponibili parecchi kit più o meno a buon mercato che offrono decine di accessori da sfruttare nelle circostanze più disparate. Nei criteri di scelta occorre tenere presente anche la disponibilità e il prezzo di eventuali accessori che talvolta possono rivelarsi come indispensabili “costi nascosti”, si pensi per esempio a pedaliere, batterie addizionali, adattatori.

Batteria
L’autonomia dichiarata della batteria in dotazione varia a seconda dei modelli e spesso rivela previsioni piuttosto ottimistiche. Se rimovibile, è fortemente raccomandabile l’acquisto di una addizionale in modo da provvedere alla sostituzione di quella esaurita.

Disporre di batterie ricaricabili oltre a rappresentare un peso da tenere a lungo in tasca può non essere raccomandabile soprattutto quando manchi la possibilità di ricaricare e registrare contemporaneamente. E’ il caso di alcuni device della cui portabilità alcune aziende si fanno vanto: terminare la carica corrisponde a cessare le riprese; evento non raro dato che alla massima qualità video una batteria completamente carica ha un’autonomia di circa 3 ore. E’ fortemente raccomandabile l’acquisto di una addizionale in modo da provvedere alla sostituzione di quella esaurita, ma questa operazione oltre a distrarre il team, provoca necessariamente la perdita di alcune sequenze di registrazione.

Memoria
I video possono essere salvati o direttamente su pc (HD interno o esterno), in caso di connessione diretta, oppure su una scheda di memoria esterna, spesso in formato Micro SD. In questo caso al termine di qualunque intervento occorre prelevare la memoria, inserirla prima in uno specifico adattatore e quindi nel pc, dove occorre copiare i dati su hard disk. Dato l’ingente peso dei file è facile superare la capienza della scheda, per cui dimenticare di scaricare i dati al termine di qualunque procedura può significare la perdita della registrazione. Si comprende che la connessione diretta al pc, sebbene consenta minor mobilità, sia più immediata e quindi da privilegiare soprattutto quando si preferisca la registrazione routinaria di tutti i momenti clinici. Altre caratteristiche che esulano dalle esigenze odontoiatriche sono l’impermeabilità, la resistenza a liquidi e polvere, con o senza l’uso di specifici accessori oppure la c.d. “tropicalizzazione”, cioè l’adozione di accorgimenti volti a rendere la camera resistente nei confronti di condizioni climatiche difficili, come quelle riscontrabili nei climi tropicali: altissimo tasso di umidità, alte o basse temperature, pioggia, etc.

Futudent
L’azienda finlandese Futudent nasce dall’intenzione di alcuni dentisti di ideare e quindi realizzare delle videocamere che soddisfacessero in modo specifico il particolare mercato odontoiatrico. Questo progetto ha consentito la costruzione di 3 diverse microcamere: Educam, Microcam e Procam, simili per vocazione ma ciascuna contraddistinta da peculiari caratteristiche, appunto per consentire la massima personalizzazione dell’offerta. Sviluppate inizialmente per il mercato dentale, cominciano a trovare riscontro nei diversi campi di applicazione medicale; non richiedono particolari competenze tecnico-informatiche e sono tutte contraddistinte dall’estrema leggerezza, dall’ottima qualità costruttiva e di assemblaggio, dalla grande facilità d’uso e da un’appropriata configurazione di fabbrica che garantisce, nelle specifiche condizioni di impiego odontoiatrico, immagini accurate per contrasto, colore e gamma dinamica oltre che per fluidità (fps) e profondità di campo.

Procam è il prodotto adatto per i più esigenti in termini di qualità video e fotografica. Le foto sono scattate a 13mpx e gli screenshot a 8mpx; viene venduta in una valigetta professionale in alluminio contenente il kit di installazione.

1) Educam Cam è la entry level ed è stata la prima fotocamera multi-mount progettata per essere montata sia su loupes (o occhiali, o fascia) che sulla lampada del riunito; consente acquisizioni in full HD, ha dimensioni di 3.2 × 2.8 × 2.3 cm e pesa 23 grammi (solo corpo, lenti escluse).

2) Microcam è la fotocamera Full HD più piccola e leggera sul mercato, è costruita con una solida, leggera e confortevole scocca in alluminio che garantisce grande dispersione di calore. Pesa solo 18 grammi (12 gr. Corpo + 6 gr. lente), ha dimensioni 24x20x23 mm ed è indirizzata in modo specifico all’utilizzo su sistemi ingrandenti ingombranti e pesanti, dove la differenza di peso e dimensione può fare la differenza. Consente acquisizioni in full HD.

3) Pro Cam, la prima e unica camera dentale realmente capace di acquisire in modalità 4K, consente scatti fotografici con risoluzione di 13 mega pixel e screenshot di 8mpx, ha dimensioni di 3.2 × 2.8 × 2.3 cm e pesa 23 grammi.

Sono tutte contraddistinte dalla stessa versatilità di montaggio grazie alla possibilità di alloggiare la microtelecamera su più supporti, (sistemi ingrandenti, occhiali, lampade, appositi braccetti) e passare in poco tempo dal posizionamento coassiale su loupes a quello su lampada del riunito. Una volta posizionata è sempre possibile scegliere in modo semplice l’angolatura più appropriata. La fotocamera necessita di due porte, una USB2 o USB3, più un’altra USB2 per il pedale di controllo. Tale connessione è compatibile con i computer basati su Windows e Mac e consente l’acquisizione di video full HD nitidi a 30 frames al secondo, in modo diretto, senza cioè che siano richiesti ulteriori accessori. Le ottiche sono state specificamente progettate per le riprese odontoiatriche e hanno un’area di messa a fuoco adeguata a queste particolari esigenze. Nella confezione è presente un kit di installazione che contiene, oltre ad un’apposita pedaliera, tutti i componenti necessari per fissare la videocamera e collegarla al computer tramite un sistema di cablaggio rapido ed esteticamente ordinato. Ogni confezione include un attacco universale per il montaggio della videocamera su lampada, nonché una clip universale adatta alla maggior parte dei sistemi di ingrandimento. Ulteriori adattatori personalizzati per entrambe le soluzioni sono disponibili come accessori opzionali. Sono inclusi un cavo USB attivo da 5 mt più un ulteriore cavo di prolunga.

 

Il posizionamento è agevolato dalla fornitura di specifiche clip bi-adesive che, fissate su eventuali bracci o pali, fungono da guida consentendone lo scorrimento sino a raggiungere l’entrata usb3 del computer. Nel caso si preferisca il posizionamento su loupes i cavi potranno raggiungere la posizione di lavoro, al di dietro della testa, attraversando il pavimento o il soffitto. Il comando di inizio o fine registrazione è accompagnato da un segnale sonoro e viene impartito o tramite app o premendo per 3 secondi l’apposita pedaliera. Ulteriori brevi pressioni consentono di fissare foto che fungeranno da utili segnalibri nel momento in cui la clip verrà mostrata. Il video viene riprodotto sul monitor senza apprezzabile latenza; l’inizio della acquisizione è indicato dalla presenza di una barra di colore rosso e l’arresto è seguito dalla comparsa sia della finestra di salvataggio file che del comando “INVIA” con cui, inserendo direttamente la mail da software, lo si potrà facilmente inoltrare; un eventuale link al video potrà essere copiato nella cartella del proprio gestionale. Nel caso si opti per la connessione wireless è necessario utilizzare un adattatore OTG che consente il collegamento della videocamera alla porta di ricarica di un cellulare o tablet Android (non adatto ai sistemi IOS). Su questi, installata la specifica app si potrà registrare ed eventualmente effettuare il mirroring in diretta (condivisione schermi) su una smart tv o computer. Possono essere di aiuto a riguardo eventuali soluzioni come Chrome Cast o Mirror Cast capaci di supplire al cavo Ethernet.

Il software, grande punto di forza di Futudent, è scaricabile come App su cellulari o tablet Android, è compatibile con Windows e Mac ed include un servizio cloud che consente di inviare al paziente un link di connessione alla piattaforma online Dental Book. Il paziente, effettuato l’accesso con le proprie credenziali, disporrà di un "quaderno clinico online" contenente oltre che video tante altre informazioni come foto, radiografie, documenti, tutorial, etc. che potrà condividere con l’odontoiatra.

Montaggio su loupes
L’obiettivo Futudent standard per tale tipo di montaggio ha una focale di 16mm, offre un ingrandimento 2x e un’estesa profondità di campo, che consente immagini a fuoco per un’area di circa 15 cm a una distanza di lavoro di 35-50 cm. Oltre che su loupes esistono ulteriori opzioni e accessori che consentono il montaggio su occhiali o su apposito caschetto o braccetto snodabile. Grazie ad uno specifico alloggiamento la Camera è predisposta per accogliere le fonti led più comuni. Occorre ricordare che questa modalità di ripresa, sebbene richieda l’estrema immobilità della testa dell’odontoiatra, contemporaneamente solleva questi dalla necessità di volgere periodicamente lo sguardo al monitor per sincerarsi che quanto ripreso dal “cameraman” coincida con le proprie aspettative. Se la camera è stata adeguatamente settata in modo coassiale, catturerà l’esatta visuale dell’operatore.

Montaggio su lampada
Tale posizionamento prevede una distanza di lavoro di circa 60 cm quindi maggiore rispetto all’utilizzo su sistemi ingrandenti. In questa configurazione è necessario ricorrere a obbiettivi “più tele”, da 25 mm (accessorio extra) che consentono maggior ingrandimento e una minore ampiezza di campo visibile; ciò garantisce un ingrandimento ottico di 4X (ingrandimento digitale di 8x) per Educam e Microcam e 12x nel caso della Procam.

Per il fissaggio su lampada è previsto un attacco bi-adesivo che si va ad applicare al centro della lampada (ovviamente sopporta le alte temperature), con uno snodo a sfera che può ruotare a 360 gradi e che quindi consente di orientare la telecamera come meglio si vuole. A breve saranno disponibili dei supporti magnetici per facilitare ed ottimizzare ulteriormente i tempi di "cambio ripresa" da caschetto/loupes a lampada riunito/scialitica.

Qualunque sia modalità di montaggio scelto, una volta che la camera sia stata posizionata adeguatamente, occorre procedere alla messa a fuoco manuale. La profondità di campo ad una distanza di lavoro di circa 60 cm corrisponde a circa 15 cm, ben oltre l’intervallo necessario affinché tutti i distretti orali siano adeguatamente a fuoco. In questa operazione è di aiuto un’apposita card su cui focalizzare l’obbiettivo. Per le successive regolazioni, anche per evitare contaminazioni, sarà sufficiente agire sulla distanza della lampada lasciando invariato il settaggio scelto.

L'articolo è stato pubblicato su Dental Tribune Italian Edition n. 11/19.

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