Optisen kuvantamisen kehitys videopohjaisissa kirurgisissa mikroskoopeissa

Lääketieteen alalla kirurgia on epäilemättä keskeinen hoitomuoto valtaosassa sairauksia, ja sillä on erityisen ratkaiseva rooli syövän varhaisessa hoidossa. Kirurgin leikkauksen onnistumisen avain on patologisen osan selkeä visualisointi dissektion jälkeen.Kirurgiset mikroskoopiton käytetty laajalti lääketieteellisessä kirurgiassa niiden vahvan kolmiulotteisuuden, terävän tarkkuuden ja korkean resoluution ansiosta. Patologisen osan anatominen rakenne on kuitenkin monimutkainen ja monimutkainen, ja useimmat niistä sijaitsevat tärkeiden elinkudosten vieressä. Millimetrin ja mikrometrin rakenteet ovat ylittäneet huomattavasti ihmissilmän havaittavan alueen. Lisäksi ihmiskehon verisuonikudos on kapea ja ahdas, ja valaistus on riittämätön. Pienikin poikkeama voi vahingoittaa potilasta, vaikuttaa kirurgiseen vaikutukseen ja jopa vaarantaa hengen. Siksi tutkitaan ja kehitetäänKäyttömikroskoopitriittävällä suurennuksella ja selkeillä visuaalisilla kuvilla on aihe, jota tutkijat jatkavat perusteellista tutkimusta.

Tällä hetkellä digitaaliset teknologiat, kuten kuvan ja videon tallennus, tiedonsiirto ja valokuvatallennus, ovat tulossa mikrokirurgian alalle uusine etuineen. Nämä teknologiat eivät ainoastaan ​​vaikuta syvällisesti ihmisten elämäntapaan, vaan ne myös integroituvat vähitellen mikrokirurgian alaan. Teräväpiirtonäytöt, kamerat jne. voivat tehokkaasti täyttää nykyiset kirurgisen tarkkuuden vaatimukset. Videojärjestelmiä, joissa vastaanottopintoina toimivat CCD-, CMOS- ja muut kuvasensorit, on vähitellen sovellettu kirurgisiin mikroskooppeihin. Videokirurgiset mikroskoopitovat erittäin joustavia ja lääkäreiden helppokäyttöisiä. Edistyneiden teknologioiden, kuten navigointijärjestelmän, 3D-näytön, teräväpiirtokuvanlaadun ja lisätyn todellisuuden (AR) jne., käyttöönotto, jotka mahdollistavat usean henkilön näkymän jakamisen kirurgisen prosessin aikana, auttaa lääkäreitä entisestään suorittamaan leikkauksia paremmin.

Mikroskoopin optinen kuvantaminen on mikroskoopin kuvanlaadun tärkein määräävä tekijä. Videokirurgisten mikroskooppien optisella kuvantamisella on ainutlaatuisia suunnitteluominaisuuksia, ja siinä käytetään edistyneitä optisia komponentteja ja kuvantamistekniikoita, kuten korkean resoluution ja suuren kontrastin CMOS- tai CCD-kennoja, sekä keskeisiä teknologioita, kuten optista zoomausta ja optista kompensointia. Nämä teknologiat parantavat tehokkaasti mikroskooppien kuvantamisen selkeyttä ja laatua, mikä tarjoaa hyvän visuaalisen varmuuden kirurgisissa toimenpiteissä. Lisäksi yhdistämällä optinen kuvantamistekniikka digitaaliseen prosessointiin on saavutettu reaaliaikainen dynaaminen kuvantaminen ja 3D-rekonstruktio, jotka tarjoavat kirurgeille intuitiivisemman visuaalisen kokemuksen. Videokirurgisten mikroskooppien optisen kuvantamisen laadun parantamiseksi entisestään tutkijat tutkivat jatkuvasti uusia optisia kuvantamismenetelmiä, kuten fluoresenssikuvausta, polarisaatiokuvausta, monispektrikuvausta jne., mikroskooppien kuvatarkkuuden ja syvyysvaikutusten parantamiseksi. He hyödyntävät tekoälyteknologiaa optisen kuvantamisen jälkikäsittelyssä kuvan selkeyden ja kontrastin parantamiseksi.

Varhaisissa kirurgisissa toimenpiteissä,binokulaariset mikroskoopitkäytettiin pääasiassa apuvälineinä. Binokulaarinen mikroskooppi on instrumentti, joka käyttää prismoja ja linssejä stereoskooppisen näön saavuttamiseksi. Se voi tarjota syvyysnäköä ja stereoskooppista näköä, jota monokulaarisilla mikroskoopeilla ei ole. 1900-luvun puolivälissä von Zehender oli edelläkävijä binokulaaristen suurennuslasien soveltamisessa lääketieteellisissä silmätutkimuksissa. Myöhemmin Zeiss esitteli binokulaarisen suurennuslasin, jonka työskentelyetäisyys oli 25 cm, mikä loi pohjan nykyaikaisen mikrokirurgian kehitykselle. Binokulaaristen kirurgisten mikroskooppien optisen kuvantamisen osalta varhaisten binokulaaristen mikroskooppien työskentelyetäisyys oli 75 mm. Lääketieteellisten instrumenttien kehityksen ja innovaatioiden myötä esiteltiin ensimmäinen kirurginen mikroskooppi OPMI1, jonka työskentelyetäisyys voi olla 405 mm. Myös suurennus kasvaa jatkuvasti, ja suurennusvaihtoehdot lisääntyvät jatkuvasti. Binokulaaristen mikroskooppien jatkuvan kehityksen myötä niiden edut, kuten elävä stereoskooppinen vaikutus, korkea selkeys ja pitkä työskentelyetäisyys, ovat tehneet binokulaarisista kirurgisista mikroskoopeista laajalti käytettyjä eri osastoilla. Sen suuren koon ja pienen syvyyden rajoituksia ei kuitenkaan voida sivuuttaa, ja lääkintähenkilökunnan on kalibroitava ja tarkennettava usein leikkauksen aikana, mikä lisää leikkauksen vaikeutta. Lisäksi kirurgit, jotka keskittyvät pitkään visuaaliseen instrumenttien tarkkailuun ja leikkaukseen, eivät ainoastaan ​​lisää fyysistä kuormitustaan, vaan eivät myöskään noudata ergonomisia periaatteita. Lääkäreiden on säilytettävä kiinteä asento suorittaessaan potilaille kirurgisia tutkimuksia, ja myös manuaalisia säätöjä tarvitaan, mikä lisää jossain määrin kirurgisten toimenpiteiden vaikeutta.

1990-luvun jälkeen kamerajärjestelmät ja kuvasensorit alkoivat vähitellen integroitua kirurgiseen käytäntöön, mikä osoitti merkittävää sovelluspotentiaalia. Vuonna 1991 Berci kehitti innovatiivisesti videojärjestelmän leikkausalueiden visualisointiin, jonka säädettävä työskentelyetäisyys oli 150–500 mm ja havaittavien kohteiden halkaisijat 15–25 mm, samalla kun syväterävyysalue pysyi 10–20 mm:n välillä. Vaikka linssien ja kameroiden korkeat ylläpitokustannukset rajoittivat tuolloin tämän teknologian laajamittaista käyttöä monissa sairaaloissa, tutkijat jatkoivat teknologisten innovaatioiden etsimistä ja alkoivat kehittää edistyneempiä videopohjaisia ​​kirurgisia mikroskooppeja. Verrattuna binokulaarisiin kirurgisiin mikroskooppeihin, jotka vaativat pitkän ajan tämän muuttumattoman työskentelytilan ylläpitämiseksi, se voi helposti johtaa fyysiseen ja henkiseen väsymykseen. Videotyyppinen kirurginen mikroskooppi heijastaa suurennetun kuvan monitorille, mikä välttää kirurgin pitkittyneen huonon työasennon. Videopohjaiset kirurgiset mikroskoopit vapauttavat lääkärit yhdestä asennosta, jolloin he voivat leikata anatomisilla alueilla teräväpiirtonäyttöjen kautta.

Viime vuosina tekoälyteknologian nopean kehityksen myötä kirurgisista mikroskoopeista on vähitellen tullut älykkäitä, ja videopohjaisista kirurgisista mikroskoopeista on tullut markkinoiden valtavirtatuotteita. Nykyinen videopohjainen kirurginen mikroskooppi yhdistää konenäön ja syväoppimisteknologiat automatisoidun kuvantunnistuksen, segmentoinnin ja analysoinnin saavuttamiseksi. Leikkausprosessin aikana älykkäät videopohjaiset kirurgiset mikroskoopit voivat auttaa lääkäreitä paikantamaan sairaat kudokset nopeasti ja parantamaan kirurgista tarkkuutta.

Kehitysprosessissa binokulaarisista mikroskoopeista videopohjaisiin kirurgisiin mikroskooppeihin ei ole vaikea havaita, että kirurgian tarkkuuden, tehokkuuden ja turvallisuuden vaatimukset kasvavat päivä päivältä. Tällä hetkellä kirurgisten mikroskooppien optisen kuvantamisen kysyntä ei rajoitu patologisten osien suurentamiseen, vaan se monipuolistuu ja tehostuu yhä enemmän. Kliinisessä lääketieteessä kirurgisia mikroskooppeja käytetään laajalti neurologisissa ja selkärangan leikkauksissa fluoresenssimoduulien ja lisätyn todellisuuden integroimien avulla. AR-navigointijärjestelmä voi helpottaa monimutkaisia ​​selkärangan tähystysleikkauksia, ja fluoresoivat aineet voivat ohjata lääkäreitä poistamaan aivokasvaimet kokonaan. Lisäksi tutkijat ovat onnistuneesti saavuttaneet äänihuulten polyyppien ja leukoplakian automaattisen havaitsemisen käyttämällä hyperspektristä kirurgista mikroskooppia yhdistettynä kuvanluokittelualgoritmeihin. Videokirurgisia mikroskooppeja on käytetty laajalti useilla kirurgian aloilla, kuten kilpirauhasen poistossa, verkkokalvon leikkauksessa ja imusuonten leikkauksessa, yhdistämällä ne fluoresenssikuvantamiseen, monispektriseen kuvantamiseen ja älykkäisiin kuvankäsittelytekniikoihin.

Verrattuna binokulaarisiin kirurgisiin mikroskooppeihin, videomikroskoopit voivat tarjota usean käyttäjän videonjakoa, teräväpiirtoisia kirurgisia kuvia ja ovat ergonomisempia, mikä vähentää lääkärin väsymistä. Optisen kuvantamisen, digitalisoinnin ja älykkyyden kehitys on parantanut huomattavasti kirurgisten mikroskooppien optisten järjestelmien suorituskykyä, ja reaaliaikainen dynaaminen kuvantaminen, lisätty todellisuus ja muut teknologiat ovat laajentaneet huomattavasti videopohjaisten kirurgisten mikroskooppien toimintoja ja moduuleja.

Tulevaisuuden videopohjaisten kirurgisten mikroskooppien optinen kuvantaminen on tarkempaa, tehokkaampaa ja älykkäämpää, ja se tarjoaa lääkäreille kattavampaa, yksityiskohtaisempaa ja kolmiulotteista potilastietoa kirurgisten toimenpiteiden parempaa ohjaamista varten. Samaan aikaan teknologian jatkuvan kehityksen ja sovellusalueiden laajentumisen myötä tätä järjestelmää sovelletaan ja kehitetään myös useammilla aloilla.