Tehnološki napredek in klinična uporaba ultra visokoločljivostnih kirurških mikroskopov

 

Kirurški mikroskopiigrajo izjemno pomembno vlogo na sodobnih medicinskih področjih, zlasti na področjih visoke natančnosti, kot so nevrokirurgija, oftalmologija, otorinolaringologija in minimalno invazivna kirurgija, kjer so postali nepogrešljiva osnovna oprema. Z velikimi povečavami,Operacijski mikroskopizagotavljajo podroben pogled, ki kirurgom omogoča opazovanje podrobnosti, ki so s prostim očesom nevidne, kot so živčna vlakna, krvne žile in tkivne plasti, s čimer zdravnikom pomagajo preprečiti poškodbe zdravega tkiva med operacijo. Zlasti v nevrokirurgiji velika povečava mikroskopa omogoča natančno lokalizacijo tumorjev ali obolelih tkiv, kar zagotavlja jasne robove resekcije in preprečuje poškodbe kritičnih živcev, s čimer se izboljša kakovost bolnikovega pooperativnega okrevanja.

Tradicionalni kirurški mikroskopi so običajno opremljeni s prikaznimi sistemi standardne ločljivosti, ki lahko zagotovijo dovolj vizualnih informacij za podporo kompleksnim kirurškim potrebam. Vendar pa je s hitrim razvojem medicinske tehnologije, zlasti s preboji na področju vizualne tehnologije, kakovost slikanja kirurških mikroskopov postopoma postala pomemben dejavnik za izboljšanje kirurške natančnosti. V primerjavi s tradicionalnimi kirurškimi mikroskopi lahko mikroskopi ultra visoke ločljivosti predstavijo več podrobnosti. Z uvedbo prikaznih in slikovnih sistemov z ločljivostmi 4K, 8K ali celo več, kirurški mikroskopi ultra visoke ločljivosti omogočajo kirurgom natančnejšo identifikacijo in manipulacijo drobnih lezij in anatomskih struktur, kar močno izboljša natančnost in varnost kirurških posegov. Z nenehno integracijo tehnologije obdelave slik, umetne inteligence in virtualne resničnosti kirurški mikroskopi ultra visoke ločljivosti ne le izboljšajo kakovost slikanja, temveč tudi zagotavljajo inteligentnejšo podporo za kirurgijo, kar kirurške postopke usmerja k večji natančnosti in manjšemu tveganju.

 

Klinična uporaba mikroskopa ultra visoke ločljivosti

Z nenehnimi inovacijami tehnologije slikanja mikroskopi z ultra visoko ločljivostjo postopoma igrajo ključno vlogo v kliničnih aplikacijah, zahvaljujoč izjemno visoki ločljivosti, odlični kakovosti slikanja in zmogljivostim dinamičnega opazovanja v realnem času.

Oftalmologija

Oftalmološka kirurgija zahteva natančno delovanje, kar nalaga visoke tehnične standarde.oftalmološki kirurški mikroskopiNa primer, pri femtosekundni laserski inciziji roženice lahko kirurški mikroskop zagotovi veliko povečavo za opazovanje sprednje komore, osrednjega reza zrkla in preverjanje položaja reza. V oftalmološki kirurgiji je osvetlitev ključnega pomena. Mikroskop ne zagotavlja le optimalnih vizualnih učinkov z nižjo intenzivnostjo svetlobe, temveč tudi ustvarja poseben odboj rdeče svetlobe, ki pomaga pri celotnem postopku operacije katarakte. Poleg tega se optična koherentna tomografija (OCT) pogosto uporablja v oftalmološki kirurgiji za vizualizacijo podpovršine. Zagotavlja lahko slike prečnega prereza in premaga omejitev samega mikroskopa, ki zaradi frontalnega opazovanja ne more videti drobnih tkiv. Kapeller in sodelavci so na primer uporabili 4K-3D zaslon in tablični računalnik za samodejni stereoskopski prikaz diagrama učinkov mikroskopsko integrirane OCT (miOCT) (4D-miOCT). Na podlagi subjektivnih povratnih informacij uporabnikov, kvantitativne ocene delovanja in različnih kvantitativnih meritev so dokazali izvedljivost uporabe 4K-3D zaslona kot nadomestka za 4D-miOCT na mikroskopu z belo svetlobo. Poleg tega so Lata in sodelavci v študiji zbrali primere 16 bolnikov s prirojenim glavkomom, ki ga spremlja bikovo oko, in uporabili mikroskop s funkcijo miOCT za opazovanje kirurškega procesa v realnem času. Z oceno ključnih podatkov, kot so predoperativni parametri, kirurške podrobnosti, pooperativni zapleti, končna ostrina vida in debelina roženice, so na koncu pokazali, da lahko miOCT zdravnikom pomaga prepoznati tkivne strukture, optimizirati operacije in zmanjšati tveganje za zaplete med operacijo. Vendar pa kljub temu, da OCT postopoma postaja močno pomožno orodje v vitreoretinalni kirurgiji, zlasti v kompleksnih primerih in novih operacijah (kot je genska terapija), nekateri zdravniki dvomijo, ali lahko resnično izboljša klinično učinkovitost zaradi visokih stroškov in dolge krivulje učenja.

Otorinolaringologija

Otorinolaringološka kirurgija je še eno kirurško področje, ki uporablja kirurške mikroskope. Zaradi prisotnosti globokih votlin in občutljivih struktur na obrazu sta povečava in osvetlitev ključnega pomena za kirurške izide. Čeprav endoskopi včasih omogočajo boljši pogled na ozka kirurška področja,kirurški mikroskopi z ultra visoko ločljivostjoponujajo zaznavanje globine, kar omogoča povečavo ozkih anatomskih področij, kot so polž in sinusi, kar pomaga zdravnikom pri zdravljenju stanj, kot so vnetje srednjega ušesa in nosni polipi. Dundar in sodelavci so na primer primerjali učinke mikroskopskih in endoskopskih metod za operacijo stremenja pri zdravljenju otoskleroze, pri čemer so zbrali podatke 84 bolnikov z otosklerozo, ki so bili operirani med letoma 2010 in 2020. Z uporabo spremembe razlike v zračno-kostni prevodnosti pred in po operaciji kot merilnega kazalnika so končni rezultati pokazali, da sta kirurški mikroskopi, čeprav sta imeli podobne učinke na izboljšanje sluha, lažji za uporabo in krajšo krivuljo učenja. Podobno je raziskovalna skupina v prospektivni študiji, ki so jo izvedli Ashfaq in sodelavci, med letoma 2020 in 2023 izvedla mikroskopsko podprto parotidektomijo pri 70 bolnikih s tumorji obušesne žleze, s poudarkom na oceni vloge mikroskopov pri identifikaciji in zaščiti obraznega živca. Rezultati so pokazali, da imajo mikroskopi pomembne prednosti pri izboljšanju jasnosti kirurškega polja, natančnem prepoznavanju glavnega debla in vej obraznega živca, zmanjševanju živčnega vlečenja in hemostazi, zaradi česar so pomembno orodje za izboljšanje stopnje ohranitve obraznega živca. Poleg tega, ker operacije postajajo vse bolj kompleksne in natančne, integracija AR in različnih načinov slikanja s kirurškimi mikroskopi omogoča kirurgom izvajanje slikovno vodenih operacij.

Nevrokirurgija

Uporaba ultra visoke ločljivostiKirurški mikroskopi v nevrokirurgijise je od tradicionalnega optičnega opazovanja preusmeril k digitalizaciji, obogateni resničnosti (AR) in inteligentni pomoči. Draxinger in sodelavci so na primer uporabili mikroskop v kombinaciji z lastno razvitim sistemom MHz-OCT, ki je zagotavljal visokoločljivostne tridimenzionalne slike s frekvenco skeniranja 1,6 MHz, s čimer so kirurgom uspešno pomagali pri razlikovanju med tumorji in zdravimi tkivi v realnem času ter izboljšali kirurško natančnost. Hafez in sodelavci so primerjali delovanje tradicionalnih mikroskopov in ultra visokoločljivostnega mikrokirurškega slikovnega sistema (Exoscope) pri eksperimentalni cerebrovaskularni bypass operaciji in ugotovili, da je bil Exoscope kljub krajšim časom šivanja (P<0,001) boljši glede porazdelitve šivov (P=0,001). Poleg tega je Exoscope zagotavljal udobnejšo kirurško držo in skupen vid, kar je ponujalo pedagoške prednosti. Podobno so Calloni in sodelavci primerjali uporabo Exoscopa in tradicionalnih kirurških mikroskopov pri usposabljanju specializantov nevrokirurgije. Šestnajst specializantov je z obema napravama izvajalo ponavljajoče se naloge prepoznavanja struktur na kranialnih modelih. Rezultati so pokazali, da čeprav ni bilo bistvene razlike v skupnem času delovanja med obema, je bil Exoscope boljši pri prepoznavanju globokih struktur in ga je večina udeležencev dojemala kot bolj intuitivnega in udobnega, s potencialom, da v prihodnosti postane del običajne uporabe. Očitno lahko ultra visokoločljivostni kirurški mikroskopi, opremljeni z zasloni visoke ločljivosti 4K, vsem udeležencem zagotovijo kakovostnejše 3D-kirurške slike, kar olajša kirurško komunikacijo, prenos informacij in izboljša učinkovitost poučevanja.

Operacija hrbtenice

Ultra visoka ločljivostkirurški mikroskopiigrajo ključno vlogo na področju spinalne kirurgije. Z zagotavljanjem tridimenzionalnega slikanja visoke ločljivosti omogočajo kirurgom, da jasneje opazujejo kompleksno anatomsko strukturo hrbtenice, vključno s subtilnimi deli, kot so živci, krvne žile in kostno tkivo, s čimer se izboljša natančnost in varnost operacije. Kar zadeva korekcijo skolioze, lahko kirurški mikroskopi izboljšajo jasnost kirurškega vida in sposobnost fine manipulacije, kar zdravnikom pomaga natančno prepoznati nevronske strukture in obolela tkiva v ozkem spinalnem kanalu, s čimer varno in učinkovito izvedejo postopke dekompresije in stabilizacije.

Sun in sodelavci so primerjali učinkovitost in varnost mikroskopsko podprte anteriorne cervikalne kirurgije in tradicionalne odprte kirurgije pri zdravljenju osifikacije zadnje vzdolžne vezi vratne hrbtenice. Šestdeset bolnikov je bilo razdeljenih v skupino z mikroskopsko podprto operacijo (30 primerov) in skupino s tradicionalno operacijo (30 primerov). Rezultati so pokazali, da je imela skupina z mikroskopsko podprto operacijo boljše rezultate intraoperativne izgube krvi, bivanja v bolnišnici in pooperativne bolečine v primerjavi s skupino s tradicionalno operacijo, stopnja zapletov pa je bila v skupini z mikroskopsko podprto operacijo nižja. Podobno so Singhatanadgige in sodelavci pri operaciji hrbtenične fuzije primerjali učinke uporabe ortopedskih kirurških mikroskopov in kirurških povečevalnih stekel pri minimalno invazivni transforaminalni ledveni fuziji. Študija je vključevala 100 bolnikov in ni pokazala pomembnih razlik med obema skupinama pri lajšanju pooperativne bolečine, funkcionalnem izboljšanju, širitvi hrbteničnega kanala, hitrosti fuzije in zapletih, vendar je mikroskop zagotavljal boljše vidno polje. Poleg tega se mikroskopi v kombinaciji s tehnologijo AR pogosto uporabljajo v kirurgiji hrbtenice. Carl in sodelavci so na primer vzpostavili tehnologijo AR pri 10 bolnikih z uporabo naglavnega zaslona kirurškega mikroskopa. Rezultati so pokazali, da ima AR velik potencial za uporabo v degenerativni kirurgiji hrbtenice, zlasti v kompleksnih anatomskih situacijah in izobraževanju specializantov.

 

Povzetek in napovedi

V primerjavi s tradicionalnimi kirurškimi mikroskopi ponujajo ultra visokoločljivostni kirurški mikroskopi številne prednosti, vključno z možnostmi več povečav, stabilno in svetlo osvetlitvijo, natančnimi optičnimi sistemi, daljšimi delovnimi razdaljami in ergonomskimi stabilnimi stojali. Poleg tega njihove možnosti vizualizacije z visoko ločljivostjo, zlasti integracija z različnimi načini slikanja in tehnologijo AR, učinkovito podpirajo slikovno vodene operacije.

Kljub številnim prednostim kirurških mikroskopov se ti še vedno soočajo z velikimi izzivi. Zaradi svoje velikosti ultra visokoločljivostni kirurški mikroskopi predstavljajo določene operativne težave med prevozom med operacijskimi dvoranami in intraoperativnim pozicioniranjem, kar lahko negativno vpliva na kontinuiteto in učinkovitost kirurških posegov. V zadnjih letih je bila strukturna zasnova mikroskopov znatno optimizirana, njihovi optični nosilci in ohišja binokularnih leč pa podpirajo širok razpon nastavitev nagiba in vrtenja, kar močno izboljša operativno fleksibilnost opreme in olajša kirurgu opazovanje in delovanje v bolj naravnem in udobnem položaju. Poleg tega nenehen razvoj tehnologije nosljivih zaslonov kirurgom zagotavlja bolj ergonomsko vizualno podporo med mikrokirurškimi operacijami, kar pomaga zmanjšati operativno utrujenost ter izboljšati kirurško natančnost in kirurgovo trajno zmogljivost. Vendar pa je zaradi pomanjkanja podporne strukture potrebno pogosto ponovno ostrenje, zaradi česar je stabilnost tehnologije nosljivih zaslonov slabša od stabilnosti običajnih kirurških mikroskopov. Druga rešitev je razvoj strukture opreme v smeri miniaturizacije in modularizacije, da se bolj fleksibilno prilagodi različnim kirurškim scenarijem. Vendar pa zmanjšanje prostornine pogosto vključuje natančne obdelovalne procese in drage integrirane optične komponente, zaradi česar so dejanski proizvodni stroški opreme dragi.

Drug izziv kirurških mikroskopov z ultra visoko ločljivostjo so opekline kože, ki jih povzroča močna osvetlitev. Za zagotavljanje svetlih vizualnih učinkov, zlasti v prisotnosti več opazovalcev ali kamer, mora vir svetlobe oddajati močno svetlobo, ki lahko opeče pacientovo tkivo. Poročali so, da lahko oftalmološki kirurški mikroskopi povzročijo tudi fototoksičnost očesne površine in solznega filma, kar vodi v zmanjšano delovanje očesnih celic. Zato je optimizacija upravljanja svetlobe, prilagajanje velikosti pike in intenzivnosti svetlobe glede na povečavo in delovno razdaljo še posebej pomembno za kirurške mikroskope. V prihodnosti lahko optično slikanje uvede tehnologije panoramskega slikanja in tridimenzionalne rekonstrukcije, ki bodo razširile vidno polje in natančno obnovile tridimenzionalno postavitev kirurškega območja. To bo zdravnikom omogočilo boljše razumevanje celotnega stanja kirurškega območja in preprečilo, da bi spregledali pomembne informacije. Vendar pa panoramsko slikanje in tridimenzionalna rekonstrukcija vključujeta pridobivanje, registracijo in rekonstrukcijo slik visoke ločljivosti v realnem času, kar ustvarja ogromne količine podatkov. To postavlja izjemno visoke zahteve glede učinkovitosti algoritmov za obdelavo slik, računalniške moči strojne opreme in sistemov za shranjevanje, zlasti med operacijo, kjer je delovanje v realnem času ključnega pomena, zaradi česar je ta izziv še bolj izrazit.

Z naglim razvojem tehnologij, kot so medicinsko slikanje, umetna inteligenca in računalniška optika, so ultra visokoločljivostni kirurški mikroskopi pokazali velik potencial za izboljšanje kirurške natančnosti, varnosti in operativnih izkušenj. V prihodnosti se lahko ultra visokoločljivostni kirurški mikroskopi še naprej razvijajo v naslednjih štirih smereh: (1) Kar zadeva proizvodnjo opreme, je treba miniaturizacijo in modularizacijo doseči z nižjimi stroški, kar bo omogočilo obsežno klinično uporabo; (2) Razvoj naprednejših načinov upravljanja svetlobe za reševanje problema svetlobnih poškodb, ki jih povzroča dolgotrajna operacija; (3) Oblikovanje inteligentnih pomožnih algoritmov, ki so hkrati natančni in lahki, da izpolnjujejo zahteve glede računalniške zmogljivosti opreme; (4) Globoka integracija AR in robotskih kirurških sistemov za zagotavljanje podpore platforme za oddaljeno sodelovanje, natančno delovanje in avtomatizirane procese. Skratka, ultra visokoločljivostni kirurški mikroskopi se bodo razvili v celovit sistem za kirurško pomoč, ki združuje izboljšanje slike, inteligentno prepoznavanje in interaktivne povratne informacije ter pomaga pri izgradnji digitalnega ekosistema za prihodnjo kirurgijo.

Ta članek ponuja pregled napredka na področju skupnih ključnih tehnologij kirurških mikroskopov ultra visoke ločljivosti, s poudarkom na njihovi uporabi in razvoju v kirurških posegih. Z izboljšanjem ločljivosti imajo mikroskopi ultra visoke ločljivosti ključno vlogo na področjih, kot so nevrokirurgija, oftalmologija, otorinolaringologija in spinalna kirurgija. Še posebej je integracija intraoperativne tehnologije natančne navigacije v minimalno invazivne operacije povečala natančnost in varnost teh posegov. Z napredkom umetne inteligence in robotskih tehnologij bodo mikroskopi ultra visoke ločljivosti v prihodnosti ponujali učinkovitejšo in inteligentnejšo kirurško podporo, kar bo spodbudilo napredek minimalno invazivnih operacij in sodelovanja na daljavo, s čimer se bosta še povečala varnost in učinkovitost kirurških posegov.