Razvoj optičnega slikanja v video kirurških mikroskopih

Na področju medicine je kirurgija nedvomno osrednje sredstvo zdravljenja velike večine bolezni, še posebej pa igra ključno vlogo pri zgodnjem zdravljenju raka. Ključ do uspeha kirurškega posega je v jasni vizualizaciji patološkega dela po disekciji.Kirurški mikroskopiZaradi močnega občutka za tridimenzionalnost, visoke ločljivosti in visoke ločljivosti se pogosto uporabljajo v medicinski kirurgiji. Vendar pa je anatomska struktura patološkega dela zapletena in kompleksna, večina pa meji na pomembna organska tkiva. Milimetrske do mikrometrske strukture daleč presegajo obseg, ki ga lahko opazi človeško oko. Poleg tega je žilno tkivo v človeškem telesu ozko in prenatrpano, osvetlitev pa nezadostna. Že najmanjše odstopanje lahko škoduje pacientu, vpliva na kirurški učinek in celo ogrozi življenje. Zato raziskave in razvojDelovanjemikroskopiz zadostno povečavo in jasnimi vizualnimi slikami je tema, ki jo raziskovalci še naprej poglobljeno raziskujejo.

Trenutno digitalne tehnologije, kot so slika in video, prenos informacij in fotografsko snemanje, vstopajo na področje mikrokirurgije z novimi prednostmi. Te tehnologije ne le močno vplivajo na človeški življenjski slog, temveč se tudi postopoma integrirajo v področje mikrokirurgije. Visokoločljivostni zasloni, kamere itd. lahko učinkovito izpolnjujejo trenutne zahteve po kirurški natančnosti. Video sistemi s CCD, CMOS in drugimi slikovnimi senzorji kot sprejemnimi površinami se postopoma uporabljajo v kirurških mikroskopih. Video kirurški mikroskopiso zelo prilagodljivi in ​​priročni za zdravnike. Uvedba naprednih tehnologij, kot so navigacijski sistem, 3D-prikaz, kakovost slike visoke ločljivosti, obogatena resničnost (AR) itd., ki omogočajo deljenje pogleda z več osebami med kirurškim postopkom, zdravnikom dodatno pomaga pri boljšem izvajanju intraoperativnih operacij.

Optično slikanje z mikroskopom je glavni dejavnik kakovosti slikanja z mikroskopom. Optično slikanje video kirurških mikroskopov ima edinstvene oblikovne značilnosti, saj uporablja napredne optične komponente in tehnologije slikanja, kot so visokoločljivostni in visokokontrastni CMOS ali CCD senzorji, ter ključne tehnologije, kot sta optični zoom in optična kompenzacija. Te tehnologije učinkovito izboljšajo jasnost in kakovost slike mikroskopov, kar zagotavlja dobro vizualno zanesljivost pri kirurških posegih. Poleg tega je bilo z združitvijo tehnologije optičnega slikanja z digitalno obdelavo doseženo dinamično slikanje v realnem času in 3D-rekonstrukcija, kar kirurgom zagotavlja bolj intuitivno vizualno izkušnjo. Da bi še izboljšali kakovost optičnega slikanja video kirurških mikroskopov, raziskovalci nenehno raziskujejo nove metode optičnega slikanja, kot so fluorescenčno slikanje, polarizacijsko slikanje, multispektralno slikanje itd., da bi izboljšali ločljivost in globino slikanja mikroskopov; uporabljajo tehnologijo umetne inteligence za naknadno obdelavo optičnih slikovnih podatkov za izboljšanje jasnosti in kontrasta slike.

Pri zgodnjih kirurških posegih,binokularni mikroskopiso se uporabljali predvsem kot pomožna orodja. Binokularni mikroskop je instrument, ki uporablja prizme in leče za doseganje stereoskopskega vida. Omogoča zaznavanje globine in stereoskopski vid, ki ga monokularni mikroskopi nimajo. Sredi 20. stoletja je von Zehender pionir uporabe binokularnih povečevalnih stekel pri medicinskih oftalmoloških pregledih. Nato je Zeiss predstavil binokularno povečevalno steklo z delovno razdaljo 25 cm, s čimer je postavil temelje za razvoj sodobne mikrokirurgije. Kar zadeva optično slikanje binokularnih kirurških mikroskopov, je bila delovna razdalja zgodnjih binokularnih mikroskopov 75 mm. Z razvojem in inovacijami medicinskih instrumentov je bil predstavljen prvi kirurški mikroskop OPMI1, delovna razdalja pa lahko doseže 405 mm. Povečava se nenehno povečuje, možnosti povečave pa se nenehno širijo. Z nenehnim napredkom binokularnih mikroskopov so njihove prednosti, kot so živahen stereoskopski učinek, visoka jasnost in dolga delovna razdalja, binokularne kirurške mikroskope široko uporabljale v različnih oddelkih. Vendar pa omejitve zaradi velike velikosti in majhne globine ni mogoče prezreti, medicinsko osebje pa mora med operacijo pogosto kalibrirati in fokusirati, kar povečuje težavnost delovanja. Poleg tega kirurgi, ki se dolgo časa osredotočajo na vizualno opazovanje in delovanje instrumentov, ne le povečajo svojo fizično obremenitev, temveč tudi ne upoštevajo ergonomskih načel. Zdravniki morajo pri izvajanju kirurških pregledov pacientov vzdrževati fiksno držo, potrebne pa so tudi ročne prilagoditve, kar do neke mere povečuje težavnost kirurških posegov.

Po devetdesetih letih prejšnjega stoletja so se sistemi kamer in slikovnih senzorjev začeli postopoma vključevati v kirurško prakso, kar je pokazalo velik potencial uporabe. Leta 1991 je Berci inovativno razvil video sistem za vizualizacijo kirurških področij z nastavljivo delovno razdaljo od 150 do 500 mm in premerom opazovanih objektov od 15 do 25 mm, hkrati pa je ohranjal globinsko ostrino med 10 in 20 mm. Čeprav so visoki stroški vzdrževanja leč in kamer v tistem času omejevali široko uporabo te tehnologije v številnih bolnišnicah, so raziskovalci nadaljevali s tehnološkimi inovacijami in začeli razvijati naprednejše video kirurške mikroskope. V primerjavi z binokularnimi kirurškimi mikroskopi, ki potrebujejo dolgo časa za ohranjanje tega nespremenjenega načina delovanja, lahko to zlahka povzroči fizično in duševno utrujenost. Video kirurški mikroskop projicira povečano sliko na monitor, s čimer se izognemo dolgotrajni slabi drži kirurga. Video kirurški mikroskopi zdravnike osvobajajo ene same drže, kar jim omogoča delovanje na anatomskih mestih prek zaslonov visoke ločljivosti.

V zadnjih letih so s hitrim napredkom tehnologije umetne inteligence kirurški mikroskopi postopoma postali inteligentni, video kirurški mikroskopi pa so postali glavni izdelki na trgu. Trenutni video kirurški mikroskop združuje računalniški vid in tehnologije globokega učenja za avtomatizirano prepoznavanje, segmentacijo in analizo slik. Med kirurškim postopkom lahko inteligentni video kirurški mikroskopi pomagajo zdravnikom pri hitrem lociranju obolelih tkiv in izboljšanju kirurške natančnosti.

V procesu razvoja od binokularnih mikroskopov do video kirurških mikroskopov ni težko ugotoviti, da se zahteve glede natančnosti, učinkovitosti in varnosti v kirurgiji iz dneva v dan povečujejo. Trenutno povpraševanje po optičnem slikanju kirurških mikroskopov ni omejeno le na povečevanje patoloških delov, temveč je vse bolj raznoliko in učinkovito. V klinični medicini se kirurški mikroskopi pogosto uporabljajo pri nevroloških in spinalnih operacijah s fluorescentnimi moduli, integriranimi z obogateno resničnostjo. Navigacijski sistem AR lahko olajša kompleksne operacije hrbtenice, fluorescentna sredstva pa lahko zdravnike vodijo do popolne odstranitve možganskih tumorjev. Poleg tega so raziskovalci uspešno dosegli samodejno zaznavanje polipov glasilk in levkoplakije z uporabo hiperspektralnega kirurškega mikroskopa v kombinaciji z algoritmi za razvrščanje slik. Video kirurški mikroskopi se pogosto uporabljajo na različnih kirurških področjih, kot so tiroidektomija, kirurgija mrežnice in limfna kirurgija, s kombinacijo fluorescentnega slikanja, multispektralnega slikanja in inteligentnih tehnologij obdelave slik.

V primerjavi z binokularnimi kirurškimi mikroskopi lahko video mikroskopi omogočajo deljenje videoposnetkov z več uporabniki, visokoločljivostne kirurške slike in so bolj ergonomski, kar zmanjšuje utrujenost zdravnikov. Razvoj optičnega slikanja, digitalizacije in inteligence je močno izboljšal delovanje optičnih sistemov kirurških mikroskopov, dinamično slikanje v realnem času, obogatena resničnost in druge tehnologije pa so močno razširile funkcije in module kirurških mikroskopov, ki temeljijo na videu.

Optično slikanje prihodnjih video kirurških mikroskopov bo natančnejše, učinkovitejše in inteligentnejše, kar bo zdravnikom zagotavljalo celovitejše, podrobnejše in tridimenzionalne informacije o pacientih za boljše vodenje kirurških posegov. Hkrati se bo ta sistem z nenehnim napredkom tehnologije in širjenjem področij uporabe uporabljal in razvijal tudi na več področjih.