Tehnološki napredak i klinička primjena ultravisokodefinicijskih hirurških mikroskopa

 

Hirurški mikroskopiigraju izuzetno važnu ulogu u modernim medicinskim oblastima, posebno u oblastima visoke preciznosti kao što su neurohirurgija, oftalmologija, otorinolaringologija i minimalno invazivna hirurgija, gdje su postali nezamjenjiva osnovna oprema. Sa velikim mogućnostima uvećanja,Operativni mikroskopipružaju detaljan prikaz, omogućavajući hirurzima da posmatraju detalje koji su nevidljivi golim okom, poput nervnih vlakana, krvnih sudova i slojeva tkiva, čime pomažu ljekarima da izbjegnu oštećenje zdravog tkiva tokom operacije. Posebno u neurohirurgiji, veliko uvećanje mikroskopa omogućava preciznu lokalizaciju tumora ili oboljelih tkiva, osiguravajući jasne rubove resekcije i izbjegavajući oštećenje kritičnih živaca, čime se poboljšava kvalitet postoperativnog oporavka pacijenata.

Tradicionalni hirurški mikroskopi su obično opremljeni sistemima za prikaz standardne rezolucije, sposobnim da pruže dovoljno vizuelnih informacija za podršku složenim hirurškim potrebama. Međutim, s brzim razvojem medicinske tehnologije, posebno prodorima u oblasti vizuelne tehnologije, kvalitet slike hirurških mikroskopa postepeno je postao važan faktor u poboljšanju hirurške preciznosti. U poređenju s tradicionalnim hirurškim mikroskopima, mikroskopi ultra visoke definicije mogu prikazati više detalja. Uvođenjem sistema za prikaz i snimanje s rezolucijama od 4K, 8K ili čak i višim, hirurški mikroskopi ultra visoke definicije omogućavaju hirurzima da preciznije identifikuju i manipulišu sitnim lezijama i anatomskim strukturama, značajno poboljšavajući preciznost i sigurnost hirurgije. Kontinuiranom integracijom tehnologije obrade slike, vještačke inteligencije i virtuelne stvarnosti, hirurški mikroskopi ultra visoke definicije ne samo da poboljšavaju kvalitet slike, već i pružaju inteligentniju podršku za hirurgiju, vodeći hirurške procedure ka većoj preciznosti i manjem riziku.

 

Klinička primjena mikroskopa ultra visoke definicije

S kontinuiranim inovacijama tehnologije snimanja, mikroskopi ultra visoke definicije postepeno igraju ključnu ulogu u kliničkim primjenama, zahvaljujući izuzetno visokoj rezoluciji, odličnom kvalitetu snimanja i mogućnostima dinamičkog posmatranja u realnom vremenu.

Oftalmologija

Oftalmološka hirurgija zahtijeva precizne operacije, što nameće visoke tehničke standarde.oftalmološki hirurški mikroskopiNa primjer, kod femtosekundne laserske incizije rožnjače, hirurški mikroskop može osigurati veliko uvećanje za posmatranje prednje očne komore, centralnog reza očne jabučice i provjeru položaja reza. U oftalmološkoj hirurgiji, osvjetljenje je ključno. Mikroskop ne samo da pruža optimalne vizualne efekte s nižim intenzitetom svjetlosti, već i proizvodi posebnu refleksiju crvene svjetlosti, što pomaže u cijelom procesu operacije katarakte. Nadalje, optička koherentna tomografija (OCT) se široko koristi u oftalmološkoj hirurgiji za vizualizaciju ispod površine. Može pružiti slike poprečnog presjeka, prevazilazeći ograničenja samog mikroskopa, koji ne može vidjeti fina tkiva zbog frontalnog posmatranja. Na primjer, Kapeller i saradnici koristili su 4K-3D ekran i tablet računar za automatski stereoskopski prikaz dijagrama efekata OCT-a integriranog s mikroskopom (miOCT) (4D-miOCT). Na osnovu subjektivnih povratnih informacija korisnika, kvantitativne evaluacije performansi i različitih kvantitativnih mjerenja, pokazali su izvodljivost korištenja 4K-3D ekrana kao zamjene za 4D-miOCT na mikroskopu s bijelim svjetlom. Pored toga, u studiji Late i saradnika, prikupljanjem slučajeva 16 pacijenata sa kongenitalnim glaukomom praćenim metom bika, koristili su mikroskop sa miOCT funkcijom za posmatranje hirurškog procesa u realnom vremenu. Evaluacijom ključnih podataka kao što su preoperativni parametri, hirurški detalji, postoperativne komplikacije, konačna oštrina vida i debljina rožnjače, na kraju su pokazali da miOCT može pomoći ljekarima da identifikuju strukture tkiva, optimizuju operacije i smanje rizik od komplikacija tokom operacije. Međutim, uprkos tome što OCT postepeno postaje moćan pomoćni alat u vitreoretinalnoj hirurgiji, posebno u složenim slučajevima i novim operacijama (kao što je genska terapija), neki ljekari dovode u pitanje da li on zaista može poboljšati kliničku efikasnost zbog visokih troškova i duge krivulje učenja.

Otorinolaringologija

Otorinolaringološka hirurgija je još jedna hirurška oblast koja koristi hirurške mikroskope. Zbog prisustva dubokih šupljina i delikatnih struktura na crtama lica, uvećanje i osvjetljenje su ključni za hirurške ishode. Iako endoskopi ponekad mogu pružiti bolji pogled na uska hirurška područja,hirurški mikroskopi ultra visoke definicijenude percepciju dubine, omogućavajući uvećanje uskih anatomskih regija poput pužnice i sinusa, pomažući ljekarima u liječenju stanja poput otitisa medija i nazalnih polipa. Na primjer, Dundar i saradnici su uporedili efekte mikroskopskih i endoskopskih metoda za hirurgiju stapesa u liječenju otoskleroze, prikupljajući podatke od 84 pacijenta kojima je dijagnosticirana otoskleroza koji su podvrgnuti operaciji između 2010. i 2020. godine. Koristeći promjenu razlike u zračno-koštanoj provodljivosti prije i nakon operacije kao indikator mjerenja, konačni rezultati su pokazali da, iako su obje metode imale slične efekte na poboljšanje sluha, hirurški mikroskopi su bili lakši za rukovanje i imali su kraću krivulju učenja. Slično tome, u prospektivnoj studiji koju su proveli Ashfaq i saradnici, istraživački tim je izveo mikroskopski asistiranu parotidektomiju na 70 pacijenata sa tumorima parotidne žlijezde između 2020. i 2023. godine, fokusirajući se na procjenu uloge mikroskopa u identifikaciji i zaštiti facijalnog živca. Rezultati su pokazali da mikroskopi imaju značajne prednosti u poboljšanju jasnoće hirurškog polja, preciznoj identifikaciji glavnog stabla i grana facijalnog živca, smanjenju trakcije živaca i hemostaze, što ih čini važnim alatom za povećanje stope očuvanja facijalnog živca. Nadalje, kako operacije postaju sve složenije i preciznije, integracija proširene stvarnosti (AR) i različitih načina snimanja s hirurškim mikroskopima omogućava hirurzima da izvode operacije vođene slikom.

Neurohirurgija

Primjena ultra visoke definicijehirurški mikroskopi u neurohirurgijiprešao je s tradicionalnog optičkog posmatranja na digitalizaciju, proširenu stvarnost (AR) i inteligentnu pomoć. Na primjer, Draxinger i saradnici koristili su mikroskop u kombinaciji sa samostalno razvijenim MHz-OCT sistemom, pružajući trodimenzionalne slike visoke rezolucije putem frekvencije skeniranja od 1,6 MHz, uspješno pomažući hirurzima u razlikovanju tumora od zdravih tkiva u stvarnom vremenu i poboljšavajući hiruršku preciznost. Hafez i saradnici uporedili su performanse tradicionalnih mikroskopa i mikrohirurškog sistema za snimanje ultra visoke rezolucije (Exoscope) u eksperimentalnoj cerebrovaskularnoj bajpas operaciji, otkrivši da iako je mikroskop imao kraće vrijeme šivanja (P<0,001), Exoscope je pokazao bolje rezultate u smislu distribucije šavova (P=0,001). Osim toga, Exoscope je pružio udobniji hirurški položaj i zajednički vid, nudeći pedagoške prednosti. Slično tome, Calloni i saradnici uporedili su primjenu Exoscopea i tradicionalnih hirurških mikroskopa u obuci specijalizanata neurohirurgije. Šesnaest specijalizanata izvelo je repetitivne zadatke strukturnog prepoznavanja na kranijalnim modelima koristeći oba uređaja. Rezultati su pokazali da, iako nije bilo značajne razlike u ukupnom vremenu rada između ta dva uređaja, Exoscope je pokazao bolje rezultate u identifikaciji dubokih struktura i većina učesnika ga je doživljavala kao intuitivniji i udobniji, s potencijalom da postane mainstream u budućnosti. Očigledno je da hirurški mikroskopi ultra visoke definicije, opremljeni 4K ekranima visoke definicije, mogu svim učesnicima pružiti kvalitetnije 3D hirurške slike, olakšavajući hiruršku komunikaciju, prijenos informacija i poboljšavajući efikasnost podučavanja.

Hirurgija kičme

Ultra visoka definicijahirurški mikroskopiigraju ključnu ulogu u oblasti spinalne hirurgije. Pružajući trodimenzionalno snimanje visoke rezolucije, oni omogućavaju hirurzima da jasnije posmatraju složenu anatomsku strukturu kičme, uključujući suptilne dijelove poput živaca, krvnih sudova i koštanog tkiva, čime se povećava preciznost i sigurnost operacije. Što se tiče korekcije skolioze, hirurški mikroskopi mogu poboljšati jasnoću hirurškog vida i sposobnost fine manipulacije, pomažući ljekarima da precizno identifikuju nervne strukture i oboljela tkiva unutar uskog spinalnog kanala, te na taj način sigurno i efikasno završe postupke dekompresije i stabilizacije.

Sun i saradnici su uporedili efikasnost i sigurnost mikroskopski asistirane prednje cervikalne hirurgije i tradicionalne otvorene hirurgije u liječenju osifikacije stražnjeg longitudinalnog ligamenta vratne kičme. Šezdeset pacijenata je podijeljeno u grupu s mikroskopskom asistencijom (30 slučajeva) i grupu s tradicionalnom hirurgijom (30 slučajeva). Rezultati su pokazali da je grupa s mikroskopskom asistencijom imala superiorniji intraoperativni gubitak krvi, boravak u bolnici i postoperativni bol u poređenju s grupom s tradicionalnom hirurgijom, a stopa komplikacija je bila niža u grupi s mikroskopskom asistencijom. Slično tome, u hirurgiji spinalne fuzije, Singhatanadgige i saradnici su uporedili efekte primjene ortopedskih hirurških mikroskopa i hirurških povećala u minimalno invazivnoj transforaminalnoj lumbalnoj fuziji. Studija je obuhvatila 100 pacijenata i nije pokazala značajne razlike između dvije grupe u postoperativnom ublažavanju boli, funkcionalnom poboljšanju, proširenju spinalnog kanala, brzini fuzije i komplikacijama, ali je mikroskop pružio bolje vidno polje. Osim toga, mikroskopi u kombinaciji s AR tehnologijom se široko koriste u hirurgiji kičme. Na primjer, Carl i saradnici su uspostavili AR tehnologiju kod 10 pacijenata koristeći displej hirurškog mikroskopa montiran na glavu. Rezultati su pokazali da AR ima veliki potencijal za primjenu u degenerativnoj hirurgiji kičme, posebno u složenim anatomskim situacijama i edukaciji specijalizanata.

 

Sažetak i izgledi

U poređenju sa tradicionalnim hirurškim mikroskopima, hirurški mikroskopi ultra visoke rezolucije nude brojne prednosti, uključujući više opcija uvećanja, stabilno i jako osvjetljenje, precizne optičke sisteme, produžene radne udaljenosti i ergonomske stabilne stalke. Nadalje, njihove opcije vizualizacije visoke rezolucije, posebno integracija sa različitim režimima snimanja i AR tehnologijom, efikasno podržavaju operacije vođene slikom.

Uprkos brojnim prednostima hirurških mikroskopa, oni se i dalje suočavaju sa značajnim izazovima. Zbog svoje glomazne veličine, hirurški mikroskopi ultra visoke definicije predstavljaju određene operativne poteškoće tokom transporta između operacionih sala i intraoperativnog pozicioniranja, što može negativno uticati na kontinuitet i efikasnost hirurških procedura. Posljednjih godina, strukturni dizajn mikroskopa je značajno optimizovan, a njihovi optički nosači i binokularna sočiva podržavaju širok raspon podešavanja nagiba i rotacije, što značajno poboljšava operativnu fleksibilnost opreme i olakšava hirurgu posmatranje i rad u prirodnijem i udobnijem položaju. Nadalje, kontinuirani razvoj tehnologije nosivih displeja pruža hirurzima ergonomskiju vizuelnu podršku tokom mikrohirurških operacija, pomažući u ublažavanju operativnog umora i poboljšanju hirurške preciznosti i održive performanse hirurga. Međutim, zbog nedostatka noseće strukture, potrebno je često ponovno fokusiranje, što stabilnost tehnologije nosivih displeja čini inferiornom u odnosu na konvencionalne hirurške mikroskope. Drugo rješenje je evolucija strukture opreme prema minijaturizaciji i modularizaciji kako bi se fleksibilnije prilagodila različitim hirurškim scenarijima. Međutim, smanjenje volumena često uključuje precizne procese obrade i skupe integrisane optičke komponente, što stvarne troškove proizvodnje opreme čini skupim.

Još jedan izazov ultra-visokodefinicionih hirurških mikroskopa su opekotine kože uzrokovane jakim osvjetljenjem. Da bi se obezbijedili svijetli vizuelni efekti, posebno u prisustvu više posmatrača ili kamera, izvor svjetlosti mora emitovati jaku svjetlost koja može opeći tkivo pacijenta. Prijavljeno je da oftalmološki hirurški mikroskopi također mogu izazvati fototoksičnost na površini oka i suznom filmu, što dovodi do smanjene funkcije očnih ćelija. Stoga je optimizacija upravljanja svjetlom, podešavanje veličine tačke i intenziteta svjetlosti prema uvećanju i radnoj udaljenosti, posebno važna za hirurške mikroskope. U budućnosti, optičko snimanje može uvesti tehnologije panoramskog snimanja i trodimenzionalne rekonstrukcije kako bi se proširilo vidno polje i precizno vratio trodimenzionalni raspored hirurškog područja. Ovo će omogućiti ljekarima da bolje razumiju cjelokupnu situaciju hirurškog područja i izbjegnu propuštanje važnih informacija. Međutim, panoramsko snimanje i trodimenzionalna rekonstrukcija uključuju akviziciju, registraciju i rekonstrukciju slika visoke rezolucije u realnom vremenu, generirajući ogromne količine podataka. Ovo postavlja izuzetno visoke zahtjeve na efikasnost algoritama za obradu slika, hardversku računarsku snagu i sisteme za pohranu, posebno tokom operacije gdje su performanse u realnom vremenu ključne, što ovaj izazov čini još istaknutijim.

S brzim razvojem tehnologija kao što su medicinsko snimanje, vještačka inteligencija i računarska optika, hirurški mikroskopi ultra visoke definicije pokazali su veliki potencijal u poboljšanju hirurške preciznosti, sigurnosti i operativnog iskustva. U budućnosti, hirurški mikroskopi ultra visoke definicije mogli bi se nastaviti razvijati u sljedeća četiri smjera: (1) U smislu proizvodnje opreme, miniaturizacija i modularizacija trebaju se postići uz niže troškove, omogućavajući kliničku primjenu velikih razmjera; (2) Razvoj naprednijih načina upravljanja svjetlom kako bi se riješio problem oštećenja svjetlom uzrokovanog produženom operacijom; (3) Dizajniranje inteligentnih pomoćnih algoritama koji su i precizni i lagani kako bi zadovoljili zahtjeve računarskih performansi opreme; (4) Duboka integracija AR i robotskih hirurških sistema kako bi se obezbijedila podrška platforme za daljinsku saradnju, precizan rad i automatizovane procese. Ukratko, hirurški mikroskopi ultra visoke definicije će se razviti u sveobuhvatni sistem hirurške pomoći koji integriše poboljšanje slike, inteligentno prepoznavanje i interaktivne povratne informacije, pomažući u izgradnji digitalnog ekosistema za buduću hirurgiju.

Ovaj članak pruža pregled napretka u uobičajenim ključnim tehnologijama hirurških mikroskopa ultra visoke definicije, s fokusom na njihovu primjenu i razvoj u hirurškim procedurama. S poboljšanjem rezolucije, mikroskopi ultra visoke definicije igraju ključnu ulogu u oblastima kao što su neurohirurgija, oftalmologija, otorinolaringologija i spinalna hirurgija. Posebno je integracija intraoperativne tehnologije precizne navigacije u minimalno invazivne operacije povećala preciznost i sigurnost ovih procedura. Gledajući u budućnost, kako vještačka inteligencija i robotske tehnologije napreduju, mikroskopi ultra visoke definicije će ponuditi efikasniju i inteligentniju hiruršku podršku, podstičući napredak minimalno invazivnih operacija i daljinske saradnje, čime će se dodatno povećati hirurška sigurnost i efikasnost.