Razvoj optičkog snimanja u video hirurškim mikroskopima

U oblasti medicine, hirurgija je nesumnjivo osnovno sredstvo liječenja velike većine bolesti, a posebno igra ključnu ulogu u ranom liječenju raka. Ključ uspjeha hirurške operacije leži u jasnoj vizualizaciji patološkog dijela nakon disekcije.Hirurški mikroskopiŠiroko se koriste u medicinskoj hirurgiji zbog snažnog osjećaja za trodimenzionalnost, visoke definicije i visoke rezolucije. Međutim, anatomska struktura patološkog dijela je složena i zamršena, a većina njih se nalazi uz važna tkiva organa. Milimetarske do mikrometarske strukture daleko su premašile raspon koji ljudsko oko može vidjeti. Osim toga, vaskularno tkivo u ljudskom tijelu je usko i pretrpano, a osvjetljenje je nedovoljno. Svako malo odstupanje može uzrokovati štetu pacijentu, utjecati na hirurški učinak, pa čak i ugroziti život. Stoga, istraživanje i razvojOperativnimikroskopiuz dovoljno uvećanje i jasne vizualne slike je tema koju istraživači nastavljaju detaljno istraživati.

Trenutno, digitalne tehnologije poput slike i videa, prijenosa informacija i fotografskog snimanja ulaze u područje mikrohirurgije s novim prednostima. Ove tehnologije ne samo da duboko utječu na ljudski način života, već se i postepeno integriraju u područje mikrohirurgije. Ekrani visoke definicije, kamere itd. mogu efikasno zadovoljiti trenutne zahtjeve za hiruršku tačnost. Video sistemi sa CCD, CMOS i drugim senzorima slike kao prijemnim površinama postepeno se primjenjuju na hirurške mikroskope. Video hirurški mikroskopisu veoma fleksibilni i praktični za rad doktorima. Uvođenje naprednih tehnologija kao što su navigacijski sistem, 3D prikaz, slika visoke definicije, proširena stvarnost (AR) itd., koje omogućavaju dijeljenje pogleda više osoba tokom hirurškog procesa, dodatno pomaže doktorima u boljem izvođenju intraoperativnih operacija.

Optičko snimanje mikroskopom je glavni faktor koji određuje kvalitet snimanja mikroskopom. Optičko snimanje video hirurških mikroskopa ima jedinstvene karakteristike dizajna, koristeći napredne optičke komponente i tehnologije snimanja kao što su CMOS ili CCD senzori visoke rezolucije i visokog kontrasta, kao i ključne tehnologije poput optičkog zuma i optičke kompenzacije. Ove tehnologije efikasno poboljšavaju jasnoću i kvalitet slike mikroskopa, pružajući dobru vizuelnu sigurnost za hirurške operacije. Štaviše, kombinovanjem tehnologije optičkog snimanja sa digitalnom obradom, postignuto je dinamičko snimanje u realnom vremenu i 3D rekonstrukcija, pružajući hirurzima intuitivnije vizuelno iskustvo. Kako bi se dodatno poboljšao kvalitet optičkog snimanja video hirurških mikroskopa, istraživači stalno istražuju nove metode optičkog snimanja, kao što su fluorescentno snimanje, polarizacijsko snimanje, multispektralno snimanje itd., kako bi poboljšali rezoluciju i dubinu snimanja mikroskopa; Koristeći tehnologiju vještačke inteligencije za naknadnu obradu podataka optičkog snimanja radi poboljšanja jasnoće i kontrasta slike.

U ranim hirurškim procedurama,binokularni mikroskopiUglavnom su se koristili kao pomoćni alati. Binokularni mikroskop je instrument koji koristi prizme i sočiva za postizanje stereoskopskog vida. Može pružiti percepciju dubine i stereoskopski vid koji monokularni mikroskopi nemaju. Sredinom 20. stoljeća, von Zehender je bio pionir u primjeni binokularnih lupa u medicinskim oftalmološkim pregledima. Nakon toga, Zeiss je predstavio binokularnu lupu s radnom udaljenošću od 25 cm, postavljajući temelje za razvoj moderne mikrohirurgije. Što se tiče optičkog snimanja binokularnih hirurških mikroskopa, radna udaljenost ranih binokularnih mikroskopa bila je 75 mm. Razvojem i inovacijama medicinskih instrumenata, uveden je prvi hirurški mikroskop OPMI1, a radna udaljenost može doseći 405 mm. Uvećanje se također stalno povećava, a opcije uvećanja se stalno povećavaju. S kontinuiranim napretkom binokularnih mikroskopa, njihove prednosti poput živopisnog stereoskopskog efekta, visoke jasnoće i velike radne udaljenosti učinile su binokularne hirurške mikroskope široko korištenim u raznim odjeljenjima. Međutim, ograničenje njegove velike veličine i male dubine ne može se zanemariti, a medicinsko osoblje mora često kalibrirati i fokusirati tokom operacije, što povećava težinu operacije. Osim toga, hirurzi koji se dugo fokusiraju na vizualno posmatranje i rad instrumenata ne samo da povećavaju svoje fizičko opterećenje, već se i ne pridržavaju ergonomskih principa. Doktori moraju održavati fiksni položaj tijela kako bi obavljali hirurške preglede na pacijentima, a potrebna su i ručna podešavanja, što donekle povećava težinu hirurških operacija.

Nakon 1990-ih, sistemi kamera i senzori slike počeli su se postepeno integrirati u hiruršku praksu, demonstrirajući značajan potencijal primjene. Berci je 1991. godine inovativno razvio video sistem za vizualizaciju hirurških područja, s podesivim radnim rasponom od 150-500 mm i promjerom vidljivih objekata u rasponu od 15-25 mm, uz održavanje dubine polja između 10-20 mm. Iako su visoki troškovi održavanja objektiva i kamera u to vrijeme ograničavali široku primjenu ove tehnologije u mnogim bolnicama, istraživači su nastavili težiti tehnološkim inovacijama i počeli razvijati naprednije video hirurške mikroskope. U poređenju s binokularnim hirurškim mikroskopima, kojima je potreban dug vremenski period da bi se održao ovaj nepromijenjeni način rada, to lako može dovesti do fizičkog i mentalnog umora. Hirurški mikroskop video tipa projektuje uvećanu sliku na monitor, izbjegavajući dugotrajno loše držanje hirurga. Hirurški mikroskopi video tipa oslobađaju doktore jednog položaja, omogućavajući im da operišu na anatomskim mjestima putem ekrana visoke definicije.

Posljednjih godina, s brzim napretkom tehnologije umjetne inteligencije, hirurški mikroskopi su postepeno postali inteligentni, a hirurški mikroskopi zasnovani na videu postali su glavni proizvodi na tržištu. Trenutni hirurški mikroskop zasnovan na videu kombinuje tehnologije kompjuterskog vida i dubokog učenja kako bi se postiglo automatizovano prepoznavanje, segmentacija i analiza slike. Tokom hirurškog procesa, inteligentni hirurški mikroskopi zasnovani na videu mogu pomoći ljekarima u brzom lociranju oboljelih tkiva i poboljšanju hirurške tačnosti.

U procesu razvoja od binokularnih mikroskopa do video hirurških mikroskopa, nije teško uočiti da zahtjevi za tačnošću, efikasnošću i sigurnošću u hirurgiji rastu iz dana u dan. Trenutno, potražnja za optičkim snimanjem hirurških mikroskopa nije ograničena samo na uvećavanje patoloških dijelova, već je sve raznovrsnija i efikasnija. U kliničkoj medicini, hirurški mikroskopi se široko koriste u neurološkim i spinalnim hirurgijama putem fluorescentnih modula integriranih sa proširenom stvarnošću. AR navigacijski sistem može olakšati složene operacije spinalne ključaonice, a fluorescentni agensi mogu voditi doktore do potpunog uklanjanja tumora mozga. Osim toga, istraživači su uspješno postigli automatsko otkrivanje polipa glasnica i leukoplakije koristeći hiperspektralni hirurški mikroskop u kombinaciji s algoritmima za klasifikaciju slike. Video hirurški mikroskopi se široko koriste u raznim hirurškim oblastima kao što su tiroidektomija, hirurgija mrežnjače i limfna hirurgija kombinovanjem s fluorescentnim snimanjem, multispektralnim snimanjem i tehnologijama inteligentne obrade slike.

U poređenju sa binokularnim hirurškim mikroskopima, video mikroskopi mogu omogućiti dijeljenje videa između više korisnika, hirurške slike visoke definicije i ergonomskiji su, smanjujući zamor doktora. Razvoj optičkog snimanja, digitalizacije i inteligencije značajno je poboljšao performanse optičkih sistema hirurških mikroskopa, a dinamičko snimanje u realnom vremenu, proširena stvarnost i druge tehnologije značajno su proširile funkcije i module hirurških mikroskopa zasnovanih na videu.

Optičko snimanje budućih video hirurških mikroskopa bit će preciznije, efikasnije i inteligentnije, pružajući ljekarima sveobuhvatnije, detaljnije i trodimenzionalne informacije o pacijentu kako bi bolje vodili hirurške operacije. U međuvremenu, s kontinuiranim napretkom tehnologije i širenjem polja primjene, ovaj sistem će se primjenjivati ​​i razvijati u više oblasti.