Tehnološki napredak i klinička primjena kirurških mikroskopa ultra visoke razlučivosti

 

Kirurški mikroskopiigraju izuzetno važnu ulogu u modernim medicinskim područjima, posebno u visokopreciznim područjima poput neurokirurgije, oftalmologije, otorinolaringologije i minimalno invazivne kirurgije, gdje su postali nezamjenjiva osnovna oprema. S velikim mogućnostima povećanja,Operativni mikroskopipružaju detaljan prikaz, omogućujući kirurzima da promatraju detalje koji su nevidljivi golim okom, poput živčanih vlakana, krvnih žila i slojeva tkiva, čime pomažu liječnicima da izbjegnu oštećenje zdravog tkiva tijekom operacije. Posebno u neurokirurgiji, veliko povećanje mikroskopa omogućuje preciznu lokalizaciju tumora ili oboljelih tkiva, osiguravajući jasne rubove resekcije i izbjegavajući oštećenje kritičnih živaca, čime se poboljšava kvaliteta postoperativnog oporavka pacijenata.

Tradicionalni kirurški mikroskopi obično su opremljeni sustavima prikaza standardne rezolucije, sposobnim pružiti dovoljno vizualnih informacija za podršku složenim kirurškim potrebama. Međutim, s brzim razvojem medicinske tehnologije, posebno prodorima u području vizualne tehnologije, kvaliteta slike kirurških mikroskopa postupno je postala važan čimbenik u poboljšanju kirurške preciznosti. U usporedbi s tradicionalnim kirurškim mikroskopima, mikroskopi ultra visoke rezolucije mogu prikazati više detalja. Uvođenjem sustava prikaza i slike s rezolucijama od 4K, 8K ili čak i više, kirurški mikroskopi ultra visoke rezolucije omogućuju kirurzima da preciznije identificiraju i manipuliraju sitnim lezijama i anatomskim strukturama, uvelike poboljšavajući preciznost i sigurnost operacije. Kontinuiranom integracijom tehnologije obrade slike, umjetne inteligencije i virtualne stvarnosti, kirurški mikroskopi ultra visoke rezolucije ne samo da poboljšavaju kvalitetu slike već i pružaju inteligentniju podršku kirurgiji, vodeći kirurške postupke prema većoj preciznosti i manjem riziku.

 

Klinička primjena mikroskopa ultra visoke rezolucije

S kontinuiranim inovacijama tehnologije snimanja, mikroskopi ultra visoke razlučivosti postupno igraju ključnu ulogu u kliničkim primjenama, zahvaljujući izuzetno visokoj rezoluciji, izvrsnoj kvaliteti slike i mogućnostima dinamičkog promatranja u stvarnom vremenu.

Oftalmologija

Oftalmološka kirurgija zahtijeva precizno djelovanje, što nameće visoke tehničke standardeoftalmološki kirurški mikroskopiNa primjer, kod femtosekundne laserske incizije rožnice, kirurški mikroskop može osigurati veliko povećanje za promatranje prednje očne komore, središnjeg reza očne jabučice i provjeru položaja reza. U oftalmološkoj kirurgiji osvjetljenje je ključno. Mikroskop ne samo da pruža optimalne vizualne efekte s nižim intenzitetom svjetlosti, već i proizvodi poseban odraz crvenog svjetla, što pomaže u cijelom procesu operacije katarakte. Nadalje, optička koherentna tomografija (OCT) široko se koristi u oftalmološkoj kirurgiji za vizualizaciju ispod površine. Može pružiti slike presjeka, prevladavajući ograničenja samog mikroskopa, koji ne može vidjeti fina tkiva zbog frontalnog promatranja. Na primjer, Kapeller i suradnici koristili su 4K-3D zaslon i tablet računalo za automatski stereoskopski prikaz dijagrama učinka OCT-a integriranog s mikroskopom (miOCT) (4D-miOCT). Na temelju subjektivnih povratnih informacija korisnika, kvantitativne evaluacije performansi i raznih kvantitativnih mjerenja, pokazali su izvedivost korištenja 4K-3D zaslona kao zamjene za 4D-miOCT na mikroskopu s bijelim svjetlom. Osim toga, u studiji Late i suradnika, prikupljanjem slučajeva 16 pacijenata s kongenitalnim glaukomom praćenim metom ciljanja, koristili su mikroskop s miOCT funkcijom za promatranje kirurškog procesa u stvarnom vremenu. Procjenom ključnih podataka poput preoperativnih parametara, kirurških detalja, postoperativnih komplikacija, konačne vidne oštrine i debljine rožnice, u konačnici su pokazali da miOCT može pomoći liječnicima u identificiranju struktura tkiva, optimizaciji operacija i smanjenju rizika od komplikacija tijekom operacije. Međutim, unatoč tome što OCT postupno postaje moćan pomoćni alat u vitreoretinalnoj kirurgiji, posebno u složenim slučajevima i novim operacijama (poput genske terapije), neki liječnici dovode u pitanje može li on doista poboljšati kliničku učinkovitost zbog visokih troškova i duge krivulje učenja.

Otorinolaringologija

Otorinolaringološka kirurgija je još jedno kirurško područje koje koristi kirurške mikroskope. Zbog prisutnosti dubokih šupljina i osjetljivih struktura u crtama lica, povećanje i osvjetljenje ključni su za kirurške ishode. Iako endoskopi ponekad mogu pružiti bolji pogled na uska kirurška područja,kirurški mikroskopi ultra visoke rezolucijenude percepciju dubine, omogućujući povećanje uskih anatomskih područja poput pužnice i sinusa, pomažući liječnicima u liječenju stanja poput otitisa medija i nosnih polipa. Na primjer, Dundar i sur. usporedili su učinke mikroskopskih i endoskopskih metoda za operaciju stapesa u liječenju otoskleroze, prikupljajući podatke od 84 pacijenta s dijagnozom otoskleroze koji su podvrgnuti operaciji između 2010. i 2020. Koristeći promjenu razlike u zračno-koštanoj vodljivosti prije i nakon operacije kao pokazatelj mjerenja, konačni rezultati pokazali su da iako su obje metode imale slične učinke na poboljšanje sluha, kirurški mikroskopi bili su lakši za korištenje i imali su kraću krivulju učenja. Slično tome, u prospektivnoj studiji koju su proveli Ashfaq i sur., istraživački tim izveo je mikroskopski potpomognutu parotidektomiju na 70 pacijenata s tumorima parotidne žlijezde između 2020. i 2023., usredotočujući se na procjenu uloge mikroskopa u identifikaciji i zaštiti facijalnog živca. Rezultati su pokazali da mikroskopi imaju značajne prednosti u poboljšanju jasnoće kirurškog polja, točnom identificiranju glavnog debla i grana facijalnog živca, smanjenju trakcije živca i hemostazi, 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 kirurškim mikroskopima omogućuje kirurzima izvođenje operacija vođenih slikom.

Neurokirurgija

Primjena ultra visoke razlučivostikirurški mikroskopi u neurokirurgijiprešao je s tradicionalnog optičkog promatranja na digitalizaciju, proširenu stvarnost (AR) i inteligentnu pomoć. Na primjer, Draxinger i suradnici koristili su mikroskop u kombinaciji sa samostalno razvijenim MHz-OCT sustavom, pružajući trodimenzionalne slike visoke rezolucije putem frekvencije skeniranja od 1,6 MHz, uspješno pomažući kirurzima u razlikovanju tumora i zdravih tkiva u stvarnom vremenu i poboljšavajući kiruršku preciznost. Hafez i suradnici usporedili su performanse tradicionalnih mikroskopa i mikrokirurškog sustava snimanja ultra visoke rezolucije (Exoscope) u eksperimentalnoj cerebrovaskularnoj bypass 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 kirurški položaj i zajednički vid, nudeći pedagoške prednosti. Slično tome, Calloni i suradnici usporedili su primjenu Exoscopea i tradicionalnih kirurških mikroskopa u obuci specijalizanata neurokirurgije. 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 identificiranju dubokih struktura te ga je većina sudionika doživljavala kao intuitivniji i ugodniji, s potencijalom da u budućnosti postane mainstream. Očito je da kirurški mikroskopi ultra visoke razlučivosti, opremljeni 4K zaslonima visoke razlučivosti, mogu svim sudionicima pružiti kvalitetnije 3D kirurške slike, olakšavajući kiruršku komunikaciju, prijenos informacija i poboljšavajući učinkovitost poučavanja.

Kirurgija kralježnice

Ultra visoka razlučivostkirurški mikroskopiigraju ključnu ulogu u području spinalne kirurgije. Pružajući trodimenzionalno snimanje visoke rezolucije, omogućuju kirurzima da jasnije promatraju složenu anatomsku strukturu kralježnice, uključujući suptilne dijelove poput živaca, krvnih žila i koštanog tkiva, čime se povećava preciznost i sigurnost operacije. Što se tiče korekcije skolioze, kirurški mikroskopi mogu poboljšati jasnoću kirurškog vida i sposobnost fine manipulacije, pomažući liječnicima da točno identificiraju neuronske strukture i oboljela tkiva unutar uskog spinalnog kanala, čime se sigurno i učinkovito dovršavaju postupci dekompresije i stabilizacije.

Sun i suradnici usporedili su učinkovitost i sigurnost mikroskopski potpomognute prednje cervikalne kirurgije i tradicionalne otvorene kirurgije u liječenju osifikacije stražnjeg longitudinalnog ligamenta vratne kralježnice. Šezdeset pacijenata podijeljeno je u skupinu s mikroskopskom potpomognutom kirurgijom (30 slučajeva) i skupinu s tradicionalnom kirurgijom (30 slučajeva). Rezultati su pokazali da je skupina s mikroskopskom potpomognutom kirurgijom imala superiorniji intraoperativni gubitak krvi, boravak u bolnici i postoperativnu bol u usporedbi s tradicionalnom kirurškom skupinom, a stopa komplikacija bila je niža u skupini s mikroskopskom potpomognutom kirurgijom. Slično tome, u kirurgiji spinalne fuzije, Singhatanadgige i suradnici usporedili su učinke primjene ortopedskih kirurških mikroskopa i kirurških povećala u minimalno invazivnoj transforaminalnoj lumbalnoj fuziji. Studija je obuhvatila 100 pacijenata i nije pokazala značajne razlike između dvije skupine 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 široko se koriste u kirurgiji kralježnice. Na primjer, Carl i suradnici uspostavili su AR tehnologiju kod 10 pacijenata koristeći zaslon kirurškog mikroskopa montiran na glavu. Rezultati su pokazali da AR ima veliki potencijal za primjenu u spinalnoj degenerativnoj kirurgiji, posebno u složenim anatomskim situacijama i edukaciji specijalizanata.

 

Sažetak i izgledi

U usporedbi s tradicionalnim kirurškim mikroskopima, kirurški mikroskopi ultra visoke rezolucije nude brojne prednosti, uključujući višestruke mogućnosti povećanja, stabilno i jarko osvjetljenje, precizne optičke sustave, produžene radne udaljenosti i ergonomske stabilne stalke. Nadalje, njihove mogućnosti vizualizacije visoke rezolucije, posebno integracija s raznim načinima snimanja i AR tehnologijom, učinkovito podržavaju operacije vođene slikom.

Unatoč brojnim prednostima kirurških mikroskopa, oni se i dalje suočavaju sa značajnim izazovima. Zbog svoje glomazne veličine, kirurški mikroskopi ultra visoke razlučivosti predstavljaju određene operativne poteškoće tijekom transporta između operacijskih sala i intraoperativnog pozicioniranja, što može negativno utjecati na kontinuitet i učinkovitost kirurških postupaka. Posljednjih godina strukturni dizajn mikroskopa značajno je optimiziran, a njihovi optički nosači i cijevi binokularnih leća podržavaju širok raspon podešavanja nagiba i rotacije, što uvelike poboljšava operativnu fleksibilnost opreme i olakšava kirurgu promatranje i rad u prirodnijem i ugodnijem položaju. Nadalje, kontinuirani razvoj tehnologije nosivih zaslona pruža kirurzima ergonomskiju vizualnu podršku tijekom mikrokirurških operacija, pomažući u ublažavanju operativnog umora i poboljšavajući kiruršku preciznost i održivu sposobnost kirurga. Međutim, zbog nedostatka potporne strukture potrebno je često ponovno fokusiranje, što stabilnost tehnologije nosivih zaslona čini inferiornom u odnosu na konvencionalne kirurške mikroskope. Drugo rješenje je evolucija strukture opreme prema minijaturizaciji i modularizaciji kako bi se fleksibilnije prilagodila različitim kirurškim scenarijima. Međutim, smanjenje volumena često uključuje precizne procese obrade i skupe integrirane optičke komponente, što stvarne troškove proizvodnje opreme čini skupima.

Još jedan izazov kirurških mikroskopa ultra visoke razlučivosti su opekline kože uzrokovane snažnom rasvjetom. Kako bi se osigurali svijetli vizualni efekti, posebno u prisutnosti više promatrača ili kamera, izvor svjetlosti mora emitirati jaku svjetlost koja može opeći pacijentovo tkivo. Izviješteno je da oftalmološki kirurški mikroskopi također mogu uzrokovati fototoksičnost očne površine i suznog filma, što dovodi do smanjene funkcije očnih stanica. Stoga je optimizacija upravljanja svjetlom, podešavanje veličine točke i intenziteta svjetlosti prema povećanju i radnoj udaljenosti posebno važna za kirurške mikroskope. U budućnosti, optičko snimanje može uvesti tehnologije panoramskog snimanja i trodimenzionalne rekonstrukcije kako bi se proširilo vidno polje i točno vratio trodimenzionalni raspored kirurškog područja. To će omogućiti liječnicima da bolje razumiju cjelokupnu situaciju kirurškog područja i izbjegnu propuštanje važnih informacija. Međutim, panoramsko snimanje i trodimenzionalna rekonstrukcija uključuju akviziciju, registraciju i rekonstrukciju slika visoke rezolucije u stvarnom vremenu, generirajući ogromne količine podataka. To postavlja izuzetno visoke zahtjeve na učinkovitost algoritama za obradu slika, računalnu snagu hardvera i sustave za pohranu, posebno tijekom operacije gdje su performanse u stvarnom vremenu ključne, što ovaj izazov čini još istaknutijim.

S brzim razvojem tehnologija poput medicinskog snimanja, umjetne inteligencije i računalne optike, kirurški mikroskopi ultra visoke razlučivosti pokazali su veliki potencijal u poboljšanju kirurške preciznosti, sigurnosti i operativnog iskustva. U budućnosti bi se kirurški mikroskopi ultra visoke razlučivosti mogli nastaviti razvijati u sljedeća četiri smjera: (1) U smislu proizvodnje opreme, miniaturizacija i modularizacija trebale bi se postići uz niže troškove, što bi omogućilo kliničku primjenu velikih razmjera; (2) Razvoj naprednijih načina upravljanja svjetlom kako bi se riješio problem oštećenja svjetlom uzrokovanog dugotrajnom operacijom; (3) Dizajniranje inteligentnih pomoćnih algoritama koji su i precizni i lagani kako bi zadovoljili računalne zahtjeve opreme; (4) Duboka integracija AR i robotskih kirurških sustava kako bi se osigurala podrška platforme za udaljenu suradnju, precizan rad i automatizirane procese. Ukratko, kirurški mikroskopi ultra visoke razlučivosti razvit će se u sveobuhvatan sustav kirurške pomoći koji integrira poboljšanje slike, inteligentno prepoznavanje i interaktivne povratne informacije, pomažući u izgradnji digitalnog ekosustava za buduću kirurgiju.

Ovaj članak pruža pregled napretka u uobičajenim ključnim tehnologijama kirurških mikroskopa ultra visoke razlučivosti, s naglaskom na njihovu primjenu i razvoj u kirurškim postupcima. S poboljšanjem rezolucije, mikroskopi ultra visoke razlučivosti igraju ključnu ulogu u područjima kao što su neurokirurgija, oftalmologija, otorinolaringologija i spinalna kirurgija. Posebno je integracija intraoperativne tehnologije precizne navigacije u minimalno invazivne operacije povećala preciznost i sigurnost tih postupaka. Gledajući u budućnost, kako umjetna inteligencija i robotske tehnologije napreduju, mikroskopi ultra visoke razlučivosti nudit će učinkovitiju i inteligentniju kiruršku podršku, potičući napredak minimalno invazivnih operacija i suradnje na daljinu, čime će se dodatno povećati sigurnost i učinkovitost operacije.