Razvoj optičkog snimanja u video kirurškim mikroskopima

U području medicine, kirurgija je nesumnjivo osnovno sredstvo liječenja velike većine bolesti, a posebno igra ključnu ulogu u ranom liječenju raka. Ključ uspjeha kirurške operacije leži u jasnoj vizualizaciji patološkog presjeka nakon disekcije.Kirurški mikroskopiŠiroko se koriste u medicinskoj kirurgiji zbog snažnog osjećaja za trodimenzionalnost, visoke definicije i visoke rezolucije. Međutim, anatomska struktura patološkog dijela je zamršena i složena, a većina ih je uz važna organska tkiva. 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 kirurški učinak, pa čak i ugroziti život. Stoga istraživanje i razvojRadnomikroskopis dovoljnim povećanjem i jasnim vizualnim slikama tema je koju istraživači nastavljaju dubinski istraživati.

Trenutno, digitalne tehnologije poput slike i videa, prijenosa informacija i fotografskog snimanja ulaze u područje mikrokirurgije s novim prednostima. Ove tehnologije ne samo da duboko utječu na ljudski način života, već se i postupno integriraju u područje mikrokirurgije. Zasloni visoke razlučivosti, kamere itd. mogu učinkovito zadovoljiti trenutne zahtjeve za kiruršku točnost. Video sustavi sa CCD, CMOS i drugim senzorima slike kao prijemnim površinama postupno se primjenjuju na kirurške mikroskope. Video kirurški mikroskopivrlo su fleksibilni i praktični za rad liječnika. Uvođenje naprednih tehnologija poput navigacijskog sustava, 3D prikaza, slike visoke razlučivosti, proširene stvarnosti (AR) itd., koje omogućuju dijeljenje pogleda s više osoba tijekom kirurškog procesa, dodatno pomaže liječnicima u boljem izvođenju intraoperativnih operacija.

Optičko snimanje mikroskopom glavni je čimbenik kvalitete snimanja mikroskopom. Optičko snimanje video kirurških mikroskopa ima jedinstvene značajke dizajna, koristeći napredne optičke komponente i tehnologije snimanja poput CMOS ili CCD senzora visoke rezolucije i visokog kontrasta, kao i ključne tehnologije poput optičkog zuma i optičke kompenzacije. Ove tehnologije učinkovito poboljšavaju jasnoću i kvalitetu slike mikroskopa, pružajući dobru vizualnu sigurnost za kirurške operacije. Štoviše, kombiniranjem tehnologije optičkog snimanja s digitalnom obradom postignuto je dinamičko snimanje u stvarnom vremenu i 3D rekonstrukcija, pružajući kirurzima intuitivnije vizualno iskustvo. Kako bi dodatno poboljšali kvalitetu optičkog snimanja video kirurških mikroskopa, istraživači stalno istražuju nove metode optičkog snimanja, poput fluorescentnog snimanja, polarizacijskog snimanja, multispektralnog snimanja itd., kako bi poboljšali rezoluciju i dubinu snimanja mikroskopa; Korištenje tehnologije umjetne inteligencije za naknadnu obradu podataka optičkog snimanja radi poboljšanja jasnoće i kontrasta slike.

U ranim kirurškim zahvatima,binokularni mikroskopiuglavnom su se koristili kao pomoćni alati. Binokularni mikroskop je instrument koji koristi prizme i leće 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 povećala u medicinskim oftalmološkim pregledima. Nakon toga, Zeiss je predstavio binokularno povećalo s radnom udaljenošću od 25 cm, postavljajući temelje za razvoj moderne mikrokirurgije. Što se tiče optičkog snimanja binokularnih kirurških mikroskopa, radna udaljenost ranih binokularnih mikroskopa bila je 75 mm. Razvojem i inovacijama medicinskih instrumenata uveden je prvi kirurški mikroskop OPMI1, a radna udaljenost može doseći 405 mm. Povećanje se također stalno povećava, a mogućnosti povećanja se stalno povećavaju. S kontinuiranim napretkom binokularnih mikroskopa, njihove prednosti poput živopisnog stereoskopskog efekta, visoke jasnoće i velike radne udaljenosti učinile su binokularne kirurške mikroskope široko korištenima u raznim odjelima. Međutim, ograničenje njegove velike veličine i male dubine ne može se zanemariti, a medicinsko osoblje mora često kalibrirati i fokusirati tijekom operacije, što povećava težinu rada. Osim toga, kirurzi koji se dugo usredotočuju na vizualno promatranje i rad instrumenata ne samo da povećavaju svoje fizičko opterećenje, već se i ne pridržavaju ergonomskih načela. Liječnici moraju održavati fiksni položaj kako bi izvodili kirurške preglede na pacijentima, a potrebne su i ručne prilagodbe, što donekle povećava težinu kirurških operacija.

Nakon 1990-ih, sustavi kamera i senzori slike postupno su se počeli integrirati u kiruršku praksu, pokazujući značajan potencijal primjene. Godine 1991. Berci je inovativno razvio video sustav za vizualizaciju kirurških područja, s podesivim rasponom radne udaljenosti od 150-500 mm i promjerima vidljivih objekata u rasponu od 15-25 mm, uz održavanje dubine polja između 10-20 mm. Iako su visoki troškovi održavanja leća i kamera u to vrijeme ograničavali široku primjenu ove tehnologije u mnogim bolnicama, istraživači su nastavili težiti tehnološkim inovacijama i počeli razvijati naprednije kirurške mikroskope temeljene na videu. U usporedbi s binokularnim kirurškim mikroskopima, kojima je potrebno dugo vrijeme za održavanje ovog nepromijenjenog načina rada, to lako može dovesti do fizičkog i mentalnog umora. Kirurški mikroskop video tipa projicira uvećanu sliku na monitor, izbjegavajući dugotrajno loše držanje kirurga. Kirurški mikroskopi temeljeni na videu oslobađaju liječnike jednog položaja, omogućujući im da operiraju na anatomskim mjestima putem zaslona visoke razlučivosti.

Posljednjih godina, s brzim napretkom tehnologije umjetne inteligencije, kirurški mikroskopi postupno su postali inteligentni, a kirurški mikroskopi temeljeni na videu postali su glavni proizvodi na tržištu. Trenutni kirurški mikroskop temeljen na videu kombinira tehnologije računalnog vida i dubokog učenja kako bi se postiglo automatizirano prepoznavanje, segmentacija i analiza slike. Tijekom kirurškog procesa, inteligentni kirurški mikroskopi temeljeni na videu mogu pomoći liječnicima u brzom lociranju oboljelih tkiva i poboljšanju kirurške točnosti.

U procesu razvoja od binokularnih mikroskopa do video kirurških mikroskopa, nije teško uočiti da zahtjevi za točnošću, učinkovitošću i sigurnošću u kirurgiji rastu iz dana u dan. Trenutno, potražnja za optičkim snimanjem kirurških mikroskopa nije ograničena samo na povećanje patoloških dijelova, već je sve raznolikija i učinkovitija. U kliničkoj medicini, kirurški mikroskopi se široko koriste u neurološkim i spinalnim kirurgijama putem fluorescentnih modula integriranih s proširenom stvarnošću. AR navigacijski sustav može olakšati složene spinalne operacije, a fluorescentni agensi mogu voditi liječnike do potpunog uklanjanja tumora mozga. Osim toga, istraživači su uspješno postigli automatsko otkrivanje polipa glasnica i leukoplakije pomoću hiperspektralnog kirurškog mikroskopa u kombinaciji s algoritmima za klasifikaciju slika. Video kirurški mikroskopi široko se koriste u raznim kirurškim područjima kao što su tireoidektomija, kirurgija mrežnice i limfna kirurgija kombinirajući fluorescentno snimanje, multispektralno snimanje i tehnologije inteligentne obrade slika.

U usporedbi s binokularnim kirurškim mikroskopima, video mikroskopi mogu omogućiti dijeljenje videa s više korisnika, kirurške slike visoke razlučivosti i ergonomskiji su, smanjujući umor liječnika. Razvoj optičkog snimanja, digitalizacije i inteligencije uvelike je poboljšao performanse optičkih sustava kirurških mikroskopa, a dinamičko snimanje u stvarnom vremenu, proširena stvarnost i druge tehnologije uvelike su proširile funkcije i module kirurških mikroskopa temeljenih na videu.

Optičko snimanje budućih video kirurških mikroskopa bit će preciznije, učinkovitije i inteligentnije, pružajući liječnicima sveobuhvatnije, detaljnije i trodimenzionalne informacije o pacijentu kako bi bolje vodili kirurške operacije. U međuvremenu, s kontinuiranim napretkom tehnologije i širenjem područja primjene, ovaj sustav će se primjenjivati ​​i razvijati u više područja.