Technologický pokrok a klinické aplikácie chirurgických mikroskopov s ultravysokým rozlíšením

 

Chirurgické mikroskopyzohrávajú mimoriadne dôležitú úlohu v moderných medicínskych oblastiach, najmä vo vysoko presných oblastiach, ako je neurochirurgia, oftalmológia, otorinolaryngológia a minimálne invazívna chirurgia, kde sa stali nevyhnutným základným vybavením. Vďaka vysokému zväčšeniu,Operačné mikroskopyposkytujú detailný pohľad, ktorý umožňuje chirurgom pozorovať detaily, ktoré sú voľným okom neviditeľné, ako sú nervové vlákna, cievy a vrstvy tkanív, čím pomáhajú lekárom vyhnúť sa poškodeniu zdravého tkaniva počas operácie. Najmä v neurochirurgii umožňuje vysoké zväčšenie mikroskopu presnú lokalizáciu nádorov alebo chorých tkanív, čím sa zabezpečujú jasné resekčné okraje a zabraňuje sa poškodeniu kritických nervov, čím sa zlepšuje kvalita pooperačného zotavenia pacientov.

Tradičné chirurgické mikroskopy sú typicky vybavené zobrazovacími systémami so štandardným rozlíšením, ktoré sú schopné poskytovať dostatočné vizuálne informácie na podporu komplexných chirurgických potrieb. S rýchlym rozvojom medicínskych technológií, najmä s prelommi v oblasti vizuálnych technológií, sa však kvalita obrazu chirurgických mikroskopov postupne stala dôležitým faktorom pri zlepšovaní chirurgickej presnosti. V porovnaní s tradičnými chirurgickými mikroskopmi môžu mikroskopy s ultravysokým rozlíšením zobrazovať viac detailov. Zavedením zobrazovacích a zobrazovacích systémov s rozlíšením 4K, 8K alebo dokonca vyšším umožňujú chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlíšením chirurgom presnejšie identifikovať a manipulovať s drobnými léziami a anatomickými štruktúrami, čím výrazne zvyšujú presnosť a bezpečnosť chirurgických zákrokov. Vďaka neustálej integrácii technológií spracovania obrazu, umelej inteligencie a virtuálnej reality chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlíšením nielen zlepšujú kvalitu obrazu, ale poskytujú aj inteligentnejšiu podporu pre chirurgické zákroky, čím posúvajú chirurgické postupy smerom k vyššej presnosti a nižšiemu riziku.

 

Klinické využitie mikroskopu s ultravysokým rozlíšením

Vďaka neustálej inovácii zobrazovacej technológie zohrávajú mikroskopy s ultravysokým rozlíšením postupne kľúčovú úlohu v klinických aplikáciách vďaka svojmu extrémne vysokému rozlíšeniu, vynikajúcej kvalite obrazu a možnostiam dynamického pozorovania v reálnom čase.

Oftalmológia

Očná chirurgia si vyžaduje presnú operáciu, ktorá kladie vysoké technické štandardy.oftalmologické chirurgické mikroskopyNapríklad pri femtosekundovom laserovom reze rohovky dokáže chirurgický mikroskop poskytnúť vysoké zväčšenie na pozorovanie prednej komory, centrálneho rezu očnej buľvy a kontrolu polohy rezu. V oftalmologickej chirurgii je osvetlenie kľúčové. Mikroskop nielenže poskytuje optimálne vizuálne efekty s nižšou intenzitou svetla, ale vytvára aj špeciálny odraz červeného svetla, ktorý pomáha v celom procese operácie katarakty. Okrem toho sa optická koherentná tomografia (OCT) široko používa v oftalmologickej chirurgii na vizualizáciu pod povrchom. Dokáže poskytnúť prierezové obrazy, čím prekonáva obmedzenia samotného mikroskopu, ktorý nedokáže vidieť jemné tkanivá kvôli čelnému pozorovaniu. Napríklad Kapeller a kol. použili 4K-3D displej a tabletový počítač na automatické stereoskopické zobrazenie diagramu efektu mikroskopicky integrovanej OCT (miOCT) (4D-miOCT). Na základe subjektívnej spätnej väzby od používateľov, kvantitatívneho hodnotenia výkonu a rôznych kvantitatívnych meraní preukázali uskutočniteľnosť použitia 4K-3D displeja ako náhrady za 4D-miOCT na mikroskope s bielym svetlom. Okrem toho v štúdii Lata a kol. zhromaždili prípady 16 pacientov s vrodeným glaukómom sprevádzaným býčím okom a použili mikroskop s funkciou miOCT na pozorovanie chirurgického procesu v reálnom čase. Vyhodnotením kľúčových údajov, ako sú predoperačné parametre, chirurgické detaily, pooperačné komplikácie, konečná zraková ostrosť a hrúbka rohovky, nakoniec preukázali, že miOCT môže lekárom pomôcť identifikovať tkanivové štruktúry, optimalizovať operácie a znížiť riziko komplikácií počas operácie. Napriek tomu, že sa OCT postupne stáva silným pomocným nástrojom vo vitreoretinálnej chirurgii, najmä v zložitých prípadoch a nových operáciách (ako je génová terapia), niektorí lekári spochybňujú, či môže skutočne zlepšiť klinickú účinnosť kvôli svojim vysokým nákladom a dlhej krivke učenia.

Otorinolaryngológia

Otorinolaryngologická chirurgia je ďalší chirurgický odbor, ktorý využíva chirurgické mikroskopy. Vzhľadom na prítomnosť hlbokých dutín a jemných štruktúr v tvárových črtách je zväčšenie a osvetlenie kľúčové pre chirurgické výsledky. Hoci endoskopy niekedy môžu poskytnúť lepší pohľad na úzke chirurgické oblasti,chirurgické mikroskopy s ultra vysokým rozlíšenímponúkajú vnímanie hĺbky, čo umožňuje zväčšenie úzkych anatomických oblastí, ako sú kochley a dutiny, a pomáhajú lekárom pri liečbe stavov, ako je zápal stredného ucha a nosové polypy. Napríklad Dundar a kol. porovnávali účinky mikroskopických a endoskopických metód pri operácii strmienka pri liečbe otosklerózy a zhromaždili údaje od 84 pacientov s diagnostikovanou otosklerózou, ktorí podstúpili operáciu v rokoch 2010 až 2020. Použitím zmeny rozdielu vo vedení vzduch-kosť pred a po operácii ako ukazovateľa merania konečné výsledky ukázali, že hoci obe metódy mali podobné účinky na zlepšenie sluchu, chirurgické mikroskopy sa ľahšie ovládali a mali kratšiu krivku učenia. Podobne v prospektívnej štúdii, ktorú vykonali Ashfaq a kol., výskumný tím vykonal mikroskopicky asistovanú parotidektómiu u 70 pacientov s nádormi príušnej žľazy v rokoch 2020 až 2023, pričom sa zameral na vyhodnotenie úlohy mikroskopov pri identifikácii a ochrane tvárového nervu. Výsledky ukázali, že mikroskopy majú významné výhody pri zlepšovaní prehľadnosti operačného poľa, presnej identifikácii hlavného kmeňa a vetiev tvárového nervu, znižovaní nervovej trakcie a hemostázy, čo z nich robí dôležitý nástroj na zvýšenie miery zachovania tvárového nervu. Okrem toho, keďže chirurgické zákroky sú čoraz komplexnejšie a presnejšie, integrácia rozšírenej reality (AR) a rôznych zobrazovacích režimov s chirurgickými mikroskopmi umožňuje chirurgom vykonávať operácie pod zobrazovacou kontrolou.

Neurochirurgia

Aplikácia ultra vysokého rozlíšeniachirurgické mikroskopy v neurochirurgiisa posunulo od tradičného optického pozorovania k digitalizácii, rozšírenej realite (AR) a inteligentnej asistencii. Napríklad Draxinger a kol. použili mikroskop v kombinácii s vlastnoručne vyvinutým systémom MHz-OCT, ktorý poskytoval trojrozmerné obrazy s vysokým rozlíšením prostredníctvom skenovacej frekvencie 1,6 MHz, čím úspešne pomáhali chirurgom rozlišovať medzi nádormi a zdravými tkanivami v reálnom čase a zvyšovali chirurgickú presnosť. Hafez a kol. porovnali výkon tradičných mikroskopov a mikrochirurgického zobrazovacieho systému s ultra vysokým rozlíšením (Exoscope) v experimentálnej cerebrovaskulárnej bypassovej operácii a zistili, že hoci mikroskop mal kratšie časy stehov (P<0,001), Exoscope si viedol lepšie z hľadiska rozloženia stehov (P=0,001). Exoscope navyše poskytoval pohodlnejšiu chirurgickú polohu a zdieľané videnie, čo ponúkalo pedagogické výhody. Podobne Calloni a kol. porovnali použitie Exoscope a tradičných chirurgických mikroskopov pri výcviku neurochirurgických rezidentov. Šestnásť rezidentov vykonávalo opakované úlohy štrukturálneho rozpoznávania na lebečných modeloch pomocou oboch zariadení. Výsledky ukázali, že hoci medzi nimi nebol významný rozdiel v celkovom čase operácie, Exoscope si viedol lepšie pri identifikácii hlbokých štruktúr a väčšina účastníkov ho vnímala ako intuitívnejší a pohodlnejší, s potenciálom stať sa v budúcnosti bežným. Je zrejmé, že chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlíšením, vybavené displejmi s vysokým rozlíšením 4K, môžu všetkým účastníkom poskytnúť kvalitnejšie 3D chirurgické snímky, čo uľahčuje chirurgickú komunikáciu, prenos informácií a zlepšuje efektivitu výučby.

Operácia chrbtice

Ultra vysoké rozlíšeniechirurgické mikroskopyzohrávajú kľúčovú úlohu v oblasti spinálnej chirurgie. Poskytovaním trojrozmerného zobrazovania s vysokým rozlíšením umožňujú chirurgom jasnejšie pozorovať komplexnú anatomickú štruktúru chrbtice vrátane jemných častí, ako sú nervy, cievy a kostné tkanivá, čím zvyšujú presnosť a bezpečnosť chirurgického zákroku. Pokiaľ ide o korekciu skoliózy, chirurgické mikroskopy môžu zlepšiť jasnosť chirurgického videnia a schopnosť jemnej manipulácie, čo pomáha lekárom presne identifikovať nervové štruktúry a choré tkanivá v úzkom miechovom kanáli, a tým bezpečne a efektívne dokončiť dekompresné a stabilizačné postupy.

Sun a kol. porovnávali účinnosť a bezpečnosť mikroskopicky asistovanej prednej krčnej chirurgie a tradičnej otvorenej chirurgie pri liečbe osifikácie zadného pozdĺžneho väzu krčnej chrbtice. Šesťdesiat pacientov bolo rozdelených do skupiny s mikroskopicky asistovanou (30 prípadov) a skupiny s tradičnou chirurgiou (30 prípadov). Výsledky ukázali, že skupina s mikroskopicky asistovanou mala v porovnaní so skupinou s tradičnou chirurgiou lepšie skóre intraoperačnej straty krvi, hospitalizácie a pooperačnej bolesti a miera komplikácií bola v skupine s mikroskopicky asistovanou nižšia. Podobne v prípade spinálnej fúzie Singhatanadgige a kol. porovnávali účinky aplikácie ortopedických chirurgických mikroskopov a chirurgických lup pri minimálne invazívnej transforaminálnej lumbálnej fúzii. Štúdia zahŕňala 100 pacientov a nepreukázala žiadne významné rozdiely medzi týmito dvoma skupinami v úľave od pooperačnej bolesti, funkčnom zlepšení, zväčšení miechového kanála, rýchlosti fúzie a komplikáciách, ale mikroskop poskytoval lepšie zorné pole. Okrem toho sa mikroskopy kombinované s technológiou AR široko používajú v spinálnej chirurgii. Napríklad Carl a kol. zaviedli technológiu AR u 10 pacientov pomocou displeja chirurgického mikroskopu umiestneného na hlave. Výsledky ukázali, že AR má veľký potenciál pre uplatnenie v degeneratívnej chirurgii chrbtice, najmä v zložitých anatomických situáciách a vo vzdelávaní rezidentov.

 

Zhrnutie a výhľad

V porovnaní s tradičnými chirurgickými mikroskopmi ponúkajú chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlíšením množstvo výhod vrátane viacerých možností zväčšenia, stabilného a jasného osvetlenia, presných optických systémov, predĺžených pracovných vzdialeností a ergonomických stabilných stojanov. Okrem toho ich možnosti vizualizácie s vysokým rozlíšením, najmä integrácia s rôznymi zobrazovacími režimami a technológiou rozšírenej reality (AR), efektívne podporujú operácie s navádzaním obrazu.

Napriek početným výhodám chirurgických mikroskopov stále čelia značným výzvam. Vzhľadom na svoju objemnosť predstavujú chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlíšením určité prevádzkové ťažkosti počas prepravy medzi operačnými sálami a intraoperačného polohovania, čo môže nepriaznivo ovplyvniť kontinuitu a účinnosť chirurgických zákrokov. V posledných rokoch bola konštrukčná konštrukcia mikroskopov výrazne optimalizovaná, pričom ich optické držiaky a tubusy binokulárnych šošoviek podporujú široký rozsah nastavení naklonenia a rotácie, čo výrazne zvyšuje prevádzkovú flexibilitu zariadenia a uľahčuje chirurgovi pozorovanie a operáciu v prirodzenejšej a pohodlnejšej polohe. Okrem toho, neustály vývoj technológie nositeľných displejov poskytuje chirurgom ergonomickejšiu vizuálnu podporu počas mikrochirurgických operácií, čo pomáha zmierniť prevádzkovú únavu a zlepšiť chirurgickú presnosť a trvalú výkonnosť chirurga. Kvôli nedostatku nosnej konštrukcie je však potrebné časté preostrovanie, čo znižuje stabilitu technológie nositeľných displejov v porovnaní s konvenčnými chirurgickými mikroskopmi. Ďalším riešením je vývoj štruktúry zariadenia smerom k miniaturizácii a modularizácii, aby sa flexibilnejšie prispôsobilo rôznym chirurgickým scenárom. Zníženie objemu však často zahŕňa presné obrábacie procesy a drahé integrované optické komponenty, čo zvyšuje skutočné výrobné náklady zariadenia.

Ďalšou výzvou chirurgických mikroskopov s ultravysokým rozlíšením sú popáleniny kože spôsobené vysokovýkonným osvetlením. Na dosiahnutie jasných vizuálnych efektov, najmä v prítomnosti viacerých pozorovateľov alebo kamier, musí svetelný zdroj vyžarovať silné svetlo, ktoré môže popáliť tkanivo pacienta. Bolo hlásené, že oftalmologické chirurgické mikroskopy môžu tiež spôsobiť fototoxicitu povrchu oka a slzného filmu, čo vedie k zníženej funkcii očných buniek. Preto je optimalizácia riadenia svetla, úprava veľkosti bodu a intenzity svetla podľa zväčšenia a pracovnej vzdialenosti obzvlášť dôležitá pre chirurgické mikroskopy. V budúcnosti môže optické zobrazovanie zaviesť technológie panoramatického zobrazovania a trojrozmernej rekonštrukcie, aby sa rozšírilo zorné pole a presne obnovilo trojrozmerné usporiadanie operačnej oblasti. To umožní lekárom lepšie pochopiť celkovú situáciu operačnej oblasti a vyhnúť sa strate dôležitých informácií. Panoramatické zobrazovanie a trojrozmerná rekonštrukcia však zahŕňajú získavanie, registráciu a rekonštrukciu obrázkov s vysokým rozlíšením v reálnom čase, čím sa generuje obrovské množstvo údajov. To kladie extrémne vysoké nároky na efektívnosť algoritmov spracovania obrazu, výpočtový výkon hardvéru a úložné systémy, najmä počas operácie, kde je výkon v reálnom čase kľúčový, čo túto výzvu ešte viac narastá.

Vďaka rýchlemu rozvoju technológií, ako sú medicínske zobrazovanie, umelá inteligencia a výpočtová optika, chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlíšením preukázali veľký potenciál pri zvyšovaní chirurgickej presnosti, bezpečnosti a prevádzkových skúseností. V budúcnosti sa chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlíšením môžu naďalej vyvíjať v nasledujúcich štyroch smeroch: (1) Pokiaľ ide o výrobu zariadení, miniaturizácia a modularizácia by sa mali dosiahnuť pri nižších nákladoch, čo umožní rozsiahle klinické využitie; (2) Vyvinúť pokročilejšie režimy riadenia svetla na riešenie problému poškodenia svetlom spôsobeného dlhodobou operáciou; (3) Navrhnúť inteligentné pomocné algoritmy, ktoré sú presné a zároveň ľahké, aby spĺňali požiadavky na výpočtový výkon zariadenia; (4) Hlboko integrovať AR a robotické chirurgické systémy s cieľom poskytnúť podporu platformy pre vzdialenú spoluprácu, presnú prevádzku a automatizované procesy. Stručne povedané, chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlíšením sa vyvinú do komplexného chirurgického asistenčného systému, ktorý integruje vylepšenie obrazu, inteligentné rozpoznávanie a interaktívnu spätnú väzbu, čím pomôže vybudovať digitálny ekosystém pre budúcu chirurgiu.

Tento článok poskytuje prehľad pokroku v bežných kľúčových technológiách chirurgických mikroskopov s ultravysokým rozlíšením so zameraním na ich aplikáciu a vývoj v chirurgických zákrokoch. Vďaka zlepšeniu rozlíšenia zohrávajú mikroskopy s ultravysokým rozlíšením kľúčovú úlohu v oblastiach, ako je neurochirurgia, oftalmológia, otorinolaryngológia a spinálna chirurgia. Najmä integrácia intraoperačnej technológie presnej navigácie do minimálne invazívnych operácií zvýšila presnosť a bezpečnosť týchto zákrokov. S výhľadom do budúcnosti, s pokrokom umelej inteligencie a robotických technológií, mikroskopy s ultravysokým rozlíšením ponúknu efektívnejšiu a inteligentnejšiu chirurgickú podporu, čím urýchlia progres minimálne invazívnych operácií a spolupráce na diaľku, čím sa ďalej zvýši chirurgická bezpečnosť a efektivita.