Vývoj optického zobrazovania v chirurgických mikroskopoch založených na videu

V oblasti medicíny je chirurgia nepochybne hlavným prostriedkom liečby prevažnej väčšiny ochorení, pričom zohráva kľúčovú úlohu najmä pri včasnej liečbe rakoviny. Kľúčom k úspechu chirurgického zákroku je jasná vizualizácia patologického rezu po disekcii.Chirurgické mikroskopysa široko používajú v lekárskej chirurgii vďaka silnému zmyslu pre trojrozmernosť, vysokému rozlíšeniu a detailom. Anatomická štruktúra patologickej časti je však zložitá a komplexná a väčšina z nich susedí s dôležitými orgánovými tkanivami. Milimetrové až mikrometrové štruktúry ďaleko presahujú rozsah, ktorý dokáže pozorovať ľudské oko. Okrem toho je cievne tkanivo v ľudskom tele úzke a preplnené a osvetlenie je nedostatočné. Akákoľvek malá odchýlka môže pacientovi ublížiť, ovplyvniť chirurgický účinok a dokonca ohroziť život. Preto sa výskum a vývoj...Prevádzkovémikroskopys dostatočným zväčšením a jasným vizuálnym obrazom je téma, ktorú výskumníci naďalej podrobne skúmajú.

V súčasnosti vstupujú do oblasti mikrochirurgie digitálne technológie, ako je obraz a video, prenos informácií a fotografický záznam, s novými výhodami. Tieto technológie nielenže hlboko ovplyvňujú ľudský životný štýl, ale postupne sa integrujú aj do oblasti mikrochirurgie. Displeje s vysokým rozlíšením, kamery atď. dokážu efektívne splniť súčasné požiadavky na chirurgickú presnosť. Videosystémy s CCD, CMOS a inými obrazovými snímačmi ako prijímacími plochami sa postupne používajú v chirurgických mikroskopoch. Videochirurgické mikroskopysú vysoko flexibilné a pre lekárov pohodlné na obsluhu. Zavedenie pokročilých technológií, ako je navigačný systém, 3D displej, obraz vo vysokom rozlíšení, rozšírená realita (AR) atď., ktoré umožňujú zdieľanie pohľadu viacerých osôb počas chirurgického procesu, ďalej pomáha lekárom lepšie vykonávať intraoperačné operácie.

Optické zobrazovanie mikroskopom je hlavným určujúcim faktorom kvality zobrazovania mikroskopom. Optické zobrazovanie videochirurgických mikroskopov má jedinečné konštrukčné prvky, využíva pokročilé optické komponenty a zobrazovacie technológie, ako sú snímače CMOS alebo CCD s vysokým rozlíšením a vysokým kontrastom, ako aj kľúčové technológie, ako je optický zoom a optická kompenzácia. Tieto technológie účinne zlepšujú jasnosť a kvalitu obrazu mikroskopov a poskytujú dobrú vizuálnu istotu pri chirurgických operáciách. Okrem toho kombináciou technológie optického zobrazovania s digitálnym spracovaním sa dosiahlo dynamické zobrazovanie v reálnom čase a 3D rekonštrukcia, čo chirurgom poskytuje intuitívnejší vizuálny zážitok. S cieľom ďalej zlepšiť kvalitu optického zobrazovania videochirurgických mikroskopov výskumníci neustále skúmajú nové metódy optického zobrazovania, ako je fluorescenčné zobrazovanie, polarizačné zobrazovanie, multispektrálne zobrazovanie atď., aby sa zvýšilo rozlíšenie a hĺbka zobrazovania mikroskopov; využíva sa technológia umelej inteligencie na následné spracovanie optických zobrazovacích údajov na zvýšenie jasnosti a kontrastu obrazu.

Pri skorých chirurgických zákrokoch,binokulárne mikroskopyPoužívali sa hlavne ako pomocné nástroje. Binokulárny mikroskop je nástroj, ktorý využíva hranoly a šošovky na dosiahnutie stereoskopického videnia. Dokáže poskytnúť hĺbkové vnímanie a stereoskopické videnie, ktoré monokulárne mikroskopy nemajú. V polovici 20. storočia bol von Zehender priekopníkom v používaní binokulárnych lup pri lekárskych oftalmologických vyšetreniach. Následne spoločnosť Zeiss predstavila binokulárnu lupu s pracovnou vzdialenosťou 25 cm, čím položila základy pre rozvoj modernej mikrochirurgie. Pokiaľ ide o optické zobrazovanie binokulárnych chirurgických mikroskopov, pracovná vzdialenosť prvých binokulárnych mikroskopov bola 75 mm. S vývojom a inováciou lekárskych nástrojov bol predstavený prvý chirurgický mikroskop OPMI1 a pracovná vzdialenosť mohla dosiahnuť 405 mm. Zväčšenie sa tiež neustále zvyšuje a možnosti zväčšenia sa neustále rozširujú. S neustálym pokrokom binokulárnych mikroskopov ich výhody, ako je živý stereoskopický efekt, vysoká jasnosť a dlhá pracovná vzdialenosť, urobili z binokulárnych chirurgických mikroskopov široko používané v rôznych oddeleniach. Nemožno však ignorovať obmedzenie jeho veľkej veľkosti a malej hĺbky a zdravotnícky personál musí počas operácie často kalibrovať a zaostrovať, čo zvyšuje náročnosť operácie. Okrem toho chirurgovia, ktorí sa dlhodobo zameriavajú na vizuálne pozorovanie a obsluhu nástrojov, nielen zvyšujú svoju fyzickú záťaž, ale nedodržiavajú ani ergonomické zásady. Lekári musia pri vykonávaní chirurgických vyšetrení pacientov udržiavať pevnú polohu a sú potrebné aj manuálne úpravy, čo do istej miery zvyšuje náročnosť chirurgických operácií.

Po 90. rokoch 20. storočia sa kamerové systémy a obrazové senzory začali postupne integrovať do chirurgickej praxe, čo preukázalo významný aplikačný potenciál. V roku 1991 Berci inovatívne vyvinul videosystém na vizualizáciu chirurgických oblastí s nastaviteľným rozsahom pracovnej vzdialenosti 150 – 500 mm a priemerom pozorovateľných objektov v rozmedzí 15 – 25 mm, pričom si zachoval hĺbku ostrosti medzi 10 – 20 mm. Hoci vysoké náklady na údržbu objektívov a kamier v tom čase obmedzovali široké využitie tejto technológie v mnohých nemocniciach, výskumníci pokračovali v technologických inováciách a začali vyvíjať pokročilejšie chirurgické mikroskopy založené na videu. V porovnaní s binokulárnymi chirurgickými mikroskopmi, ktoré vyžadujú dlhý čas na udržanie tohto nezmeneného pracovného režimu, to môže ľahko viesť k fyzickej a psychickej únave. Chirurgický mikroskop s videom premieta zväčšený obraz na monitor, čím sa zabráni dlhodobému zlému držaniu tela chirurga. Chirurgické mikroskopy založené na videu oslobodzujú lekárov od jednej polohy, čo im umožňuje operovať na anatomických miestach prostredníctvom obrazoviek s vysokým rozlíšením.

V posledných rokoch sa chirurgické mikroskopy s rýchlym pokrokom v technológii umelej inteligencie postupne stali inteligentnými a video chirurgické mikroskopy sa stali bežnými produktmi na trhu. Súčasný video chirurgický mikroskop kombinuje technológie počítačového videnia a hlbokého učenia na dosiahnutie automatizovaného rozpoznávania, segmentácie a analýzy obrazu. Počas chirurgického procesu môžu inteligentné video chirurgické mikroskopy pomôcť lekárom rýchlo lokalizovať choré tkanivá a zlepšiť chirurgickú presnosť.

V procese vývoja od binokulárnych mikroskopov až po video chirurgické mikroskopy nie je ťažké zistiť, že požiadavky na presnosť, efektivitu a bezpečnosť v chirurgii sa deň čo deň zvyšujú. V súčasnosti sa dopyt po optickom zobrazovaní chirurgických mikroskopov neobmedzuje len na zväčšovanie patologických častí, ale je čoraz diverzifikovanejší a efektívnejší. V klinickej medicíne sa chirurgické mikroskopy široko používajú v neurologických a spinálnych operáciách prostredníctvom fluorescenčných modulov integrovaných s rozšírenou realitou. Navigačný systém AR môže uľahčiť komplexné operácie chrbtice a fluorescenčné činidlá môžu lekárom pomôcť pri úplnom odstránení mozgových nádorov. Okrem toho sa výskumníkom úspešne podarilo dosiahnuť automatickú detekciu polypov hlasiviek a leukoplakie pomocou hyperspektrálneho chirurgického mikroskopu v kombinácii s algoritmami klasifikácie obrazu. Video chirurgické mikroskopy sa široko používajú v rôznych chirurgických oblastiach, ako je tyreoidektómia, chirurgia sietnice a lymfatická chirurgia, v kombinácii s fluorescenčným zobrazovaním, multispektrálnym zobrazovaním a inteligentnými technológiami spracovania obrazu.

V porovnaní s binokulárnymi chirurgickými mikroskopmi môžu videomikroskopy poskytovať zdieľanie videa viacerým používateľom, chirurgické snímky vo vysokom rozlíšení a sú ergonomickejšie, čo znižuje únavu lekára. Vývoj optického zobrazovania, digitalizácie a inteligencie výrazne zlepšil výkon optických systémov chirurgických mikroskopov a dynamické zobrazovanie v reálnom čase, rozšírená realita a ďalšie technológie výrazne rozšírili funkcie a moduly chirurgických mikroskopov založených na videu.

Optické zobrazovanie budúcich chirurgických mikroskopov založených na videu bude presnejšie, efektívnejšie a inteligentnejšie, pričom lekárom poskytne komplexnejšie, podrobnejšie a trojrozmerné informácie o pacientovi pre lepšie vedenie chirurgických operácií. Zároveň s neustálym pokrokom technológií a rozširovaním oblastí použitia sa tento systém bude uplatňovať a rozvíjať aj v ďalších oblastiach.