Η ανάπτυξη της οπτικής απεικόνισης σε χειρουργικά μικροσκόπια που βασίζονται σε βίντεο

Στον τομέα της ιατρικής, η χειρουργική επέμβαση είναι αναμφίβολα το βασικό μέσο αντιμετώπισης της συντριπτικής πλειοψηφίας των ασθενειών, παίζοντας ιδιαίτερα καθοριστικό ρόλο στην έγκαιρη θεραπεία του καρκίνου. Το κλειδί για την επιτυχία της χειρουργικής επέμβασης ενός χειρουργού έγκειται στην σαφή απεικόνιση της παθολογικής τομής μετά την εκτομή.Χειρουργικά μικροσκόπιαέχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην ιατρική χειρουργική λόγω της ισχυρής αίσθησης τρισδιάστατης φύσης, υψηλής ευκρίνειας και υψηλής ανάλυσης. Ωστόσο, η ανατομική δομή του παθολογικού μέρους είναι περίπλοκη και σύνθετη, και τα περισσότερα από αυτά γειτνιάζουν με σημαντικούς ιστούς οργάνων. Οι δομές από χιλιοστό έως μικρόμετρο έχουν υπερβεί κατά πολύ το εύρος που μπορεί να παρατηρηθεί από το ανθρώπινο μάτι. Επιπλέον, ο αγγειακός ιστός στο ανθρώπινο σώμα είναι στενός και συνωστισμένος, και ο φωτισμός είναι ανεπαρκής. Οποιαδήποτε μικρή απόκλιση μπορεί να προκαλέσει βλάβη στον ασθενή, να επηρεάσει το χειρουργικό αποτέλεσμα, ακόμη και να θέσει σε κίνδυνο τη ζωή. Ως εκ τούτου, η έρευνα και η ανάπτυξηΛειτουργικόςμικροσκόπιαμε επαρκή μεγέθυνση και καθαρές οπτικές εικόνες είναι ένα θέμα που οι ερευνητές συνεχίζουν να διερευνούν σε βάθος.

Σήμερα, οι ψηφιακές τεχνολογίες όπως η εικόνα και το βίντεο, η μετάδοση πληροφοριών και η φωτογραφική καταγραφή εισέρχονται στον τομέα της μικροχειρουργικής με νέα πλεονεκτήματα. Αυτές οι τεχνολογίες όχι μόνο επηρεάζουν βαθιά τον ανθρώπινο τρόπο ζωής, αλλά ενσωματώνονται σταδιακά και στον τομέα της μικροχειρουργικής. Οι οθόνες υψηλής ευκρίνειας, οι κάμερες κ.λπ. μπορούν να ανταποκριθούν αποτελεσματικά στις τρέχουσες απαιτήσεις για χειρουργική ακρίβεια. Συστήματα βίντεο με CCD, CMOS και άλλους αισθητήρες εικόνας ως επιφάνειες λήψης έχουν σταδιακά εφαρμοστεί στα χειρουργικά μικροσκόπια. Βιντεοχειρουργικά μικροσκόπιαείναι εξαιρετικά ευέλικτα και βολικά για τους γιατρούς στη λειτουργία τους. Η εισαγωγή προηγμένων τεχνολογιών όπως το σύστημα πλοήγησης, η τρισδιάστατη απεικόνιση, η ποιότητα εικόνας υψηλής ευκρίνειας, η επαυξημένη πραγματικότητα (AR) κ.λπ., οι οποίες επιτρέπουν την κοινή χρήση εικόνας από πολλά άτομα κατά τη διάρκεια της χειρουργικής διαδικασίας, βοηθά περαιτέρω τους γιατρούς στην καλύτερη εκτέλεση των ενδοεγχειρητικών επεμβάσεων.

Η οπτική απεικόνιση των μικροσκοπίων είναι ο κύριος καθοριστικός παράγοντας για την ποιότητα της απεικόνισης των μικροσκοπίων. Η οπτική απεικόνιση των βιντεοχειρουργικών μικροσκοπίων έχει μοναδικά χαρακτηριστικά σχεδιασμού, χρησιμοποιώντας προηγμένα οπτικά εξαρτήματα και τεχνολογίες απεικόνισης όπως αισθητήρες CMOS ή CCD υψηλής ανάλυσης και υψηλής αντίθεσης, καθώς και βασικές τεχνολογίες όπως το οπτικό ζουμ και η οπτική αντιστάθμιση. Αυτές οι τεχνολογίες βελτιώνουν αποτελεσματικά την καθαρότητα και την ποιότητα απεικόνισης των μικροσκοπίων, παρέχοντας καλή οπτική διασφάλιση για χειρουργικές επεμβάσεις. Επιπλέον, συνδυάζοντας την τεχνολογία οπτικής απεικόνισης με την ψηφιακή επεξεργασία, έχει επιτευχθεί δυναμική απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο και τρισδιάστατη ανακατασκευή, παρέχοντας στους χειρουργούς μια πιο διαισθητική οπτική εμπειρία. Προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η ποιότητα οπτικής απεικόνισης των βιντεοχειρουργικών μικροσκοπίων, οι ερευνητές διερευνούν συνεχώς νέες μεθόδους οπτικής απεικόνισης, όπως απεικόνιση φθορισμού, απεικόνιση πόλωσης, πολυφασματική απεικόνιση κ.λπ., για να βελτιώσουν την ανάλυση και το βάθος απεικόνισης των μικροσκοπίων. Χρησιμοποιώντας τεχνολογία τεχνητής νοημοσύνης για την μετεπεξεργασία δεδομένων οπτικής απεικόνισης για την ενίσχυση της καθαρότητας και της αντίθεσης της εικόνας.

Σε πρώιμες χειρουργικές επεμβάσεις,διοφθάλμια μικροσκόπιαΧρησιμοποιούνταν κυρίως ως βοηθητικά εργαλεία. Ένα διόφθαλμο μικροσκόπιο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιεί πρίσματα και φακούς για την επίτευξη στερεοσκοπικής όρασης. Μπορεί να παρέχει αντίληψη βάθους και στερεοσκοπική όραση που δεν έχουν τα μονοφθάλμια μικροσκόπια. Στα μέσα του 20ού αιώνα, ο von Zehender πρωτοστάτησε στην εφαρμογή διόφθαλμων μεγεθυντικών φακών σε ιατρικές οφθαλμολογικές εξετάσεις. Στη συνέχεια, η Zeiss εισήγαγε έναν διόφθαλμο μεγεθυντικό φακό με απόσταση εργασίας 25 cm, θέτοντας τα θεμέλια για την ανάπτυξη της σύγχρονης μικροχειρουργικής. Όσον αφορά την οπτική απεικόνιση των διόφθαλμων χειρουργικών μικροσκοπίων, η απόσταση εργασίας των πρώιμων διόφθαλμων μικροσκοπίων ήταν 75 mm. Με την ανάπτυξη και την καινοτομία των ιατρικών οργάνων, εισήχθη το πρώτο χειρουργικό μικροσκόπιο OPMI1, του οποίου η απόσταση εργασίας μπορεί να φτάσει τα 405 mm. Η μεγέθυνση αυξάνεται επίσης συνεχώς, και οι επιλογές μεγέθυνσης αυξάνονται συνεχώς. Με τη συνεχή πρόοδο των διόφθαλμων μικροσκοπίων, τα πλεονεκτήματά τους, όπως το έντονο στερεοσκοπικό αποτέλεσμα, η υψηλή ευκρίνεια και η μεγάλη απόσταση εργασίας, έχουν καταστήσει τα διόφθαλμα χειρουργικά μικροσκόπια ευρέως χρησιμοποιούμενα σε διάφορα τμήματα. Ωστόσο, ο περιορισμός του μεγάλου μεγέθους και του μικρού βάθους του δεν μπορεί να αγνοηθεί, και το ιατρικό προσωπικό πρέπει να βαθμονομεί και να εστιάζει συχνά κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης, γεγονός που αυξάνει τη δυσκολία της επέμβασης. Επιπλέον, οι χειρουργοί που επικεντρώνονται στην παρατήρηση με οπτικά όργανα και στη λειτουργία για μεγάλο χρονικό διάστημα όχι μόνο αυξάνουν τη σωματική τους επιβάρυνση, αλλά και δεν συμμορφώνονται με τις εργονομικές αρχές. Οι γιατροί πρέπει να διατηρούν μια σταθερή στάση σώματος για να πραγματοποιούν χειρουργικές εξετάσεις στους ασθενείς, ενώ απαιτούνται και χειροκίνητες ρυθμίσεις, γεγονός που σε κάποιο βαθμό αυξάνει τη δυσκολία των χειρουργικών επεμβάσεων.

Μετά τη δεκαετία του 1990, τα συστήματα κάμερας και οι αισθητήρες εικόνας άρχισαν σταδιακά να ενσωματώνονται στην χειρουργική πρακτική, επιδεικνύοντας σημαντικό δυναμικό εφαρμογής. Το 1991, ο Berci ανέπτυξε καινοτόμα ένα σύστημα βίντεο για την απεικόνιση χειρουργικών περιοχών, με ρυθμιζόμενο εύρος απόστασης εργασίας 150-500 mm και παρατηρήσιμες διαμέτρους αντικειμένων που κυμαίνονταν από 15-25 mm, διατηρώντας παράλληλα βάθος πεδίου μεταξύ 10-20 mm. Αν και το υψηλό κόστος συντήρησης των φακών και των καμερών εκείνη την εποχή περιόριζε την ευρεία εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας σε πολλά νοσοκομεία, οι ερευνητές συνέχισαν να επιδιώκουν την τεχνολογική καινοτομία και άρχισαν να αναπτύσσουν πιο προηγμένα χειρουργικά μικροσκόπια που βασίζονται σε βίντεο. Σε σύγκριση με τα διόφθαλμα χειρουργικά μικροσκόπια, τα οποία απαιτούν μεγάλο χρονικό διάστημα για να διατηρήσουν αυτόν τον αμετάβλητο τρόπο εργασίας, μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε σωματική και ψυχική κόπωση. Το χειρουργικό μικροσκόπιο τύπου βίντεο προβάλλει τη μεγεθυμένη εικόνα στην οθόνη, αποφεύγοντας την παρατεταμένη κακή στάση του χειρουργού. Τα χειρουργικά μικροσκόπια που βασίζονται σε βίντεο απελευθερώνουν τους γιατρούς από μια μόνο στάση, επιτρέποντάς τους να χειρουργούν σε ανατομικές θέσεις μέσω οθονών υψηλής ευκρίνειας.

Τα τελευταία χρόνια, με την ραγδαία πρόοδο της τεχνολογίας τεχνητής νοημοσύνης, τα χειρουργικά μικροσκόπια έχουν σταδιακά γίνει έξυπνα και τα χειρουργικά μικροσκόπια που βασίζονται σε βίντεο έχουν γίνει τα κύρια προϊόντα στην αγορά. Το τρέχον χειρουργικό μικροσκόπιο που βασίζεται σε βίντεο συνδυάζει την όραση υπολογιστή και τις τεχνολογίες βαθιάς μάθησης για την επίτευξη αυτοματοποιημένης αναγνώρισης, τμηματοποίησης και ανάλυσης εικόνας. Κατά τη διάρκεια της χειρουργικής διαδικασίας, τα έξυπνα χειρουργικά μικροσκόπια που βασίζονται σε βίντεο μπορούν να βοηθήσουν τους γιατρούς να εντοπίσουν γρήγορα τους νοσούντες ιστούς και να βελτιώσουν την χειρουργική ακρίβεια.

Κατά τη διαδικασία ανάπτυξης από τα κιάλια μικροσκόπια στα χειρουργικά μικροσκόπια που βασίζονται σε βίντεο, δεν είναι δύσκολο να διαπιστώσει κανείς ότι οι απαιτήσεις για ακρίβεια, αποτελεσματικότητα και ασφάλεια στη χειρουργική αυξάνονται μέρα με τη μέρα. Επί του παρόντος, η ζήτηση για οπτική απεικόνιση των χειρουργικών μικροσκοπίων δεν περιορίζεται στη μεγέθυνση παθολογικών τμημάτων, αλλά διαφοροποιείται και γίνεται ολοένα και πιο αποτελεσματική. Στην κλινική ιατρική, τα χειρουργικά μικροσκόπια χρησιμοποιούνται ευρέως σε νευρολογικές και σπονδυλικές χειρουργικές επεμβάσεις μέσω μονάδων φθορισμού που ενσωματώνονται στην επαυξημένη πραγματικότητα. Το σύστημα πλοήγησης AR μπορεί να διευκολύνει πολύπλοκες χειρουργικές επεμβάσεις σπονδυλικής στήλης και οι φθορίζοντες παράγοντες μπορούν να καθοδηγήσουν τους γιατρούς στην πλήρη αφαίρεση όγκων του εγκεφάλου. Επιπλέον, οι ερευνητές έχουν επιτύχει με επιτυχία την αυτόματη ανίχνευση πολυπόδων φωνητικών χορδών και λευκοπλακίας χρησιμοποιώντας ένα υπερφασματικό χειρουργικό μικροσκόπιο σε συνδυασμό με αλγόριθμους ταξινόμησης εικόνας. Τα βιντεοχειρουργικά μικροσκόπια έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε διάφορους χειρουργικούς τομείς όπως η θυρεοειδεκτομή, η χειρουργική αμφιβληστροειδούς και η λεμφική χειρουργική, συνδυάζοντας με απεικόνιση φθορισμού, πολυφασματική απεικόνιση και έξυπνες τεχνολογίες επεξεργασίας εικόνας.

Σε σύγκριση με τα διοφθάλμια χειρουργικά μικροσκόπια, τα βιντεομικροσκόπια μπορούν να παρέχουν κοινή χρήση βίντεο για πολλούς χρήστες, χειρουργικές εικόνες υψηλής ευκρίνειας και είναι πιο εργονομικά, μειώνοντας την κόπωση του γιατρού. Η ανάπτυξη της οπτικής απεικόνισης, της ψηφιοποίησης και της νοημοσύνης έχει βελτιώσει σημαντικά την απόδοση των οπτικών συστημάτων των χειρουργικών μικροσκοπίων, ενώ η δυναμική απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο, η επαυξημένη πραγματικότητα και άλλες τεχνολογίες έχουν επεκτείνει σημαντικά τις λειτουργίες και τις ενότητες των χειρουργικών μικροσκοπίων που βασίζονται σε βίντεο.

Η οπτική απεικόνιση των μελλοντικών χειρουργικών μικροσκοπίων που βασίζονται σε βίντεο θα είναι πιο ακριβής, αποτελεσματική και έξυπνη, παρέχοντας στους γιατρούς πιο ολοκληρωμένες, λεπτομερείς και τρισδιάστατες πληροφορίες για τον ασθενή, ώστε να καθοδηγούν καλύτερα τις χειρουργικές επεμβάσεις. Εν τω μεταξύ, με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας και την επέκταση των πεδίων εφαρμογής, το σύστημα αυτό θα εφαρμοστεί και θα αναπτυχθεί σε περισσότερους τομείς.