Технологічний прогрес та клінічне застосування хірургічних мікроскопів надвисокої чіткості

 

Хірургічні мікроскопивідіграють надзвичайно важливу роль у сучасних медичних галузях, особливо у високоточних галузях, таких як нейрохірургія, офтальмологія, отоларингологія та малоінвазивна хірургія, де вони стали незамінним базовим обладнанням. Завдяки високим можливостям збільшення,Операційні мікроскопизабезпечують детальний огляд, дозволяючи хірургам спостерігати деталі, невидимі неозброєним оком, такі як нервові волокна, кровоносні судини та шари тканин, тим самим допомагаючи лікарям уникнути пошкодження здорових тканин під час операції. Особливо в нейрохірургії високе збільшення мікроскопа дозволяє точно локалізувати пухлини або уражені тканини, забезпечуючи чіткі межі резекції та уникаючи пошкодження критично важливих нервів, тим самим покращуючи якість післяопераційного відновлення пацієнтів.

Традиційні хірургічні мікроскопи зазвичай оснащені системами відображення зі стандартною роздільною здатністю, здатними надавати достатню візуальну інформацію для задоволення складних хірургічних потреб. Однак, зі швидким розвитком медичних технологій, особливо проривів у галузі візуальних технологій, якість зображення хірургічних мікроскопів поступово стала важливим фактором у підвищенні хірургічної точності. Порівняно з традиційними хірургічними мікроскопами, мікроскопи надвисокої чіткості можуть відображати більше деталей. Завдяки впровадженню систем відображення та візуалізації з роздільною здатністю 4K, 8K або навіть вище, хірургічні мікроскопи надвисокої чіткості дозволяють хірургам точніше ідентифікувати та маніпулювати крихітними ураженнями та анатомічними структурами, значно підвищуючи точність та безпеку хірургічного втручання. Завдяки постійній інтеграції технологій обробки зображень, штучного інтелекту та віртуальної реальності, хірургічні мікроскопи надвисокої чіткості не тільки покращують якість зображення, але й забезпечують більш інтелектуальну підтримку хірургічних операцій, спрямовуючи хірургічні процедури до вищої точності та меншого ризику.

 

Клінічне застосування мікроскопа надвисокої чіткості

Завдяки постійному вдосконаленню технологій візуалізації, мікроскопи надвисокої чіткості поступово відіграють ключову роль у клінічних застосуваннях завдяки надзвичайно високій роздільній здатності, чудовій якості зображення та можливостям динамічного спостереження в режимі реального часу.

Офтальмологія

Офтальмологічна хірургія вимагає точного проведення операцій, що накладає високі технічні стандарти.офтальмологічні хірургічні мікроскопиНаприклад, при фемтосекундному лазерному розрізі рогівки хірургічний мікроскоп може забезпечити високе збільшення для спостереження за передньою камерою, центральним розрізом очного яблука та перевірки положення розрізу. В офтальмологічній хірургії освітлення має вирішальне значення. Мікроскоп не тільки забезпечує оптимальні візуальні ефекти з нижчою інтенсивністю світла, але й створює спеціальне відбиття червоного світла, що допомагає в усьому процесі операції з видалення катаракти. Крім того, оптична когерентна томографія (ОКТ) широко використовується в офтальмологічній хірургії для підповерхневої візуалізації. Вона може забезпечити зображення поперечного перерізу, долаючи обмеження самого мікроскопа, який не може бачити тонкі тканини через фронтальне спостереження. Наприклад, Капеллер та ін. використовували 4K-3D-дисплей та планшетний комп'ютер для автоматичного стереоскопічного відображення діаграми ефектів мікроскоп-інтегрованої ОКТ (miOCT) (4D-miOCT). На основі суб'єктивних відгуків користувачів, кількісної оцінки ефективності та різних кількісних вимірювань вони продемонстрували можливість використання 4K-3D-дисплея як заміни 4D-miOCT на мікроскопі з білим світлом. Крім того, у дослідженні Лати та ін., зібравши випадки 16 пацієнтів з вродженою глаукомою, що супроводжується синдромом «бичаче око», вони використовували мікроскоп з функцією miOCT для спостереження за хірургічним процесом у режимі реального часу. Оцінюючи ключові дані, такі як передопераційні параметри, хірургічні деталі, післяопераційні ускладнення, кінцева гострота зору та товщина рогівки, вони зрештою показали, що miOCT може допомогти лікарям ідентифікувати тканинні структури, оптимізувати операції та зменшити ризик ускладнень під час операції. Однак, незважаючи на те, що OCT поступово стає потужним допоміжним інструментом у вітреоретинальній хірургії, особливо у складних випадках та нових операціях (таких як генна терапія), деякі лікарі ставлять під сумнів, чи може вона дійсно покращити клінічну ефективність через свою високу вартість та тривалу криву навчання.

Отоларингологія

Оториноларингологічна хірургія – це ще одна хірургічна галузь, яка використовує хірургічні мікроскопи. Через наявність глибоких порожнин і делікатних структур у рисах обличчя, збільшення та освітлення мають вирішальне значення для результатів хірургічного втручання. Хоча ендоскопи іноді можуть забезпечити кращий огляд вузьких хірургічних ділянок,хірургічні мікроскопи надвисокої чіткостіпропонують сприйняття глибини, дозволяючи збільшувати вузькі анатомічні області, такі як равлик та пазухи, допомагаючи лікарям у лікуванні таких станів, як середній отит та поліпи носа. Наприклад, Дандар та ін. порівняли вплив мікроскопічних та ендоскопічних методів хірургії стремена при лікуванні отосклерозу, зібравши дані 84 пацієнтів з діагнозом отосклероз, які перенесли операцію між 2010 і 2020 роками. Використовуючи зміну різниці повітряно-кісткової провідності до та після операції як показник вимірювання, кінцеві результати показали, що хоча обидва методи мали подібний вплив на покращення слуху, хірургічні мікроскопи були простішими в експлуатації та мали коротшу криву навчання. Аналогічно, у проспективному дослідженні, проведеному Ашфак та ін., дослідницька група виконала паротидектомію за допомогою мікроскопа 70 пацієнтам з пухлинами привушної залози між 2020 і 2023 роками, зосереджуючись на оцінці ролі мікроскопів у ідентифікації та захисті лицьового нерва. Результати показали, що мікроскопи мають значні переваги у покращенні чіткості операційного поля, точній ідентифікації головного стовбура та гілок лицевого нерва, зменшенні нервової тракції та гемостазі, що робить їх важливим інструментом для підвищення показників збереження лицевого нерва. Крім того, оскільки операції стають дедалі складнішими та точнішими, інтеграція доповненої реальності (AR) та різних режимів візуалізації з хірургічними мікроскопами дозволяє хірургам проводити операції під візуальним контролем.

Нейрохірургія

Застосування надвисокої чіткостіхірургічні мікроскопи в нейрохірургіїперейшов від традиційного оптичного спостереження до цифровізації, доповненої реальності (AR) та інтелектуальної допомоги. Наприклад, Драксінгер та ін. використовували мікроскоп у поєднанні з власно розробленою системою MHz-OCT, забезпечуючи тривимірні зображення високої роздільної здатності завдяки частоті сканування 1,6 МГц, успішно допомагаючи хірургам розрізняти пухлини та здорові тканини в режимі реального часу та підвищуючи хірургічну точність. Хафез та ін. порівняли продуктивність традиційних мікроскопів та мікрохірургічної системи візуалізації надвисокої роздільної здатності (Exoscope) в експериментальній хірургії цереброваскулярного шунтування, виявивши, що хоча мікроскоп мав коротший час накладання швів (P<0,001), Exoscope показав кращі результати з точки зору розподілу швів (P=0,001). Крім того, Exoscope забезпечував більш зручну хірургічну позу та спільний зір, пропонуючи педагогічні переваги. Аналогічно, Каллоні та ін. порівняли застосування Exoscope та традиційних хірургічних мікроскопів у навчанні резидентів-нейрохірургів. Шістнадцять резидентів виконували повторювані завдання структурного розпізнавання на черепних моделях, використовуючи обидва пристрої. Результати показали, що хоча суттєвої різниці в загальному часі роботи між ними не було, Exoscope показав кращі результати у виявленні глибоких структур і був сприйнятий більшістю учасників як більш інтуїтивно зрозумілий та зручний, з потенціалом стати поширеним у майбутньому. Очевидно, що хірургічні мікроскопи надвисокої чіткості, оснащені дисплеями високої чіткості 4K, можуть забезпечити всіх учасників якіснішими 3D-хірургічними зображеннями, полегшуючи хірургічну комунікацію, передачу інформації та підвищуючи ефективність навчання.

Хірургія хребта

Надвисока чіткістьхірургічні мікроскопивідіграють ключову роль у галузі хірургії хребта. Забезпечуючи тривимірне зображення високої роздільної здатності, вони дозволяють хірургам чіткіше спостерігати за складною анатомічною структурою хребта, включаючи тонкі частини, такі як нерви, кровоносні судини та кісткові тканини, тим самим підвищуючи точність та безпеку хірургічного втручання. Що стосується корекції сколіозу, хірургічні мікроскопи можуть покращити чіткість хірургічного зору та можливості тонкого маніпулювання, допомагаючи лікарям точно ідентифікувати нервові структури та уражені тканини у вузькому спинномозковому каналі, таким чином безпечно та ефективно виконуючи процедури декомпресії та стабілізації.

Сан та ін. порівняли ефективність та безпеку мікроскопоасистованої передньої хірургії шийного відділу хребта та традиційної відкритої хірургії при лікуванні осифікації задньої поздовжньої зв'язки шийного відділу хребта. Шістдесят пацієнтів були розділені на групу з мікроскопом (30 випадків) та групу традиційної хірургії (30 випадків). Результати показали, що група з мікроскопом мала кращі показники внутрішньоопераційної крововтрати, перебування в лікарні та післяопераційного болю порівняно з групою традиційної хірургії, а рівень ускладнень був нижчим у групі з мікроскопом. Аналогічно, у хірургії спінального зрощення, Сінгхатанадгіге та ін. порівняли ефекти застосування ортопедичних хірургічних мікроскопів та хірургічних збільшувальних стекол при мінімально інвазивному трансфорамінальному поперековому зрощенні. Дослідження включало 100 пацієнтів і не виявило суттєвих відмінностей між двома групами щодо післяопераційного знеболення, функціонального покращення, розширення хребетного каналу, швидкості зрощення та ускладнень, але мікроскоп забезпечував краще поле зору. Крім того, мікроскопи в поєднанні з технологією доповненої реальності (AR) широко використовуються в хірургії хребта. Наприклад, Карл та ін. впровадили технологію доповненої реальності у 10 пацієнтів, використовуючи дисплей хірургічного мікроскопа, встановлений на голові. Результати показали, що доповнена реальність (AR) має великий потенціал для застосування в дегенеративній хірургії хребта, особливо в складних анатомічних ситуаціях та для навчання резидентів.

 

Підсумок та перспективи

Порівняно з традиційними хірургічними мікроскопами, хірургічні мікроскопи надвисокої чіткості пропонують численні переваги, включаючи кілька варіантів збільшення, стабільне та яскраве освітлення, точні оптичні системи, збільшені робочі відстані та ергономічні стійкі штативи. Крім того, їхні можливості візуалізації з високою роздільною здатністю, особливо інтеграція з різними режимами візуалізації та технологією доповненої реальності, ефективно підтримують операції під візуальним контролем.

Незважаючи на численні переваги хірургічних мікроскопів, вони все ще стикаються зі значними проблемами. Через свої громіздкі розміри, хірургічні мікроскопи надвисокої чіткості створюють певні експлуатаційні труднощі під час транспортування між операційними та внутрішньоопераційного позиціонування, що може негативно вплинути на безперервність та ефективність хірургічних процедур. В останні роки структурна конструкція мікроскопів була значно оптимізована, а їхні оптичні носії та корпуси бінокулярних лінз підтримують широкий діапазон регулювання нахилу та обертання, що значно підвищує експлуатаційну гнучкість обладнання та полегшує спостереження та роботу хірурга в більш природному та комфортному положенні. Крім того, постійний розвиток технології носимих дисплеїв забезпечує хірургам більш ергономічну візуальну підтримку під час мікрохірургічних операцій, допомагаючи зменшити операційну втому та покращити хірургічну точність і стійку продуктивність хірурга. Однак через відсутність опорної конструкції потрібне часте перефокусування, що робить стабільність технології носимих дисплеїв нижчою за стабільність звичайних хірургічних мікроскопів. Іншим рішенням є еволюція структури обладнання в бік мініатюризації та модуляризації для більш гнучкої адаптації до різних хірургічних сценаріїв. Однак зменшення обсягу часто передбачає прецизійні процеси обробки та дорогі інтегровані оптичні компоненти, що робить фактичну вартість виробництва обладнання дорогою.

Ще однією проблемою хірургічних мікроскопів надвисокої чіткості є опіки шкіри, спричинені потужним освітленням. Щоб забезпечити яскраві візуальні ефекти, особливо за наявності кількох спостерігачів або камер, джерело світла повинно випромінювати сильне світло, яке може опікувати тканини пацієнта. Повідомлялося, що офтальмологічні хірургічні мікроскопи також можуть викликати фототоксичність поверхні ока та слізної плівки, що призводить до зниження функції клітин ока. Тому оптимізація управління світлом, регулювання розміру плями та інтенсивності світла відповідно до збільшення та робочої відстані є особливо важливою для хірургічних мікроскопів. У майбутньому оптична візуалізація може запровадити технології панорамної візуалізації та тривимірної реконструкції, щоб розширити поле зору та точно відновити тривимірне розташування хірургічної області. Це дозволить лікарям краще зрозуміти загальну ситуацію хірургічної області та уникнути пропуску важливої ​​інформації. Однак панорамна візуалізація та тривимірна реконструкція передбачають отримання, реєстрацію та реконструкцію зображень високої роздільної здатності в режимі реального часу, генеруючи величезні обсяги даних. Це ставить надзвичайно високі вимоги до ефективності алгоритмів обробки зображень, обчислювальної потужності апаратного забезпечення та систем зберігання, особливо під час операції, де продуктивність у режимі реального часу є критично важливою, що робить цю проблему ще більш актуальною.

Зі швидким розвитком таких технологій, як медична візуалізація, штучний інтелект та обчислювальна оптика, хірургічні мікроскопи надвисокої чіткості продемонстрували великий потенціал у підвищенні хірургічної точності, безпеки та досвіду експлуатації. У майбутньому хірургічні мікроскопи надвисокої чіткості можуть продовжувати розвиватися в таких чотирьох напрямках: (1) З точки зору виробництва обладнання, мініатюризація та модуляризація повинні бути досягнуті з меншими витратами, що зробить можливим масштабне клінічне застосування; (2) Розробка більш просунутих режимів управління світлом для вирішення проблеми пошкодження світлом, спричиненого тривалою операцією; (3) Розробка інтелектуальних допоміжних алгоритмів, які є одночасно точними та легкими, щоб відповідати вимогам до обчислювальної продуктивності обладнання; (4) Глибока інтеграція AR та роботизованих хірургічних систем для забезпечення підтримки платформи для віддаленої співпраці, точної роботи та автоматизованих процесів. Підсумовуючи, хірургічні мікроскопи надвисокої чіткості перетворяться на комплексну систему хірургічної допомоги, яка інтегрує покращення зображення, інтелектуальне розпізнавання та інтерактивний зворотний зв'язок, допомагаючи побудувати цифрову екосистему для майбутньої хірургії.

У цій статті наведено огляд досягнень у ключових технологіях хірургічних мікроскопів надвисокої чіткості, з акцентом на їх застосування та розвиток у хірургічних процедурах. Зі збільшенням роздільної здатності мікроскопи надвисокої чіткості відіграють ключову роль у таких галузях, як нейрохірургія, офтальмологія, отоларингологія та хірургія хребта. Зокрема, інтеграція технології інтраопераційної прецизійної навігації в малоінвазивні операції підвищила точність та безпеку цих процедур. Забігаючи вперед, з розвитком штучного інтелекту та роботизованих технологій, мікроскопи надвисокої чіткості запропонують більш ефективну та інтелектуальну хірургічну підтримку, стимулюючи прогрес малоінвазивних операцій та дистанційної співпраці, тим самим ще більше підвищуючи безпеку та ефективність хірургічних втручань.