Розвиток оптичної візуалізації у відеохірургічних мікроскопах

У галузі медицини хірургія, безсумнівно, є основним засобом лікування переважної більшості захворювань, особливо відіграючи вирішальну роль у ранньому лікуванні раку. Ключ до успіху хірургічної операції полягає в чіткій візуалізації патологічного зрізу після дисекції.Хірургічні мікроскопишироко використовуються в медичній хірургії завдяки їхньому сильному відчуттю тривимірності, високій чіткості та високій роздільній здатності. Однак анатомічна структура патологічної частини є складною та комплексною, і більшість із них прилягає до важливих тканин органів. Міліметрові та мікрометрові структури значно перевищують діапазон, який може спостерігати людське око. Крім того, судинна тканина в тілі людини вузька та переповнена, а освітлення недостатнє. Будь-яке невелике відхилення може завдати шкоди пацієнту, вплинути на хірургічний ефект і навіть поставити під загрозу життя. Тому дослідження та розробкаОпераційнімікроскопиз достатнім збільшенням та чіткими візуальними зображеннями – це тема, яку дослідники продовжують поглиблено досліджувати.

Наразі цифрові технології, такі як зображення та відео, передача інформації та фотозапис, входять у галузь мікрохірургії з новими перевагами. Ці технології не лише глибоко впливають на спосіб життя людини, але й поступово інтегруються в галузь мікрохірургії. Дисплеї високої чіткості, камери тощо можуть ефективно відповідати сучасним вимогам до хірургічної точності. Відеосистеми з CCD, CMOS та іншими датчиками зображення як приймальними поверхнями поступово застосовуються в хірургічних мікроскопах. Відеохірургічні мікроскопиє дуже гнучкими та зручними для роботи лікарів. Впровадження передових технологій, таких як навігаційна система, 3D-дисплей, зображення високої чіткості, доповнена реальність (AR) тощо, які дозволяють обмінюватися зображенням з кількома людьми під час хірургічного процесу, додатково допомагає лікарям краще виконувати інтраопераційні операції.

Оптична візуалізація мікроскопа є основним фактором, що визначає якість зображення мікроскопа. Оптична візуалізація відеохірургічних мікроскопів має унікальні конструктивні особливості, використовуючи передові оптичні компоненти та технології візуалізації, такі як високороздільні та контрастні CMOS- або CCD-сенсори, а також ключові технології, такі як оптичний зум та оптична компенсація. Ці технології ефективно покращують чіткість та якість зображення мікроскопів, забезпечуючи хорошу візуальну гарантію хірургічних операцій. Крім того, поєднання технології оптичної візуалізації з цифровою обробкою дозволило отримати динамічну візуалізацію в реальному часі та 3D-реконструкцію, що забезпечує хірургам більш інтуїтивний візуальний досвід. Для подальшого покращення якості оптичного зображення відеохірургічних мікроскопів дослідники постійно досліджують нові методи оптичної візуалізації, такі як флуоресцентна візуалізація, поляризаційна візуалізація, мультиспектральна візуалізація тощо, для підвищення роздільної здатності та глибини зображення мікроскопів; використання технології штучного інтелекту для постобробки даних оптичного зображення для підвищення чіткості та контрастності зображення.

На ранніх стадіях хірургічних втручань,бінокулярні мікроскопив основному використовувалися як допоміжні інструменти. Бінокулярний мікроскоп – це інструмент, який використовує призми та лінзи для досягнення стереоскопічного зору. Він може забезпечити сприйняття глибини та стереоскопічний зір, яких немає у монокулярних мікроскопів. У середині 20-го століття фон Цехендер був піонером у застосуванні бінокулярних збільшувальних стекол у медичних офтальмологічних дослідженнях. Згодом компанія Zeiss представила бінокулярну збільшувальну скло з робочою відстанню 25 см, заклавши основу для розвитку сучасної мікрохірургії. Що стосується оптичного зображення бінокулярних хірургічних мікроскопів, робоча відстань ранніх бінокулярних мікроскопів становила 75 мм. З розвитком та впровадженням інновацій медичних інструментів був представлений перший хірургічний мікроскоп OPMI1, робоча відстань якого може досягати 405 мм. Збільшення також постійно збільшується, а можливості збільшення постійно розширюються. З постійним удосконаленням бінокулярних мікроскопів, їхні переваги, такі як яскравий стереоскопічний ефект, висока чіткість та велика робоча відстань, зробили бінокулярні хірургічні мікроскопи широко використовуваними в різних відділеннях. Однак обмеження, такі як великий розмір та мала глибина, не можна ігнорувати, і медичному персоналу необхідно часто калібрувати та фокусуватися під час операції, що збільшує складність операції. Крім того, хірурги, які тривалий час зосереджуються на візуальному спостереженні за інструментами та їх роботі, не лише збільшують своє фізичне навантаження, але й не дотримуються ергономічних принципів. Лікарям необхідно підтримувати фіксовану позу для проведення хірургічних обстежень пацієнтів, а також потрібні ручні корекції, що певною мірою збільшує складність хірургічних операцій.

Після 1990-х років системи камер та датчики зображення почали поступово інтегруватися в хірургічну практику, демонструючи значний потенціал застосування. У 1991 році Берчі інноваційно розробив відеосистему для візуалізації хірургічних ділянок з регульованим діапазоном робочої відстані 150-500 мм та діаметром спостережуваних об'єктів від 15 до 25 мм, зберігаючи при цьому глибину різкості від 10 до 20 мм. Хоча високі витрати на обслуговування об'єктивів та камер на той час обмежували широке застосування цієї технології в багатьох лікарнях, дослідники продовжували прагнути технологічних інновацій та почали розробляти більш досконалі відеохірургічні мікроскопи. Порівняно з бінокулярними хірургічними мікроскопами, яким потрібен тривалий період часу для підтримки цього незмінного режиму роботи, це може легко призвести до фізичної та розумової втоми. Хірургічний мікроскоп відеотипу проектує збільшене зображення на монітор, уникаючи тривалого неправильного положення хірурга. Відеохірургічні мікроскопи звільняють лікарів від однієї пози, дозволяючи їм оперувати на анатомічних ділянках через екрани високої чіткості.

В останні роки, завдяки швидкому розвитку технологій штучного інтелекту, хірургічні мікроскопи поступово стали інтелектуальними, а відеохірургічні мікроскопи стали основними продуктами на ринку. Сучасний відеохірургічний мікроскоп поєднує технології комп'ютерного зору та глибокого навчання для автоматизованого розпізнавання, сегментації та аналізу зображень. Під час хірургічного процесу інтелектуальні відеохірургічні мікроскопи можуть допомогти лікарям швидко знаходити уражені тканини та підвищувати хірургічну точність.

У процесі розробки від бінокулярних мікроскопів до відеохірургічних мікроскопів неважко помітити, що вимоги до точності, ефективності та безпеки в хірургії зростають день у день. Наразі попит на оптичну візуалізацію хірургічних мікроскопів не обмежується збільшенням патологічних частин, а стає все більш різноманітним та ефективним. У клінічній медицині хірургічні мікроскопи широко використовуються в неврологічних та спинномозкових операціях завдяки флуоресцентним модулям, інтегрованим з доповненою реальністю. Система доповненої реальності (AR) може полегшити складні хірургічні операції на хребті, а флуоресцентні агенти можуть допомогти лікарям повністю видалити пухлини головного мозку. Крім того, дослідники успішно досягли автоматичного виявлення поліпів голосових зв'язок та лейкоплакії за допомогою гіперспектрального хірургічного мікроскопа в поєднанні з алгоритмами класифікації зображень. Відеохірургічні мікроскопи широко використовуються в різних хірургічних галузях, таких як тиреоїдектомія, хірургія сітківки та лімфатична хірургія, завдяки поєднанню з флуоресцентною візуалізацією, мультиспектральною візуалізацією та інтелектуальними технологіями обробки зображень.

Порівняно з бінокулярними хірургічними мікроскопами, відеомікроскопи можуть забезпечувати обмін відео між кількома користувачами, високоякісну хірургічну графіку та є більш ергономічними, що зменшує втому лікаря. Розвиток оптичної візуалізації, оцифрування та інтелекту значно покращив продуктивність оптичних систем хірургічних мікроскопів, а динамічна візуалізація в реальному часі, доповнена реальність та інші технології значно розширили функції та модулі відеохірургічних мікроскопів.

Оптичне зображення майбутніх відеохірургічних мікроскопів буде точнішим, ефективнішим та інтелектуальнішим, надаючи лікарям більш повну, детальну та тривимірну інформацію про пацієнта для кращого керівництва хірургічними операціями. Тим часом, з постійним розвитком технологій та розширенням сфер застосування, ця система також буде застосовуватися та розвиватися в більшій кількості галузей.