Развој оптичког снимања у видео хируршким микроскопима

У области медицине, хирургија је несумњиво основно средство лечења велике већине болести, посебно играјући кључну улогу у раном лечењу рака. Кључ успеха хируршке операције лежи у јасној визуелизацији патолошког пресека након дисекције.Хируршки микроскопиШироко се користе у медицинској хирургији због свог снажног осећаја тродимензионалности, високе дефиниције и високе резолуције. Међутим, анатомска структура патолошког дела је замршена и комплексна, а већина њих се налази у близини важних органских ткива. Структуре од милиметара до микрометра далеко су превазишле опсег који људско око може да види. Поред тога, васкуларно ткиво у људском телу је уско и претрпано, а осветљење је недовољно. Свако мало одступање може нанети штету пацијенту, утицати на хируршки ефекат, па чак и угрозити живот. Стога, истраживање и развој...Операцијамикроскописа довољним увећањем и јасним визуелним сликама је тема коју истраживачи настављају детаљно да истражују.

Тренутно, дигиталне технологије попут слике и видеа, преноса информација и фотографског снимања улазе у област микрохирургије са новим предностима. Ове технологије не само да дубоко утичу на људски начин живота, већ се и постепено интегришу у област микрохирургије. Дисплеји високе дефиниције, камере итд. могу ефикасно да задовоље тренутне захтеве за хируршку тачност. Видео системи са CCD, CMOS и другим сензорима слике као пријемним површинама постепено се примењују на хируршке микроскопе. Видео хируршки микроскопису веома флексибилни и погодни за рад лекарима. Увођење напредних технологија као што су навигациони систем, 3Д приказ, квалитет слике високе дефиниције, проширена стварност (AR) итд., које омогућавају дељење погледа са више особа током хируршког процеса, додатно помаже лекарима у бољем извођењу интраоперативних операција.

Оптичко снимање микроскопом је главни фактор који одређује квалитет снимања микроскопом. Оптичко снимање видео хируршких микроскопа има јединствене карактеристике дизајна, користећи напредне оптичке компоненте и технологије снимања као што су CMOS или CCD сензори високе резолуције и високог контраста, као и кључне технологије као што су оптички зум и оптичка компензација. Ове технологије ефикасно побољшавају јасноћу и квалитет слике микроскопа, пружајући добру визуелну сигурност за хируршке операције. Штавише, комбиновањем технологије оптичког снимања са дигиталном обрадом, постигнуто је динамичко снимање у реалном времену и 3Д реконструкција, пружајући хирурзима интуитивније визуелно искуство. Да би се додатно побољшао квалитет оптичког снимања видео хируршких микроскопа, истраживачи стално истражују нове методе оптичког снимања, као што су флуоресцентно снимање, поларизационо снимање, мултиспектрално снимање итд., како би побољшали резолуцију и дубину снимања микроскопа; користе технологију вештачке интелигенције за накнадну обраду података оптичког снимања ради побољшања јасноће и контраста слике.

У раним хируршким процедурама,бинокуларни микроскопиУглавном су коришћени као помоћни алати. Бинокуларни микроскоп је инструмент који користи призме и сочива за постизање стереоскопског вида. Може да обезбеди перцепцију дубине и стереоскопски вид који монокуларни микроскопи немају. Средином 20. века, фон Цехендер је био пионир у примени бинокуларних лупа у медицинским офталмолошким прегледима. Након тога, Цајс је представио бинокуларну лупу са радном удаљеношћу од 25 цм, постављајући темеље за развој модерне микрохирургије. Што се тиче оптичког снимања бинокуларних хируршких микроскопа, радна удаљеност раних бинокуларних микроскопа била је 75 мм. Са развојем и иновацијама медицинских инструмената, представљен је први хируршки микроскоп OPMI1, а радна удаљеност може достићи 405 мм. Увећање се такође стално повећава, а опције увећања се стално повећавају. Са континуираним напретком бинокуларних микроскопа, њихове предности као што су живописан стереоскопски ефекат, висока јасноћа и велика радна удаљеност учиниле су бинокуларне хируршке микроскопе широко коришћеним у различитим одељењима. Међутим, ограничење његове велике величине и мале дубине не може се занемарити, а медицинско особље мора често да калибрише и фокусира током операције, што повећава тежину операције. Поред тога, хирурзи који се дуго фокусирају на визуелно посматрање и рад инструмената не само да повећавају своје физичко оптерећење, већ се и не придржавају ергономских принципа. Лекари морају да одржавају фиксни положај како би обавили хируршке прегледе на пацијентима, а потребна су и ручна подешавања, што донекле повећава тежину хируршких операција.

Након 1990-их, системи камера и сензори слике почели су постепено да се интегришу у хируршку праксу, демонстрирајући значајан потенцијал примене. Године 1991, Берчи је иновативно развио видео систем за визуелизацију хируршких подручја, са подесивим радним растојањем од 150-500 мм и пречником видљивих објеката у распону од 15-25 мм, уз одржавање дубине поља између 10-20 мм. Иако су високи трошкови одржавања сочива и камера у то време ограничавали широку примену ове технологије у многим болницама, истраживачи су наставили да теже технолошким иновацијама и почели су да развијају напредније хируршке микроскопе засноване на видео снимцима. У поређењу са бинокуларним хируршким микроскопима, којима је потребан дуг временски период да би се одржао овај непромењени режим рада, то лако може довести до физичког и менталног замора. Хируршки микроскоп видео типа пројектује увећану слику на монитор, избегавајући продужено лоше држање хирурга. Хируршки микроскопи засновани на видео снимцима ослобађају лекаре једног положаја, омогућавајући им да оперишу на анатомским местима путем екрана високе дефиниције.

Последњих година, са брзим напретком технологије вештачке интелигенције, хируршки микроскопи су постепено постајали интелигентни, а хируршки микроскопи засновани на видео снимцима постали су главни производи на тржишту. Тренутни хируршки микроскоп заснован на видео снимцима комбинује технологије рачунарског вида и дубоког учења како би се постигло аутоматско препознавање, сегментација и анализа слике. Током хируршког процеса, интелигентни хируршки микроскопи засновани на видео снимцима могу помоћи лекарима да брзо лоцирају оболела ткива и побољшају хируршку тачност.

У процесу развоја од бинокуларних микроскопа до видео-базираних хируршких микроскопа, није тешко открити да захтеви за тачношћу, ефикасношћу и безбедношћу у хирургији расту из дана у дан. Тренутно, потражња за оптичким снимањем хируршких микроскопа није ограничена само на увећање патолошких делова, већ је све разноврснија и ефикаснија. У клиничкој медицини, хируршки микроскопи се широко користе у неуролошким и спиналним операцијама путем флуоресцентних модула интегрисаних са проширеном стварношћу. AR навигациони систем може олакшати сложене спиналне кичмене операције, а флуоресцентни агенси могу водити лекаре да потпуно уклоне туморе мозга. Поред тога, истраживачи су успешно постигли аутоматско откривање полипа гласних жица и леукоплакије користећи хиперспектрални хируршки микроскоп у комбинацији са алгоритмима за класификацију слика. Видео-хируршки микроскопи се широко користе у различитим хируршким областима као што су тироидектомија, хирургија мрежњаче и лимфна хирургија комбиновањем са флуоресцентним снимањем, мултиспектралним снимањем и интелигентним технологијама обраде слика.

У поређењу са бинокуларним хируршким микроскопима, видео микроскопи могу да обезбеде дељење видеа са више корисника, хируршке слике високе дефиниције и ергономскији су, смањујући замор лекара. Развој оптичког снимања, дигитализације и интелигенције значајно је побољшао перформансе оптичких система хируршких микроскопа, а динамичко снимање у реалном времену, проширена стварност и друге технологије значајно су прошириле функције и модуле хируршких микроскопа заснованих на видео снимцима.

Оптичко снимање будућих видео хируршких микроскопа биће прецизније, ефикасније и интелигентније, пружајући лекарима свеобухватније, детаљније и тродимензионалне информације о пацијенту како би боље водили хируршке операције. У међувремену, са континуираним напретком технологије и ширењем области примене, овај систем ће се примењивати и развијати у више области.