Развитие на оптичното изобразяване във видео-базирани хирургически микроскопи

В областта на медицината, хирургията несъмнено е основното средство за лечение на по-голямата част от заболяванията, като особено тя играе решаваща роля в ранното лечение на рака. Ключът към успеха на операцията на хирурга се крие в ясната визуализация на патологичния разрез след дисекция.Хирургически микроскописа широко използвани в медицинската хирургия поради силното си чувство за триизмерност, висока разделителна способност и висока резолюция. Анатомичната структура на патологичната част обаче е сложна и комплексна и повечето от тях са в непосредствена близост до важни органни тъкани. Структурите от милиметър до микрометър далеч надхвърлят обхвата, който може да се наблюдава от човешкото око. Освен това, съдовата тъкан в човешкото тяло е тясна и претъпкана, а осветлението е недостатъчно. Всяко малко отклонение може да причини вреда на пациента, да повлияе на хирургическия ефект и дори да застраши живота. Поради това, изследванията и разработването...Работамикроскопис достатъчно увеличение и ясни визуални изображения е тема, която изследователите продължават да изследват задълбочено.

В момента цифровите технологии като изображения и видео, предаване на информация и фотографски запис навлизат в областта на микрохирургията с нови предимства. Тези технологии не само оказват дълбоко влияние върху човешкия начин на живот, но и постепенно се интегрират в областта на микрохирургията. Дисплеите, камерите и др. с висока разделителна способност могат ефективно да отговорят на настоящите изисквания за хирургическа точност. Видео системите с CCD, CMOS и други сензори за изображения като приемащи повърхности постепенно се прилагат в хирургическите микроскопи. Видеохирургически микроскописа изключително гъвкави и удобни за работа от лекарите. Въвеждането на съвременни технологии като навигационна система, 3D дисплей, изображение с висока разделителна способност, добавена реалност (AR) и др., които позволяват споделяне на изглед от множество лица по време на хирургичния процес, допълнително помага на лекарите да извършват по-добре интраоперативните операции.

Микроскопското оптично изображение е основният определящ фактор за качеството на изображението. Оптичното изображение на видеохирургичните микроскопи има уникални конструктивни характеристики, използвайки усъвършенствани оптични компоненти и технологии за изображения, като например CMOS или CCD сензори с висока резолюция и висок контраст, както и ключови технологии като оптично увеличение и оптична компенсация. Тези технологии ефективно подобряват яснотата и качеството на изображението на микроскопите, осигурявайки добра визуална сигурност при хирургически операции. Освен това, чрез комбиниране на технологията за оптично изображение с цифрова обработка, са постигнати динамично изображение в реално време и 3D реконструкция, предоставяйки на хирурзите по-интуитивно визуално изживяване. За да подобрят допълнително качеството на оптичното изображение на видеохирургичните микроскопи, изследователите непрекъснато изследват нови методи за оптично изображение, като флуоресцентно изображение, поляризационно изображение, мултиспектрално изображение и др., за да подобрят разделителната способност и дълбочината на изображението на микроскопите; използват технология за изкуствен интелект за последваща обработка на данните от оптичното изображение, за да подобрят яснотата и контраста на изображението.

При ранните хирургични процедури,бинокулярни микроскописа били използвани главно като помощни инструменти. Бинокулярният микроскоп е инструмент, който използва призми и лещи за постигане на стереоскопично зрение. Той може да осигури възприятие за дълбочина и стереоскопично зрение, които монокулярните микроскопи нямат. В средата на 20-ти век фон Цехендер е пионер в приложението на бинокулярни лупи в медицинските офталмологични прегледи. Впоследствие Zeiss въвежда бинокулярна лупа с работно разстояние от 25 см, полагайки основите за развитието на съвременната микрохирургия. По отношение на оптичното изобразяване на бинокулярните хирургически микроскопи, работното разстояние на ранните бинокулярни микроскопи е било 75 мм. С развитието и иновациите в медицинските инструменти е въведен първият хирургичен микроскоп OPMI1, а работното разстояние може да достигне 405 мм. Увеличението също непрекъснато се увеличава, а опциите за увеличение се разширяват. С непрекъснатото усъвършенстване на бинокулярните микроскопи, техните предимства като ярък стереоскопичен ефект, висока яснота и голямо работно разстояние правят бинокулярните хирургически микроскопи широко използвани в различни отделения. Ограничението на големия му размер и малката дълбочина обаче не може да бъде пренебрегнато и медицинският персонал трябва често да калибрира и фокусира по време на операцията, което увеличава трудността на операцията. Освен това, хирурзите, които се фокусират върху визуално наблюдение и работа с инструменти за дълго време, не само увеличават физическото си натоварване, но и не спазват ергономичните принципи. Лекарите трябва да поддържат фиксирана стойка, за да извършват хирургически прегледи на пациентите, а също така са необходими и ръчни корекции, което до известна степен увеличава трудността на хирургическите операции.

След 90-те години на миналия век, системите от камери и сензорите за изображения започват постепенно да се интегрират в хирургическата практика, демонстрирайки значителен потенциал за приложение. През 1991 г. Берчи разработва иновативно видео система за визуализиране на хирургическите области, с регулируем диапазон на работно разстояние от 150-500 мм и диаметри на наблюдаемите обекти от 15-25 мм, като същевременно поддържа дълбочина на рязкост между 10-20 мм. Въпреки че високите разходи за поддръжка на обективи и камери по това време ограничават широкото приложение на тази технология в много болници, изследователите продължават да търсят технологични иновации и започват да разработват по-усъвършенствани видео-базирани хирургически микроскопи. В сравнение с бинокулярните хирургически микроскопи, които изискват дълъг период от време, за да поддържат този непроменен режим на работа, това лесно може да доведе до физическа и психическа умора. Видео-базираният хирургически микроскоп проектира увеличеното изображение върху монитора, като по този начин се избягва продължителната лоша стойка на хирурга. Видео-базираните хирургически микроскопи освобождават лекарите от една единствена стойка, позволявайки им да оперират на анатомични места чрез екрани с висока разделителна способност.

През последните години, с бързото развитие на технологиите за изкуствен интелект, хирургическите микроскопи постепенно станаха интелигентни, а видео-базираните хирургически микроскопи се превърнаха в масови продукти на пазара. Съвременните видео-базирани хирургически микроскопи комбинират компютърно зрение и технологии за дълбоко обучение, за да постигнат автоматизирано разпознаване, сегментиране и анализ на изображения. По време на хирургичния процес, интелигентните видео-базирани хирургически микроскопи могат да помогнат на лекарите бързо да локализират болните тъкани и да подобрят хирургическата точност.

В процеса на разработване от бинокулярни микроскопи до видео-базирани хирургически микроскопи, не е трудно да се установи, че изискванията за точност, ефективност и безопасност в хирургията се увеличават с всеки изминал ден. В момента търсенето на оптично изобразяване на хирургически микроскопи не се ограничава само до увеличаване на патологични части, а е все по-разнообразно и ефикасно. В клиничната медицина хирургическите микроскопи се използват широко в неврологични и гръбначни операции чрез флуоресцентни модули, интегрирани с добавена реалност. AR навигационната система може да улесни сложни спинални операции, а флуоресцентните агенти могат да насочват лекарите към пълно отстраняване на мозъчни тумори. Освен това, изследователите успешно са постигнали автоматично откриване на полипи на гласните струни и левкоплакия, използвайки хиперспектрален хирургичен микроскоп, комбиниран с алгоритми за класификация на изображенията. Видео-хирургическите микроскопи са широко използвани в различни хирургични области като тиреоидектомия, ретинална хирургия и лимфна хирургия, като се комбинират с флуоресцентно изобразяване, мултиспектрално изобразяване и интелигентни технологии за обработка на изображения.

В сравнение с бинокулярните хирургически микроскопи, видеомикроскопите могат да осигурят споделяне на видео с много потребители, хирургически изображения с висока разделителна способност и са по-ергономични, намалявайки умората на лекаря. Развитието на оптичното изобразяване, дигитализацията и интелигентността значително подобри производителността на оптичните системи на хирургическите микроскопи, а динамичното изобразяване в реално време, добавената реалност и други технологии значително разшириха функциите и модулите на видео-базираните хирургически микроскопи.

Оптичното изобразяване на бъдещите видео-базирани хирургически микроскопи ще бъде по-прецизно, ефективно и интелигентно, предоставяйки на лекарите по-изчерпателна, подробна и триизмерна информация за пациента, за да могат по-добре да насочват хирургичните операции. Междувременно, с непрекъснатия напредък на технологиите и разширяването на областите на приложение, тази система ще се прилага и развива и в повече области.