Ultraaugstas izšķirtspējas ķirurģisko mikroskopu tehnoloģiskie sasniegumi un klīniskie pielietojumi

 

Ķirurģiskie mikroskopiir ārkārtīgi svarīga loma mūsdienu medicīnas jomās, īpaši augstas precizitātes jomās, piemēram, neiroķirurģijā, oftalmoloģijā, otolaringoloģijā un minimāli invazīvajā ķirurģijā, kur tās ir kļuvušas par neaizstājamu pamataprīkojumu. Ar augstām palielinājuma iespējām,Operāciju mikroskopisniedz detalizētu skatu, ļaujot ķirurgiem novērot detaļas, kas nav redzamas ar neapbruņotu aci, piemēram, nervu šķiedras, asinsvadus un audu slāņus, tādējādi palīdzot ārstiem izvairīties no veselo audu bojāšanas operācijas laikā. Īpaši neiroķirurģijā mikroskopa augstais palielinājums ļauj precīzi lokalizēt audzējus vai slimības skartos audus, nodrošinot skaidras rezekcijas robežas un izvairoties no kritiski svarīgu nervu bojājumiem, tādējādi uzlabojot pacientu pēcoperācijas atveseļošanās kvalitāti.

Tradicionālie ķirurģiskie mikroskopi parasti ir aprīkoti ar standarta izšķirtspējas displeja sistēmām, kas spēj sniegt pietiekamu vizuālo informāciju, lai atbalstītu sarežģītas ķirurģiskas vajadzības. Tomēr, strauji attīstoties medicīnas tehnoloģijām, īpaši vizuālo tehnoloģiju jomā, ķirurģisko mikroskopu attēlveidošanas kvalitāte pakāpeniski ir kļuvusi par svarīgu faktoru ķirurģiskās precizitātes uzlabošanā. Salīdzinot ar tradicionālajiem ķirurģiskajiem mikroskopiem, īpaši augstas izšķirtspējas mikroskopi var attēlot vairāk detaļu. Ieviešot displeja un attēlveidošanas sistēmas ar 4K, 8K vai pat augstāku izšķirtspēju, īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģiskie mikroskopi ļauj ķirurgiem precīzāk identificēt un manipulēt ar sīkiem bojājumiem un anatomiskām struktūrām, ievērojami uzlabojot ķirurģiskās operācijas precizitāti un drošību. Pastāvīgi integrējot attēlu apstrādes tehnoloģiju, mākslīgo intelektu un virtuālo realitāti, īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģiskie mikroskopi ne tikai uzlabo attēlveidošanas kvalitāti, bet arī nodrošina inteliģentāku atbalstu ķirurģijai, virzot ķirurģiskās procedūras uz augstāku precizitāti un zemāku risku.

 

Ultraaugstas izšķirtspējas mikroskopa klīniskais pielietojums

Līdz ar nepārtrauktu attēlveidošanas tehnoloģiju inovāciju īpaši augstas izšķirtspējas mikroskopi pakāpeniski ieņem nozīmīgu lomu klīniskajos pielietojumos, pateicoties to ārkārtīgi augstajai izšķirtspējai, lieliskajai attēlveidošanas kvalitātei un reāllaika dinamiskās novērošanas iespējām.

Oftalmoloģija

Oftalmoloģiskajai ķirurģijai nepieciešama precīza operācija, kas izvirza augstus tehniskos standartus.oftalmoloģiskie ķirurģiskie mikroskopiPiemēram, femtosekundes lāzera radzenes griezumā ķirurģiskais mikroskops var nodrošināt lielu palielinājumu, lai novērotu acs ābola priekšējo kameru, centrālo griezumu un pārbaudītu griezuma pozīciju. Oftalmoloģiskajā ķirurģijā apgaismojums ir ļoti svarīgs. Mikroskops ne tikai nodrošina optimālus vizuālos efektus ar zemāku gaismas intensitāti, bet arī rada īpašu sarkanās gaismas atstarošanu, kas palīdz visā kataraktas operācijas procesā. Turklāt optiskā koherences tomogrāfija (OCT) tiek plaši izmantota oftalmoloģiskajā ķirurģijā zemvirsmas vizualizācijai. Tā var nodrošināt šķērsgriezuma attēlus, pārvarot paša mikroskopa ierobežojumus, kas frontālās novērošanas dēļ nevar redzēt smalkus audus. Piemēram, Kapellers un līdzautori izmantoja 4K-3D displeju un planšetdatoru, lai automātiski stereoskopiski parādītu mikroskopā integrētas OCT (miOCT) (4D-miOCT) efektu diagrammu. Pamatojoties uz lietotāju subjektīvajām atsauksmēm, kvantitatīvu veiktspējas novērtējumu un dažādiem kvantitatīviem mērījumiem, viņi pierādīja 4K-3D displeja izmantošanas iespējamību kā 4D-miOCT aizstājēju baltās gaismas mikroskopā. Turklāt Lata et al. pētījumā, apkopojot 16 pacientu ar iedzimtu glaukomu gadījumus, kam pievienota vērša acs, viņi izmantoja mikroskopu ar miOCT funkciju, lai reāllaikā novērotu ķirurģisko procesu. Izvērtējot tādus galvenos datus kā pirmsoperācijas parametri, ķirurģiskās detaļas, pēcoperācijas komplikācijas, galīgo redzes asumu un radzenes biezumu, viņi galu galā parādīja, ka miOCT var palīdzēt ārstiem identificēt audu struktūras, optimizēt operācijas un samazināt komplikāciju risku operācijas laikā. Tomēr, neskatoties uz to, ka OCT pakāpeniski kļūst par spēcīgu palīginstrumentu vitreoretinālajā ķirurģijā, īpaši sarežģītos gadījumos un jaunās operācijās (piemēram, gēnu terapijā), daži ārsti apšauba, vai tā patiešām var uzlabot klīnisko efektivitāti, ņemot vērā tās augstās izmaksas un ilgo apguves līkni.

Otolaringoloģija

Otolaringoloģija ir vēl viena ķirurģiskā joma, kurā tiek izmantoti ķirurģiskie mikroskopi. Tā kā sejas vaibstos ir dziļas dobuma dobumi un smalkas struktūras, palielinājums un apgaismojums ir ļoti svarīgi ķirurģisko rezultātu sasniegšanai. Lai gan endoskopi dažreiz var sniegt labāku skatu uz šaurām ķirurģiskajām zonām,īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģiskie mikroskopipiedāvā dziļuma uztveri, ļaujot palielināt šaurus anatomiskus apgabalus, piemēram, gliemežnīcu un deguna blakusdobumus, palīdzot ārstiem ārstēt tādus stāvokļus kā vidusauss iekaisums un deguna polipi. Piemēram, Dundars un līdzautori salīdzināja mikroskopa un endoskopiskā metožu ietekmi uz stapes ķirurģiju otosklerozes ārstēšanā, apkopojot datus no 84 pacientiem, kuriem diagnosticēta otoskleroze un kuriem operācija tika veikta laikā no 2010. līdz 2020. gadam. Izmantojot gaisa-kaula vadītspējas atšķirības izmaiņas pirms un pēc operācijas kā mērījuma indikatoru, galīgie rezultāti parādīja, ka, lai gan abām metodēm bija līdzīga ietekme uz dzirdes uzlabošanos, ķirurģiskos mikroskopus bija vieglāk lietot, un tiem bija īsāka apguves līkne. Līdzīgi Ashfaq un līdzautoru veiktā prospektīvā pētījumā pētnieku komanda veica mikroskopa asistētu parotidektomiju 70 pacientiem ar pieauss dziedzera audzējiem laikā no 2020. līdz 2023. gadam, koncentrējoties uz mikroskopu lomas novērtēšanu sejas nerva identificēšanā un aizsardzībā. Rezultāti liecināja, ka mikroskopiem ir ievērojamas priekšrocības ķirurģiskā lauka skaidrības uzlabošanā, sejas nerva galvenā stumbra un zaru precīzā identificēšanā, nerva vilkšanas samazināšanā un hemostāzē, padarot tos par svarīgu instrumentu sejas nerva saglabāšanas rādītāju uzlabošanai. Turklāt, tā kā operācijas kļūst arvien sarežģītākas un precīzākas, papildinātās realitātes (AR) un dažādu attēlveidošanas režīmu integrācija ar ķirurģiskajiem mikroskopiem ļauj ķirurgiem veikt attēlvadītas operācijas.

Neiroķirurģija

Īpaši augstas izšķirtspējas pielietojumsķirurģiskie mikroskopi neiroķirurģijāir pārgājusi no tradicionālās optiskās novērošanas uz digitalizāciju, papildināto realitāti (AR) un intelektuālu palīdzību. Piemēram, Draxinger et al. izmantoja mikroskopu apvienojumā ar pašu izstrādātu MHz-OCT sistēmu, nodrošinot augstas izšķirtspējas trīsdimensiju attēlus, izmantojot 1,6 MHz skenēšanas frekvenci, veiksmīgi palīdzot ķirurgiem reāllaikā atšķirt audzējus no veseliem audiem un uzlabojot ķirurģisko precizitāti. Hafez et al. salīdzināja tradicionālo mikroskopu un īpaši augstas izšķirtspējas mikroķirurģiskās attēlveidošanas sistēmas (Exoscope) veiktspēju eksperimentālā cerebrovaskulārā šuntēšanas operācijā, atklājot, ka, lai gan mikroskopam bija īsāks šuvju laiks (P<0,001), Exoscope darbojās labāk šuvju sadalījuma ziņā (P=0,001). Turklāt Exoscope nodrošināja ērtāku ķirurģisko pozu un kopīgu redzi, piedāvājot pedagoģiskas priekšrocības. Līdzīgi Calloni et al. salīdzināja Exoscope un tradicionālo ķirurģisko mikroskopu pielietojumu neiroķirurģijas rezidentu apmācībā. Sešpadsmit rezidenti veica atkārtotus strukturālās atpazīšanas uzdevumus uz galvaskausa modeļiem, izmantojot abas ierīces. Rezultāti parādīja, ka, lai gan kopējā operācijas laikā starp abiem nebija būtiskas atšķirības, eksoskops darbojās labāk dziļo struktūru identificēšanā, un vairums dalībnieku to uzskatīja par intuitīvāku un ērtāku, ar potenciālu kļūt par plaši pieejamu nākotnē. Acīmredzot, īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģiskie mikroskopi, kas aprīkoti ar 4K augstas izšķirtspējas displejiem, var nodrošināt visiem dalībniekiem augstākas kvalitātes 3D ķirurģiskos attēlus, atvieglojot ķirurģisko komunikāciju, informācijas pārsūtīšanu un uzlabojot mācību efektivitāti.

Mugurkaula ķirurģija

Īpaši augsta izšķirtspējaķirurģiskie mikroskopispēlē izšķirošu lomu mugurkaula ķirurģijas jomā. Nodrošinot augstas izšķirtspējas trīsdimensiju attēlveidošanu, tie ļauj ķirurgiem skaidrāk novērot mugurkaula sarežģīto anatomisko struktūru, tostarp smalkas daļas, piemēram, nervus, asinsvadus un kaulu audus, tādējādi uzlabojot operācijas precizitāti un drošību. Skoliozes korekcijas ziņā ķirurģiskie mikroskopi var uzlabot ķirurģiskās redzes skaidrību un smalkas manipulācijas spējas, palīdzot ārstiem precīzi identificēt nervu struktūras un slimības skartos audus šaurajā mugurkaula kanālā, tādējādi droši un efektīvi veicot dekompresijas un stabilizācijas procedūras.

Sun et al. salīdzināja mikroskopa asistētas priekšējās kakla skriemeļu operācijas un tradicionālās atvērtās operācijas efektivitāti un drošību kakla skriemeļu aizmugurējās gareniskās saites osifikācijas ārstēšanā. Sešdesmit pacienti tika iedalīti mikroskopa asistētajā grupā (30 gadījumi) un tradicionālās ķirurģijas grupā (30 gadījumi). Rezultāti parādīja, ka mikroskopa asistētajai grupai bija labāki intraoperatīvie asins zudumi, uzturēšanās slimnīcā un pēcoperācijas sāpju rādītāji salīdzinājumā ar tradicionālās ķirurģijas grupu, un komplikāciju līmenis mikroskopa asistētajā grupā bija zemāks. Līdzīgi mugurkaula saplūšanas ķirurģijā Singhatanadgige et al. salīdzināja ortopēdisko ķirurģisko mikroskopu un ķirurģisko palielināmo stiklu pielietošanas ietekmi minimāli invazīvā transforaminālā jostas skriemeļu saplūšanā. Pētījumā piedalījās 100 pacienti, un netika konstatētas būtiskas atšķirības starp abām grupām pēcoperācijas sāpju mazināšanā, funkcionālajā uzlabošanā, mugurkaula kanāla paplašināšanā, saplūšanas ātrumā un komplikācijās, bet mikroskops nodrošināja labāku redzeslauku. Turklāt mikroskopi, kas apvienoti ar AR tehnoloģiju, tiek plaši izmantoti mugurkaula ķirurģijā. Piemēram, Carl et al. izveidoja AR tehnoloģiju 10 pacientiem, izmantojot ķirurģiskā mikroskopa uz galvas piestiprinātu displeju. Rezultāti parādīja, ka AR ir liels pielietojuma potenciāls mugurkaula deģeneratīvajā ķirurģijā, īpaši sarežģītās anatomiskās situācijās un rezidentu apmācībā.

 

Kopsavilkums un perspektīvas

Salīdzinot ar tradicionālajiem ķirurģiskajiem mikroskopiem, īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģiskie mikroskopi piedāvā daudzas priekšrocības, tostarp vairākas palielinājuma iespējas, stabilu un spilgtu apgaismojumu, precīzas optiskās sistēmas, paplašinātus darba attālumus un ergonomiskus, stabilus statīvus. Turklāt to augstas izšķirtspējas vizualizācijas iespējas, īpaši integrācija ar dažādiem attēlveidošanas režīmiem un papildinātās realitātes tehnoloģiju, efektīvi atbalsta attēlu vadītas operācijas.

Neskatoties uz ķirurģisko mikroskopu daudzajām priekšrocībām, tie joprojām saskaras ar ievērojamām problēmām. To apjomīgā izmēra dēļ īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģiskie mikroskopi rada zināmas ekspluatācijas grūtības transportēšanas laikā starp operāciju zālēm un intraoperatīvās pozicionēšanas laikā, kas var negatīvi ietekmēt ķirurģisko procedūru nepārtrauktību un efektivitāti. Pēdējos gados mikroskopu strukturālā konstrukcija ir ievērojami optimizēta, to optiskajiem nesējiem un binokulāro lēcu cilindriem atbalstot plašu slīpuma un rotācijas regulējumu diapazonu, ievērojami uzlabojot iekārtu darbības elastību un atvieglojot ķirurga novērošanu un darbību dabiskākā un ērtākā pozīcijā. Turklāt valkājamo displeju tehnoloģiju nepārtrauktā attīstība nodrošina ķirurgiem ergonomiskāku vizuālo atbalstu mikroķirurģisko operāciju laikā, palīdzot mazināt operacionālo nogurumu un uzlabot ķirurģisko precizitāti un ķirurga ilgstošas ​​darba spējas. Tomēr atbalsta konstrukcijas trūkuma dēļ ir nepieciešama bieža pārfokusēšana, padarot valkājamo displeju tehnoloģijas stabilitāti zemāku par parasto ķirurģisko mikroskopu stabilitāti. Vēl viens risinājums ir iekārtu struktūras evolūcija miniaturizācijas un modularizācijas virzienā, lai elastīgāk pielāgotos dažādiem ķirurģiskiem scenārijiem. Tomēr apjoma samazināšana bieži vien ietver precīzijas apstrādes procesus un dārgas integrētas optiskās komponentes, padarot iekārtu faktiskās ražošanas izmaksas dārgas.

Vēl viens īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģisko mikroskopu izaicinājums ir ādas apdegumi, ko izraisa jaudīgs apgaismojums. Lai nodrošinātu spilgtus vizuālos efektus, īpaši vairāku novērotāju vai kameru klātbūtnē, gaismas avotam ir jāizstaro spēcīga gaisma, kas var apdedzināt pacienta audus. Ir ziņots, ka oftalmoloģiskie ķirurģiskie mikroskopi var izraisīt arī fototoksicitāti acs virsmai un asaru plēvītei, kā rezultātā samazinās acs šūnu funkcija. Tāpēc gaismas pārvaldības optimizēšana, plankuma lieluma un gaismas intensitātes pielāgošana atbilstoši palielinājumam un darba attālumam ir īpaši svarīga ķirurģiskajiem mikroskopiem. Nākotnē optiskā attēlveidošana varētu ieviest panorāmas attēlveidošanas un trīsdimensiju rekonstrukcijas tehnoloģijas, lai paplašinātu redzes lauku un precīzi atjaunotu ķirurģiskās zonas trīsdimensiju izkārtojumu. Tas ļaus ārstiem labāk izprast ķirurģiskās zonas kopējo situāciju un izvairīties no svarīgas informācijas palaidšanas. Tomēr panorāmas attēlveidošana un trīsdimensiju rekonstrukcija ietver augstas izšķirtspējas attēlu iegūšanu, reģistrēšanu un rekonstrukciju reāllaikā, radot milzīgu datu apjomu. Tas rada ārkārtīgi augstas prasības attēlu apstrādes algoritmu efektivitātei, aparatūras skaitļošanas jaudai un glabāšanas sistēmām, īpaši ķirurģijas laikā, kur reāllaika veiktspēja ir izšķiroša, padarot šo izaicinājumu vēl aktuālāku.

Līdz ar tādu tehnoloģiju kā medicīniskā attēlveidošana, mākslīgais intelekts un skaitļošanas optika straujo attīstību, īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģiskie mikroskopi ir pierādījuši lielu potenciālu ķirurģiskās precizitātes, drošības un ekspluatācijas pieredzes uzlabošanā. Nākotnē īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģiskie mikroskopi varētu turpināt attīstīties šādos četros virzienos: (1) Iekārtu ražošanas ziņā miniaturizācija un modularizācija jāpanāk ar zemākām izmaksām, padarot iespējamu liela mēroga klīnisko pielietojumu; (2) Izstrādāt modernākus gaismas pārvaldības režīmus, lai risinātu ilgstošas ​​operācijas radīto gaismas bojājumu problēmu; (3) Izstrādāt inteliģentus palīgalgoritmus, kas ir gan precīzi, gan viegli, lai atbilstu iekārtu skaitļošanas veiktspējas prasībām; (4) Dziļi integrēt AR un robotizētās ķirurģiskās sistēmas, lai nodrošinātu platformas atbalstu attālinātai sadarbībai, precīzai darbībai un automatizētiem procesiem. Rezumējot, īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģiskie mikroskopi attīstīsies par visaptverošu ķirurģiskās palīdzības sistēmu, kas integrē attēlu uzlabošanu, intelektuālu atpazīšanu un interaktīvu atgriezenisko saiti, palīdzot veidot digitālu ekosistēmu nākotnes ķirurģijai.

Šajā rakstā sniegts pārskats par sasniegumiem īpaši augstas izšķirtspējas ķirurģisko mikroskopu galvenajās tehnoloģijās, īpašu uzmanību pievēršot to pielietojumam un attīstībai ķirurģiskajās procedūrās. Uzlabojot izšķirtspēju, īpaši augstas izšķirtspējas mikroskopiem ir izšķiroša nozīme tādās jomās kā neiroķirurģija, oftalmoloģija, otolaringoloģija un mugurkaula ķirurģija. Īpaši intraoperatīvās precīzās navigācijas tehnoloģijas integrācija minimāli invazīvās operācijās ir paaugstinājusi šo procedūru precizitāti un drošību. Raugoties nākotnē, attīstoties mākslīgajam intelektam un robotikas tehnoloģijām, īpaši augstas izšķirtspējas mikroskopi piedāvās efektīvāku un inteliģentāku ķirurģisko atbalstu, veicinot minimāli invazīvo operāciju progresu un attālinātu sadarbību, tādējādi vēl vairāk uzlabojot ķirurģisko drošību un efektivitāti.