Optiskās attēlveidošanas attīstība video ķirurģiskajos mikroskopos

Medicīnas jomā ķirurģija neapšaubāmi ir galvenais ārstēšanas līdzeklis lielākajā daļā slimību, īpaši tai ir izšķiroša loma vēža ārstēšanā agrīnā stadijā. Ķirurga operācijas panākumu atslēga ir patoloģiskā griezuma skaidra vizualizācija pēc preparēšanas.Ķirurģiskie mikroskopiir plaši izmantoti medicīniskajā ķirurģijā, pateicoties to spēcīgajai trīsdimensiju sajūtai, augstajai izšķirtspējai un augstajai izšķirtspējai. Tomēr patoloģiskās daļas anatomiskā struktūra ir sarežģīta un kompleksa, un lielākā daļa no tām atrodas blakus svarīgiem orgānu audiem. Milimetra līdz mikrometra struktūras ir krietni pārsniegušas diapazonu, ko var novērot cilvēka acs. Turklāt cilvēka ķermeņa asinsvadu audi ir šauri un pārpildīti, un apgaismojums ir nepietiekams. Jebkura neliela novirze var kaitēt pacientam, ietekmēt ķirurģisko efektu un pat apdraudēt dzīvību. Tāpēc tiek pētīta un attīstītaDarbībasmikroskopiar pietiekamu palielinājumu un skaidriem vizuāliem attēliem ir tēma, ko pētnieki turpina padziļināti pētīt.

Pašlaik digitālās tehnoloģijas, piemēram, attēlu un video, informācijas pārraide un fotografēšana, ienāk mikroķirurģijas jomā ar jaunām priekšrocībām. Šīs tehnoloģijas ne tikai dziļi ietekmē cilvēku dzīvesveidu, bet arī pakāpeniski integrējas mikroķirurģijas jomā. Augstas izšķirtspējas displeji, kameras utt. var efektīvi apmierināt pašreizējās ķirurģiskās precizitātes prasības. Video sistēmas ar CCD, CMOS un citiem attēla sensoriem kā uztveršanas virsmām pakāpeniski ir pielietotas ķirurģiskajos mikroskopos. Videoķirurģiskie mikroskopiir ļoti elastīgas un ērtas ārstiem. Tādu progresīvu tehnoloģiju ieviešana kā navigācijas sistēma, 3D displejs, augstas izšķirtspējas attēla kvalitāte, papildinātā realitāte (AR) u. c., kas ļauj vairākām personām koplietot skatu ķirurģiskā procesa laikā, vēl vairāk palīdz ārstiem labāk veikt intraoperatīvās operācijas.

Mikroskopa optiskā attēlveidošana ir galvenais mikroskopa attēlveidošanas kvalitātes noteicošais faktors. Videoķirurģisko mikroskopu optiskajai attēlveidošanai ir unikālas konstrukcijas iezīmes, izmantojot progresīvus optiskos komponentus un attēlveidošanas tehnoloģijas, piemēram, augstas izšķirtspējas, augsta kontrasta CMOS vai CCD sensorus, kā arī tādas galvenās tehnoloģijas kā optiskā tālummaiņa un optiskā kompensācija. Šīs tehnoloģijas efektīvi uzlabo mikroskopu attēlveidošanas skaidrību un kvalitāti, nodrošinot labu vizuālo pārliecību ķirurģiskām operācijām. Turklāt, apvienojot optiskās attēlveidošanas tehnoloģiju ar digitālo apstrādi, ir panākta reāllaika dinamiskā attēlveidošana un 3D rekonstrukcija, nodrošinot ķirurgiem intuitīvāku vizuālo pieredzi. Lai vēl vairāk uzlabotu videoķirurģisko mikroskopu optiskās attēlveidošanas kvalitāti, pētnieki pastāvīgi pēta jaunas optiskās attēlveidošanas metodes, piemēram, fluorescences attēlveidošanu, polarizācijas attēlveidošanu, multispektrālo attēlveidošanu utt., lai uzlabotu mikroskopu attēlveidošanas izšķirtspēju un dziļumu; izmantojot mākslīgā intelekta tehnoloģiju optisko attēlveidošanas datu pēcapstrādei, lai uzlabotu attēla skaidrību un kontrastu.

Agrīnās ķirurģiskās procedūrās,binokulārie mikroskopigalvenokārt tika izmantoti kā palīginstrumenti. Binokulārais mikroskops ir instruments, kas izmanto prizmas un lēcas, lai panāktu stereoskopisku redzi. Tas var nodrošināt dziļuma uztveri un stereoskopisku redzi, kas monokulārajiem mikroskopiem nav. 20. gadsimta vidū fon Cēhenders bija pirmais binokulāro palielināmo stiklu pielietošanā medicīniskajās oftalmoloģiskās pārbaudēs. Pēc tam Zeiss ieviesa binokulāro palielināmo stiklu ar darba attālumu 25 cm, liekot pamatus mūsdienu mikroķirurģijas attīstībai. Runājot par binokulāro ķirurģisko mikroskopu optisko attēlveidošanu, agrīno binokulāro mikroskopu darba attālums bija 75 mm. Attīstoties un inovējot medicīnas instrumentus, tika ieviests pirmais ķirurģiskais mikroskops OPMI1, un darba attālums var sasniegt 405 mm. Arī palielinājums nepārtraukti palielinās, un palielinājuma iespējas nepārtraukti palielinās. Līdz ar binokulāro mikroskopu nepārtrauktu attīstību to priekšrocības, piemēram, spilgts stereoskopiskais efekts, augsta skaidrība un liels darba attālums, ir padarījušas binokulāros ķirurģiskos mikroskopus plaši izmantotus dažādās nodaļās. Tomēr nevar ignorēt tā lielā izmēra un mazā dziļuma ierobežojumus, un medicīnas personālam operācijas laikā bieži jāveic kalibrēšana un fokusēšana, kas palielina operācijas grūtības. Turklāt ķirurgi, kas ilgstoši koncentrējas uz vizuālu instrumentu novērošanu un operācijām, ne tikai palielina savu fizisko slodzi, bet arī neievēro ergonomikas principus. Ārstiem, veicot ķirurģiskas pārbaudes pacientiem, ir jāuztur fiksēta poza, un ir nepieciešamas arī manuālas korekcijas, kas zināmā mērā palielina ķirurģisko operāciju grūtības.

Pēc 20. gs. deviņdesmitajiem gadiem kameru sistēmas un attēlu sensori sāka pakāpeniski integrēties ķirurģiskajā praksē, demonstrējot ievērojamu pielietojuma potenciālu. 1991. gadā Berci inovatīvi izstrādāja video sistēmu ķirurģisko zonu vizualizēšanai ar regulējamu darba attālumu no 150 līdz 500 mm un novērojamo objektu diametru no 15 līdz 25 mm, vienlaikus saglabājot lauka dziļumu no 10 līdz 20 mm. Lai gan lēcu un kameru augstās uzturēšanas izmaksas tajā laikā ierobežoja šīs tehnoloģijas plašu pielietojumu daudzās slimnīcās, pētnieki turpināja meklēt tehnoloģiskas inovācijas un sāka izstrādāt modernākus uz video balstītus ķirurģiskos mikroskopus. Salīdzinot ar binokulārajiem ķirurģiskajiem mikroskopiem, kuriem nepieciešams ilgs laiks, lai saglabātu šo nemainīgo darba režīmu, tas var viegli izraisīt fizisku un garīgu nogurumu. Video tipa ķirurģiskais mikroskops projicē palielinātu attēlu uz monitora, izvairoties no ilgstošas ​​ķirurga nepareizas pozas. Uz video balstīti ķirurģiskie mikroskopi atbrīvo ārstus no vienas pozas, ļaujot viņiem operēt ar anatomiskām vietām, izmantojot augstas izšķirtspējas ekrānus.

Pēdējos gados, strauji attīstoties mākslīgā intelekta tehnoloģijām, ķirurģiskie mikroskopi pakāpeniski ir kļuvuši inteliģenti, un video balstīti ķirurģiskie mikroskopi ir kļuvuši par plaši izplatītiem produktiem tirgū. Pašreizējais video balstītais ķirurģiskais mikroskops apvieno datorredzi un dziļās mācīšanās tehnoloģijas, lai panāktu automatizētu attēlu atpazīšanu, segmentāciju un analīzi. Ķirurģiskā procesa laikā inteliģentie video balstīti ķirurģiskie mikroskopi var palīdzēt ārstiem ātri atrast slimos audus un uzlabot ķirurģisko precizitāti.

Attīstības procesā no binokulārajiem mikroskopiem līdz video ķirurģiskajiem mikroskopiem nav grūti secināt, ka prasības attiecībā uz precizitāti, efektivitāti un drošību ķirurģijā pieaug ar katru dienu. Pašlaik pieprasījums pēc ķirurģisko mikroskopu optiskās attēlveidošanas neaprobežojas tikai ar patoloģisko daļu palielināšanu, bet kļūst arvien daudzveidīgāks un efektīvāks. Klīniskajā medicīnā ķirurģiskie mikroskopi tiek plaši izmantoti neiroloģiskās un mugurkaula operācijās, izmantojot fluorescences moduļus, kas integrēti ar papildināto realitāti. AR navigācijas sistēma var atvieglot sarežģītas mugurkaula atslēgas cauruma operācijas, un fluorescences vielas var palīdzēt ārstiem pilnībā noņemt smadzeņu audzējus. Turklāt pētnieki ir veiksmīgi panākuši balss saišu polipu un leikoplakijas automātisku noteikšanu, izmantojot hiperspektrālu ķirurģisko mikroskopu apvienojumā ar attēlu klasifikācijas algoritmiem. Video ķirurģiskie mikroskopi ir plaši izmantoti dažādās ķirurģiskās jomās, piemēram, tiroidektomijā, tīklenes ķirurģijā un limfātiskajā ķirurģijā, apvienojot tos ar fluorescences attēlveidošanu, multispektrālu attēlveidošanu un intelektuālām attēlu apstrādes tehnoloģijām.

Salīdzinot ar binokulārajiem ķirurģiskajiem mikroskopiem, video mikroskopi var nodrošināt video koplietošanu vairākiem lietotājiem, augstas izšķirtspējas ķirurģiskos attēlus un ir ergonomiskāki, samazinot ārsta nogurumu. Optiskās attēlveidošanas, digitalizācijas un intelekta attīstība ir ievērojami uzlabojusi ķirurģisko mikroskopu optisko sistēmu veiktspēju, un reāllaika dinamiskā attēlveidošana, paplašinātā realitāte un citas tehnoloģijas ir ievērojami paplašinājušas video balstītu ķirurģisko mikroskopu funkcijas un moduļus.

Nākotnes video ķirurģisko mikroskopu optiskā attēlveidošana būs precīzāka, efektīvāka un inteliģentāka, sniedzot ārstiem visaptverošāku, detalizētāku un trīsdimensiju informāciju par pacientu, lai labāk vadītu ķirurģiskās operācijas. Tikmēr, nepārtraukti attīstoties tehnoloģijām un paplašinoties pielietojuma jomām, šī sistēma tiks pielietota un attīstīta arī arvien vairākās jomās.