Dezvoltarea imagisticii optice în microscoapele chirurgicale bazate pe video

În domeniul medicinei, chirurgia este, fără îndoială, mijlocul central de tratare a marii majorități a bolilor, jucând în special un rol crucial în tratamentul precoce al cancerului. Cheia succesului intervenției chirurgicale a unui chirurg constă în vizualizarea clară a secțiunii patologice după disecție.Microscoape chirurgicaleau fost utilizate pe scară largă în chirurgia medicală datorită simțului lor puternic de tridimensionalitate, definiției înalte și rezoluției ridicate. Cu toate acestea, structura anatomică a părții patologice este complicată și complexă, iar majoritatea sunt adiacente țesuturilor organelor importante. Structurile de la milimetru la micrometru au depășit cu mult intervalul care poate fi observat de ochiul uman. În plus, țesutul vascular din corpul uman este îngust și aglomerat, iar iluminatul este insuficient. Orice mică abatere poate dăuna pacientului, poate afecta efectul chirurgical și chiar poate pune viața în pericol. Prin urmare, cercetarea și dezvoltarea...Funcționaremicroscoapecu o mărire suficientă și imagini vizuale clare este un subiect pe care cercetătorii continuă să-l exploreze în profunzime.

În prezent, tehnologiile digitale precum imaginea și video, transmiterea informațiilor și înregistrarea fotografică intră în domeniul microchirurgiei cu noi avantaje. Aceste tehnologii nu numai că influențează profund stilul de viață uman, dar se integrează treptat și în domeniul microchirurgiei. Ecranele de înaltă definiție, camerele video etc. pot satisface eficient cerințele actuale de precizie chirurgicală. Sistemele video cu CCD, CMOS și alți senzori de imagine ca suprafețe receptoare au fost aplicate treptat la microscoapele chirurgicale. Microscoape video chirurgicalesunt extrem de flexibile și convenabile pentru medici. Introducerea tehnologiilor avansate, cum ar fi sistemul de navigație, afișajul 3D, calitatea imaginii de înaltă definiție, realitatea augmentată (AR) etc., care permit partajarea vizualizării de către mai multe persoane în timpul procesului chirurgical, îi ajută în continuare pe medici să efectueze mai bine operațiile intraoperatorii.

Imagistica optică la microscop este principalul factor determinant al calității imaginilor la microscop. Imagistica optică a microscoapelor chirurgicale video are caracteristici unice de design, utilizând componente optice avansate și tehnologii de imagistică, cum ar fi senzorii CMOS sau CCD de înaltă rezoluție și contrast ridicat, precum și tehnologii cheie, cum ar fi zoomul optic și compensarea optică. Aceste tehnologii îmbunătățesc eficient claritatea și calitatea imaginii microscoapelor, oferind o bună siguranță vizuală pentru operațiile chirurgicale. Mai mult, prin combinarea tehnologiei de imagistică optică cu procesarea digitală, s-au obținut imagistică dinamică în timp real și reconstrucție 3D, oferind chirurgilor o experiență vizuală mai intuitivă. Pentru a îmbunătăți în continuare calitatea imaginii optice a microscoapelor chirurgicale video, cercetătorii explorează constant noi metode de imagistică optică, cum ar fi imagistica fluorescentă, imagistica prin polarizare, imagistica multispectrală etc., pentru a îmbunătăți rezoluția și profunzimea imaginii microscoapelor; Utilizarea tehnologiei inteligenței artificiale pentru post-procesarea datelor de imagistică optică pentru a îmbunătăți claritatea și contrastul imaginii.

În procedurile chirurgicale timpurii,microscoape binoculareau fost utilizate în principal ca instrumente auxiliare. Un microscop binocular este un instrument care folosește prisme și lentile pentru a obține o vedere stereoscopică. Poate oferi o percepție a adâncimii și o vedere stereoscopică pe care microscoapele monoculare nu le au. La mijlocul secolului al XX-lea, von Zehender a fost pionier în aplicarea lupelor binoculare în examinările oftalmologice medicale. Ulterior, Zeiss a introdus o lupă binoculară cu o distanță de lucru de 25 cm, punând bazele dezvoltării microchirurgiei moderne. În ceea ce privește imagistica optică a microscoapelor chirurgicale binoculare, distanța de lucru a primelor microscoape binoculare era de 75 mm. Odată cu dezvoltarea și inovarea instrumentelor medicale, a fost introdus primul microscop chirurgical OPMI1, iar distanța de lucru poate ajunge la 405 mm. Mărirea este, de asemenea, în continuă creștere, iar opțiunile de mărire sunt în continuă creștere. Odată cu avansarea continuă a microscoapelor binoculare, avantajele acestora, cum ar fi efectul stereoscopic viu, claritatea ridicată și distanța lungă de lucru, au făcut ca microscoapele chirurgicale binoculare să fie utilizate pe scară largă în diverse departamente. Totuși, limitarea dimensiunilor sale mari și a adâncimii reduse nu poate fi ignorată, iar personalul medical trebuie să se calibreze și să se concentreze frecvent în timpul intervențiilor chirurgicale, ceea ce crește dificultatea operației. În plus, chirurgii care se concentrează pe observarea și operarea instrumentelor vizuale pentru o perioadă lungă de timp nu numai că își măresc sarcina fizică, dar nici nu respectă principiile ergonomice. Medicii trebuie să mențină o postură fixă ​​pentru a efectua examinări chirurgicale la pacienți, fiind necesare și ajustări manuale, ceea ce, într-o oarecare măsură, crește dificultatea operațiilor chirurgicale.

După anii 1990, sistemele de camere video și senzorii de imagine au început să se integreze treptat în practica chirurgicală, demonstrând un potențial semnificativ de aplicare. În 1991, Berci a dezvoltat în mod inovator un sistem video pentru vizualizarea zonelor chirurgicale, cu o distanță de lucru reglabilă între 150-500 mm și diametre ale obiectelor observabile cuprinse între 15-25 mm, menținând în același timp o adâncime de câmp între 10-20 mm. Deși costurile ridicate de întreținere ale lentilelor și camerelor video la acea vreme au limitat aplicarea pe scară largă a acestei tehnologii în multe spitale, cercetătorii au continuat să urmărească inovația tehnologică și au început să dezvolte microscoape chirurgicale video mai avansate. Comparativ cu microscoapele chirurgicale binoculare, care necesită o perioadă lungă de timp pentru a menține acest mod de lucru neschimbat, acesta poate duce cu ușurință la oboseală fizică și mentală. Microscopul chirurgical de tip video proiectează imaginea mărită pe monitor, evitând o postură greșită prelungită a chirurgului. Microscoapele chirurgicale video eliberează medicii de o singură postură, permițându-le să opereze pe zone anatomice prin intermediul ecranelor de înaltă definiție.

În ultimii ani, odată cu avansul rapid al tehnologiei inteligenței artificiale, microscoapele chirurgicale au devenit treptat inteligente, iar microscoapele chirurgicale bazate pe video au devenit produse mainstream pe piață. Microscopul chirurgical bazat pe video actual combină tehnologiile de viziune computerizată și de învățare profundă pentru a realiza recunoașterea, segmentarea și analiza automată a imaginilor. În timpul procesului chirurgical, microscoapele chirurgicale inteligente bazate pe video pot ajuta medicii să localizeze rapid țesuturile bolnave și să îmbunătățească precizia chirurgicală.

În procesul de dezvoltare de la microscoapele binoculare la microscoapele chirurgicale bazate pe video, nu este dificil de constatat că cerințele de precizie, eficiență și siguranță în chirurgie cresc zi de zi. În prezent, cererea de imagistică optică a microscoapelor chirurgicale nu se limitează la mărirea părților patologice, ci este din ce în ce mai diversificată și eficientă. În medicina clinică, microscoapele chirurgicale sunt utilizate pe scară largă în chirurgia neurologică și a coloanei vertebrale prin module de fluorescență integrate cu realitate augmentată. Sistemul de navigație AR poate facilita chirurgia spinală complexă, iar agenții fluorescenți pot ghida medicii să îndepărteze complet tumorile cerebrale. În plus, cercetătorii au realizat cu succes detectarea automată a polipilor corzilor vocale și a leucoplaziei folosind un microscop chirurgical hiperspectral combinat cu algoritmi de clasificare a imaginilor. Microscoapele chirurgicale video au fost utilizate pe scară largă în diverse domenii chirurgicale, cum ar fi tiroidectomia, chirurgia retiniană și chirurgia limfatică, prin combinarea cu imagistica fluorescentă, imagistica multispectrală și tehnologiile inteligente de procesare a imaginilor.

Comparativ cu microscoapele chirurgicale binoculare, microscoapele video pot oferi partajare video pentru mai mulți utilizatori, imagini chirurgicale de înaltă definiție și sunt mai ergonomice, reducând oboseala medicilor. Dezvoltarea imagisticii optice, digitalizării și inteligenței a îmbunătățit considerabil performanța sistemelor optice pentru microscoape chirurgicale, iar imagistica dinamică în timp real, realitatea augmentată și alte tehnologii au extins considerabil funcțiile și modulele microscoapelor chirurgicale bazate pe video.

Imagistica optică a viitoarelor microscoape chirurgicale bazate pe video va fi mai precisă, mai eficientă și mai inteligentă, oferind medicilor informații mai cuprinzătoare, detaliate și tridimensionale despre pacient, pentru a ghida mai bine operațiunile chirurgicale. Între timp, odată cu avansarea continuă a tehnologiei și extinderea domeniilor de aplicare, acest sistem va fi aplicat și dezvoltat în mai multe domenii.