Technologický pokrok a klinické aplikace chirurgických mikroskopů s ultravysokým rozlišením

 

Chirurgické mikroskopyhrají mimořádně důležitou roli v moderních lékařských oborech, zejména ve vysoce přesných oborech, jako je neurochirurgie, oftalmologie, otorinolaryngologie a minimálně invazivní chirurgie, kde se staly nepostradatelným základním vybavením. Díky vysokému zvětšení,Operační mikroskopyposkytují detailní pohled, který chirurgům umožňuje pozorovat detaily, které jsou pouhým okem neviditelné, jako jsou nervová vlákna, cévy a vrstvy tkání, a tím pomáhají lékařům vyhnout se poškození zdravé tkáně během operace. Zejména v neurochirurgii umožňuje vysoké zvětšení mikroskopu přesnou lokalizaci nádorů nebo nemocných tkání, čímž zajišťuje jasné okraje resekce a zabraňuje poškození kritických nervů, čímž zlepšuje kvalitu pooperační rekonvalescence pacientů.

Tradiční chirurgické mikroskopy jsou obvykle vybaveny zobrazovacími systémy se standardním rozlišením, které jsou schopny poskytovat dostatek vizuálních informací pro podporu komplexních chirurgických potřeb. S rychlým rozvojem lékařských technologií, zejména s průlomy v oblasti vizuální technologie, se však kvalita obrazu chirurgických mikroskopů postupně stala důležitým faktorem pro zlepšení chirurgické přesnosti. Ve srovnání s tradičními chirurgickými mikroskopy mohou mikroskopy s ultravysokým rozlišením zobrazovat více detailů. Zavedením zobrazovacích systémů s rozlišením 4K, 8K nebo i vyšším umožňují chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlišením chirurgům přesněji identifikovat a manipulovat s drobnými lézemi a anatomickými strukturami, což výrazně zvyšuje přesnost a bezpečnost chirurgických zákroků. Díky neustálé integraci technologií zpracování obrazu, umělé inteligence a virtuální reality chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlišením nejen zlepšují kvalitu obrazu, ale také poskytují inteligentnější podporu pro chirurgické zákroky, čímž posouvají chirurgické postupy k vyšší přesnosti a nižšímu riziku.

 

Klinické využití mikroskopu s ultravysokým rozlišením

Díky neustálé inovaci zobrazovacích technologií hrají mikroskopy s ultravysokým rozlišením postupně klíčovou roli v klinických aplikacích, a to díky svému extrémně vysokému rozlišení, vynikající kvalitě obrazu a možnostem dynamického pozorování v reálném čase.

Oftalmologie

Oční chirurgie vyžaduje přesné operace, což klade vysoké technické nároky.oční chirurgické mikroskopyNapříklad při femtosekundovém laserovém řezu rohovky může chirurgický mikroskop poskytnout vysoké zvětšení pro pozorování přední komory, centrálního řezu oční bulvy a kontrolu polohy řezu. V oční chirurgii je osvětlení klíčové. Mikroskop nejenže poskytuje optimální vizuální efekty s nižší intenzitou světla, ale také produkuje speciální odraz červeného světla, který napomáhá celému procesu operace katarakty. Optická koherentní tomografie (OCT) se navíc v oční chirurgii široce používá pro vizualizaci podpovrchových struktur. Dokáže poskytovat průřezové snímky a překonávat tak omezení samotného mikroskopu, který kvůli frontálnímu pozorování nedokáže vidět jemné tkáně. Například Kapeller a kol. použili 4K-3D displej a tabletový počítač k automatickému stereoskopickému zobrazení diagramu efektu mikroskopicky integrované OCT (miOCT) (4D-miOCT). Na základě subjektivní zpětné vazby od uživatelů, kvantitativního hodnocení výkonu a různých kvantitativních měření prokázali proveditelnost použití 4K-3D displeje jako náhrady za 4D-miOCT na mikroskopu s bílým světlem. Lata a kol. ve své studii shromáždili případy 16 pacientů s vrozeným glaukomem doprovázeným býčím okem a pomocí mikroskopu s funkcí miOCT sledovali chirurgický proces v reálném čase. Vyhodnocením klíčových dat, jako jsou předoperační parametry, chirurgické detaily, pooperační komplikace, konečná zraková ostrost a tloušťka rohovky, nakonec prokázali, že miOCT může lékařům pomoci identifikovat tkáňové struktury, optimalizovat operace a snížit riziko komplikací během operace. Navzdory tomu, že se OCT postupně stává mocným pomocným nástrojem ve vitreoretinální chirurgii, zejména ve složitých případech a u nových chirurgických zákroků (jako je genová terapie), někteří lékaři se kvůli vysokým nákladům a dlouhé křivce učení ptají, zda může skutečně zlepšit klinickou efektivitu.

Otorinolaryngologie

Otorinolaryngologická chirurgie je dalším chirurgickým oborem, který využívá chirurgické mikroskopy. Vzhledem k přítomnosti hlubokých dutin a jemných struktur v obličejových rysech je pro chirurgické výsledky klíčové zvětšení a osvětlení. Ačkoli endoskopy mohou někdy poskytnout lepší pohled na úzké chirurgické oblasti,chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlišenímnabízejí vnímání hloubky, což umožňuje zvětšení úzkých anatomických oblastí, jako je kochley a dutiny, a pomáhá lékařům při léčbě stavů, jako je zánět středního ucha a nosní polypy. Například Dundar a kol. porovnávali účinky mikroskopických a endoskopických metod pro operaci třmínku při léčbě otosklerózy a shromáždili data od 84 pacientů s diagnostikovanou otosklerózou, kteří podstoupili operaci v letech 2010 až 2020. S využitím změny rozdílu ve vedení vzduch-kost před a po operaci jako ukazatele měření konečné výsledky ukázaly, že ačkoli obě metody měly podobné účinky na zlepšení sluchu, chirurgické mikroskopy se snáze ovládaly a měly kratší dobu učení. Podobně v prospektivní studii provedené Ashfaqem a kol. provedl výzkumný tým mikroskopicky asistovanou parotidektomii u 70 pacientů s nádory příušní žlázy v letech 2020 až 2023 se zaměřením na hodnocení role mikroskopů v identifikaci a ochraně lícního nervu. Výsledky ukázaly, že mikroskopy mají významné výhody ve zlepšení jasnosti operačního pole, přesné identifikaci hlavního kmene a větví lícního nervu, snížení nervové trakce a hemostázy, což z nich činí důležitý nástroj pro zvýšení míry zachování lícního nervu. Navíc, s rostoucí složitostí a přesností chirurgických zákroků, umožňuje integrace rozšířené reality (AR) a různých zobrazovacích režimů s chirurgickými mikroskopy chirurgům provádět operace pod zobrazovací kontrolou.

Neurochirurgie

Aplikace ultra vysokého rozlišeníchirurgické mikroskopy v neurochirurgiise posunul od tradičního optického pozorování k digitalizaci, rozšířené realitě (AR) a inteligentní asistenci. Například Draxinger a kol. využili mikroskop v kombinaci s vlastním vyvinutým systémem MHz-OCT, který poskytoval trojrozměrné obrazy s vysokým rozlišením prostřednictvím skenovací frekvence 1,6 MHz a úspěšně pomáhal chirurgům rozlišovat mezi nádory a zdravými tkáněmi v reálném čase a zvyšoval chirurgickou přesnost. Hafez a kol. porovnávali výkon tradičních mikroskopů a mikrochirurgického zobrazovacího systému s ultravysokým rozlišením (Exoscope) v experimentální cerebrovaskulární bypassové operaci a zjistili, že ačkoli mikroskop měl kratší dobu stehu (P<0,001), Exoscope si vedl lépe, pokud jde o rozložení stehů (P=0,001). Exoscope navíc poskytoval pohodlnější chirurgickou polohu a sdílené vidění, což nabízelo pedagogické výhody. Podobně Calloni a kol. porovnávali použití Exoscope a tradičních chirurgických mikroskopů při výcviku neurochirurgických rezidentů. Šestnáct rezidentů provedlo opakované úkoly rozpoznávání struktur na lebečních modelech s použitím obou zařízení. Výsledky ukázaly, že ačkoliv mezi oběma metodami nebyl zjištěn žádný významný rozdíl v celkové době operace, Exoscope si vedl lépe při identifikaci hlubokých struktur a většina účastníků jej vnímala jako intuitivnější a pohodlnější, s potenciálem stát se v budoucnu běžným přístrojem. Je zřejmé, že chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlišením, vybavené displeji s vysokým rozlišením 4K, mohou všem účastníkům poskytnout kvalitnější 3D chirurgické snímky, což usnadňuje chirurgickou komunikaci, přenos informací a zvyšuje efektivitu výuky.

Operace páteře

Ultra vysoké rozlišeníchirurgické mikroskopyhrají klíčovou roli v oblasti chirurgie páteře. Díky trojrozměrnému zobrazování s vysokým rozlišením umožňují chirurgům jasněji pozorovat složitou anatomickou strukturu páteře, včetně jemných částí, jako jsou nervy, cévy a kostní tkáně, čímž zvyšují přesnost a bezpečnost operace. Pokud jde o korekci skoliózy, chirurgické mikroskopy mohou zlepšit jasnost chirurgického vidění a jemnou manipulaci, což lékařům pomáhá přesně identifikovat nervové struktury a nemocné tkáně v úzkém páteřním kanálu, a tak bezpečně a efektivně provádět dekompresní a stabilizační procedury.

Sun a kol. porovnávali účinnost a bezpečnost mikroskopicky asistované přední krční chirurgie a tradiční otevřené chirurgie při léčbě osifikace zadního podélného vazu krční páteře. Šedesát pacientů bylo rozděleno do skupiny s mikroskopicky asistovanou operací (30 případů) a skupiny s tradiční chirurgií (30 případů). Výsledky ukázaly, že skupina s mikroskopicky asistovanou operací měla ve srovnání se skupinou s tradiční chirurgií lepší skóre intraoperační krevní ztráty, hospitalizace a pooperační bolesti a míra komplikací byla ve skupině s mikroskopicky asistovanou operací nižší. Podobně v případě spinální fúze Singhatanadgige a kol. porovnávali účinky aplikace ortopedických chirurgických mikroskopů a chirurgických lup při minimálně invazivní transforaminální lumbální fúzi. Studie zahrnovala 100 pacientů a neprokázala žádné významné rozdíly mezi oběma skupinami v úlevě od pooperační bolesti, funkčním zlepšení, zvětšení páteřního kanálu, rychlosti fúze a komplikacích, ale mikroskop poskytoval lepší zorné pole. Kromě toho se mikroskopy v kombinaci s technologií AR široce používají v chirurgii páteře. Například Carl a kol. zavedli technologii AR u 10 pacientů pomocí displeje chirurgického mikroskopu umístěného na hlavě. Výsledky ukázaly, že AR má velký potenciál pro využití v degenerativní chirurgii páteře, zejména ve složitých anatomických situacích a ve vzdělávání rezidentů.

 

Shrnutí a výhled

Ve srovnání s tradičními chirurgickými mikroskopy nabízejí chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlišením řadu výhod, včetně více možností zvětšení, stabilního a jasného osvětlení, přesných optických systémů, delších pracovních vzdáleností a ergonomických stabilních stojanů. Navíc jejich možnosti vizualizace s vysokým rozlišením, zejména integrace s různými zobrazovacími režimy a technologií AR, efektivně podporují operace s naváděním obrazu.

Navzdory četným výhodám chirurgických mikroskopů stále čelí značným výzvám. Vzhledem ke své objemnosti představují chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlišením určité provozní obtíže při přepravě mezi operačními sály a při intraoperačním polohování, což může nepříznivě ovlivnit kontinuitu a efektivitu chirurgických zákroků. V posledních letech byla konstrukční konstrukce mikroskopů výrazně optimalizována, přičemž jejich optické nosiče a válce binokulárních čoček podporují široký rozsah nastavení náklonu a rotace, což výrazně zvyšuje provozní flexibilitu zařízení a usnadňuje chirurgovi pozorování a operaci v přirozenější a pohodlnější poloze. Neustálý vývoj technologie nositelných displejů navíc poskytuje chirurgům ergonomičtější vizuální podporu během mikrochirurgických operací, což pomáhá zmírnit únavu z provozu a zlepšit chirurgickou přesnost a trvalou výkonnost chirurga. Vzhledem k absenci nosné konstrukce je však nutné časté přeostřování, což snižuje stabilitu technologie nositelných displejů ve srovnání s konvenčními chirurgickými mikroskopy. Dalším řešením je vývoj struktury zařízení směrem k miniaturizaci a modularizaci, aby se flexibilněji přizpůsobilo různým chirurgickým scénářům. Snížení objemu však často zahrnuje přesné obráběcí procesy a drahé integrované optické komponenty, což zvyšuje skutečné výrobní náklady na zařízení.

Další výzvou chirurgických mikroskopů s ultravysokým rozlišením jsou popáleniny kůže způsobené vysoce výkonným osvětlením. Aby bylo možné dosáhnout jasných vizuálních efektů, zejména v přítomnosti více pozorovatelů nebo kamer, musí zdroj světla vyzařovat silné světlo, které může popálit tkáň pacienta. Bylo hlášeno, že oftalmologické chirurgické mikroskopy mohou také způsobovat fototoxicitu povrchu oka a slzného filmu, což vede ke snížené funkci očních buněk. Proto je pro chirurgické mikroskopy obzvláště důležitá optimalizace řízení světla, úprava velikosti bodu a intenzity světla podle zvětšení a pracovní vzdálenosti. V budoucnu by optické zobrazování mohlo zavést technologie panoramatického zobrazování a trojrozměrné rekonstrukce, které by rozšířily zorné pole a přesně obnovily trojrozměrné uspořádání chirurgické oblasti. To lékařům umožní lépe porozumět celkové situaci chirurgické oblasti a vyhnout se promeškání důležitých informací. Panoramatické zobrazování a trojrozměrná rekonstrukce však zahrnují pořizování, registraci a rekonstrukci obrazů s vysokým rozlišením v reálném čase, což generuje obrovské množství dat. To klade extrémně vysoké nároky na efektivitu algoritmů pro zpracování obrazu, výpočetní výkon hardwaru a úložné systémy, zejména během operace, kde je výkon v reálném čase klíčový, což tuto výzvu činí ještě důležitější.

S rychlým rozvojem technologií, jako je lékařské zobrazování, umělá inteligence a výpočetní optika, prokázaly chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlišením velký potenciál ve zvyšování chirurgické přesnosti, bezpečnosti a provozních zkušeností. V budoucnu se chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlišením mohou dále rozvíjet v následujících čtyřech směrech: (1) Pokud jde o výrobu zařízení, miniaturizace a modularizace by měly být dosaženy s nižšími náklady, což umožní rozsáhlé klinické aplikace; (2) Vyvinout pokročilejší režimy řízení světla pro řešení problému poškození světlem způsobeného prodlouženou operací; (3) Navrhnout inteligentní pomocné algoritmy, které jsou přesné a zároveň lehké, aby splňovaly požadavky na výpočetní výkon zařízení; (4) Hluboce integrovat AR a robotické chirurgické systémy s cílem poskytnout podporu platformy pro vzdálenou spolupráci, přesný provoz a automatizované procesy. Stručně řečeno, chirurgické mikroskopy s ultravysokým rozlišením se vyvinou v komplexní chirurgický asistenční systém, který integruje vylepšení obrazu, inteligentní rozpoznávání a interaktivní zpětnou vazbu a pomůže tak vybudovat digitální ekosystém pro budoucí chirurgii.

Tento článek poskytuje přehled pokroku v běžných klíčových technologiích ultra-vysokorozlišovacích chirurgických mikroskopů se zaměřením na jejich aplikaci a vývoj v chirurgických postupech. Díky zlepšení rozlišení hrají ultra-vysokorozlišovací mikroskopy klíčovou roli v oblastech, jako je neurochirurgie, oftalmologie, otorinolaryngologie a spinální chirurgie. Zejména integrace intraoperační technologie přesné navigace do minimálně invazivních chirurgických zákroků zvýšila přesnost a bezpečnost těchto postupů. S výhledem do budoucna, s rozvojem umělé inteligence a robotických technologií, ultra-vysokorozlišovací mikroskopy nabídnou efektivnější a inteligentnější chirurgickou podporu, což podpoří pokrok v minimálně invazivních chirurgických zákrokech a vzdálené spolupráci, a tím dále zvýší chirurgickou bezpečnost a efektivitu.