Vývoj optického zobrazování v chirurgických mikroskopech založených na videu

V oblasti medicíny je chirurgie nepochybně základním prostředkem léčby naprosté většiny onemocnění, zejména hraje klíčovou roli v včasné léčbě rakoviny. Klíčem k úspěchu chirurgického zákroku je jasná vizualizace patologického řezu po disekci.Chirurgické mikroskopyDíky silnému smyslu pro trojrozměrnost, vysokému rozlišení a ostrosti se široce používají v lékařské chirurgii. Anatomická struktura patologické části je však složitá a komplexní a většina z nich sousedí s důležitými orgánovými tkáněmi. Milimetrové až mikrometrové struktury daleko překračují rozsah, který může pozorovat lidské oko. Cévní tkáň v lidském těle je navíc úzká a přeplněná a osvětlení je nedostatečné. Jakákoli malá odchylka může pacientovi ublížit, ovlivnit chirurgický účinek a dokonce ohrozit život. Proto se výzkum a vývoj...Provoznímikroskopys dostatečným zvětšením a jasným vizuálním obrazem je téma, které vědci nadále do hloubky zkoumají.

V současné době vstupují do oblasti mikrochirurgie digitální technologie, jako je obraz a video, přenos informací a fotografický záznam, s novými výhodami. Tyto technologie nejen hluboce ovlivňují lidský životní styl, ale také se postupně integrují do oblasti mikrochirurgie. Displeje s vysokým rozlišením, kamery atd. mohou efektivně splňovat současné požadavky na chirurgickou přesnost. Videosystémy s CCD, CMOS a dalšími obrazovými senzory jako přijímacími plochami se postupně používají i v chirurgických mikroskopech. Videochirurgické mikroskopyjsou vysoce flexibilní a pro lékaře pohodlné na ovládání. Zavedení pokročilých technologií, jako je navigační systém, 3D zobrazení, obraz ve vysokém rozlišení, rozšířená realita (AR) atd., které umožňují sdílení pohledu více osob během chirurgického procesu, dále pomáhá lékařům lépe provádět intraoperační operace.

Optické zobrazování mikroskopu je hlavním určujícím faktorem kvality mikroskopického obrazu. Optické zobrazování videochirurgických mikroskopů má jedinečné konstrukční prvky, využívá pokročilé optické komponenty a zobrazovací technologie, jako jsou CMOS nebo CCD senzory s vysokým rozlišením a vysokým kontrastem, a také klíčové technologie, jako je optický zoom a optická kompenzace. Tyto technologie účinně zlepšují jasnost a kvalitu obrazu mikroskopů a poskytují dobrou vizuální jistotu pro chirurgické operace. Kombinací technologie optického zobrazování s digitálním zpracováním bylo navíc dosaženo dynamického zobrazování v reálném čase a 3D rekonstrukce, což chirurgům poskytuje intuitivnější vizuální zážitek. Za účelem dalšího zlepšení kvality optického zobrazování videochirurgických mikroskopů vědci neustále zkoumají nové metody optického zobrazování, jako je fluorescenční zobrazování, polarizační zobrazování, multispektrální zobrazování atd., aby se zvýšilo rozlišení a hloubka obrazu mikroskopů. Pro následné zpracování optických obrazových dat se využívá technologie umělé inteligence pro zvýšení jasnosti a kontrastu obrazu.

V raných chirurgických zákrocích,binokulární mikroskopysloužily hlavně jako pomocné nástroje. Binokulární mikroskop je přístroj, který využívá hranoly a čočky k dosažení stereoskopického vidění. Dokáže poskytnout vnímání hloubky a stereoskopické vidění, které monokulární mikroskopy nemají. V polovině 20. století byl von Zehender průkopníkem v aplikaci binokulárních lup při lékařských očních vyšetřeních. Následně společnost Zeiss představila binokulární lupu s pracovní vzdáleností 25 cm, čímž položila základy pro rozvoj moderní mikrochirurgie. Pokud jde o optické zobrazování binokulárních chirurgických mikroskopů, pracovní vzdálenost raných binokulárních mikroskopů byla 75 mm. S vývojem a inovací lékařských nástrojů byl představen první chirurgický mikroskop OPMI1, jehož pracovní vzdálenost mohla dosáhnout 405 mm. Zvětšení se také neustále zvyšuje a možnosti zvětšení se neustále rozšiřují. S neustálým pokrokem v binokulárních mikroskopech se jejich výhody, jako je živý stereoskopický efekt, vysoká jasnost a dlouhá pracovní vzdálenost, staly binokulárními chirurgickými mikroskopy široce používanými v různých odděleních. Nelze však ignorovat omezení jeho velké velikosti a malé hloubky a zdravotnický personál musí během operace často kalibrovat a zaostřovat, což zvyšuje obtížnost operace. Kromě toho chirurgové, kteří se dlouhodobě zaměřují na vizuální pozorování a obsluhu nástrojů, nejen zvyšují svou fyzickou zátěž, ale také nedodržují ergonomické zásady. Lékaři musí při provádění chirurgických vyšetření pacientů udržovat pevnou polohu a jsou také nutné manuální úpravy, což do jisté míry zvyšuje obtížnost chirurgických operací.

Po 90. letech 20. století se kamerové systémy a obrazové senzory začaly postupně integrovat do chirurgické praxe a prokázaly značný aplikační potenciál. V roce 1991 Berci inovativně vyvinul videosystém pro vizualizaci chirurgických oblastí s nastavitelným rozsahem pracovní vzdálenosti 150–500 mm a průměrem pozorovatelných objektů v rozmezí 15–25 mm, přičemž se zachovala hloubka ostrosti mezi 10–20 mm. Přestože vysoké náklady na údržbu objektivů a kamer v té době omezovaly široké využití této technologie v mnoha nemocnicích, vědci pokračovali v technologických inovacích a začali vyvíjet pokročilejší chirurgické mikroskopy založené na videu. Ve srovnání s binokulárními chirurgickými mikroskopy, které vyžadují dlouhou dobu k udržení tohoto nezměněného pracovního režimu, může to snadno vést k fyzické a psychické únavě. Chirurgický mikroskop s videem promítá zvětšený obraz na monitor, čímž se zabrání dlouhodobému špatnému držení těla chirurga. Chirurgické mikroskopy založené na videu osvobozují lékaře od jednoho držení těla a umožňují jim operovat na anatomických místech prostřednictvím obrazovek s vysokým rozlišením.

V posledních letech se s rychlým rozvojem technologie umělé inteligence chirurgické mikroskopy postupně staly inteligentními a chirurgické mikroskopy s videozáznamem se staly běžnými produkty na trhu. Současný chirurgický mikroskop s videozáznamem kombinuje technologie počítačového vidění a hlubokého učení k dosažení automatizovaného rozpoznávání, segmentace a analýzy obrazu. Během chirurgického procesu mohou inteligentní chirurgické mikroskopy s videozáznamem pomoci lékařům rychle lokalizovat nemocné tkáně a zlepšit chirurgickou přesnost.

V procesu vývoje od binokulárních mikroskopů k video chirurgickým mikroskopům není těžké zjistit, že požadavky na přesnost, efektivitu a bezpečnost v chirurgii den ode dne rostou. V současné době se poptávka po optickém zobrazování chirurgických mikroskopů neomezuje pouze na zvětšování patologických částí, ale je stále diverzifikovanější a efektivnější. V klinické medicíně se chirurgické mikroskopy široce používají v neurologických a spinálních chirurgiích prostřednictvím fluorescenčních modulů integrovaných s rozšířenou realitou. Navigační systém AR může usnadnit komplexní operace páteře a fluorescenční činidla mohou lékařům pomoci k úplnému odstranění mozkových nádorů. Kromě toho se vědcům úspěšně podařilo dosáhnout automatické detekce polypů hlasivek a leukoplakie pomocí hyperspektrálního chirurgického mikroskopu v kombinaci s algoritmy pro klasifikaci obrazu. Video chirurgické mikroskopy se široce používají v různých chirurgických oborech, jako je tyreoidektomie, chirurgie sítnice a lymfatická chirurgie, a to v kombinaci s fluorescenčním zobrazováním, multispektrálním zobrazováním a technologiemi inteligentního zpracování obrazu.

Ve srovnání s binokulárními chirurgickými mikroskopy mohou videomikroskopy poskytovat sdílení videa s více uživateli, chirurgické snímky ve vysokém rozlišení a jsou ergonomičtější, což snižuje únavu lékařů. Rozvoj optického zobrazování, digitalizace a inteligence výrazně zlepšil výkon optických systémů chirurgických mikroskopů a dynamické zobrazování v reálném čase, rozšířená realita a další technologie výrazně rozšířily funkce a moduly chirurgických mikroskopů založených na videu.

Optické zobrazování budoucích chirurgických mikroskopů založených na videu bude přesnější, efektivnější a inteligentnější a lékařům poskytne komplexnější, podrobnější a trojrozměrné informace o pacientovi pro lepší vedení chirurgických operací. S neustálým pokrokem technologií a rozšiřováním oblastí použití bude tento systém uplatňován a rozvíjen i v dalších oblastech.