Teknologiske fremskritt og kliniske anvendelser av ultrahøyoppløste kirurgiske mikroskoper

 

Kirurgiske mikroskoperspiller en ekstremt viktig rolle innen moderne medisinske felt, spesielt innen høypresisjonsfelt som nevrokirurgi, oftalmologi, øre-nese-hals-kirurgi og minimalt invasiv kirurgi, hvor de har blitt uunnværlig basisutstyr. Med høy forstørrelseskapasitet,Operasjonsmikroskopergir en detaljert visning, slik at kirurger kan observere detaljer som er usynlige for det blotte øye, som nervefibre, blodårer og vevslag, og dermed hjelpe leger med å unngå å skade friskt vev under operasjonen. Spesielt innen nevrokirurgi tillater mikroskopets høye forstørrelse presis lokalisering av svulster eller sykt vev, noe som sikrer klare reseksjonsmarginer og unngår skade på kritiske nerver, og dermed forbedrer kvaliteten på pasientenes postoperative rekonvalesens.

Tradisjonelle kirurgiske mikroskoper er vanligvis utstyrt med skjermsystemer med standard oppløsning, som er i stand til å gi tilstrekkelig visuell informasjon til å støtte komplekse kirurgiske behov. Med den raske utviklingen av medisinsk teknologi, spesielt gjennombrudd innen visuell teknologi, har imidlertid bildekvaliteten til kirurgiske mikroskoper gradvis blitt en viktig faktor for å forbedre kirurgisk presisjon. Sammenlignet med tradisjonelle kirurgiske mikroskoper kan ultrahøydefinisjonsmikroskoper presentere flere detaljer. Ved å introdusere skjerm- og bildesystemer med oppløsninger på 4K, 8K eller enda høyere, gjør ultrahøydefinisjonskirurgiske mikroskoper det mulig for kirurger å identifisere og manipulere små lesjoner og anatomiske strukturer mer nøyaktig, noe som forbedrer presisjonen og sikkerheten ved kirurgi betraktelig. Med kontinuerlig integrering av bildebehandlingsteknologi, kunstig intelligens og virtuell virkelighet forbedrer ultrahøydefinisjonskirurgiske mikroskoper ikke bare bildekvaliteten, men gir også mer intelligent støtte for kirurgi, noe som driver kirurgiske prosedyrer mot høyere presisjon og lavere risiko.

 

Klinisk anvendelse av ultra-HD-mikroskop

Med den kontinuerlige innovasjonen innen bildebehandlingsteknologi spiller ultrahøydefinisjonsmikroskoper gradvis en sentral rolle i kliniske applikasjoner, takket være deres ekstremt høye oppløsning, utmerkede bildekvalitet og dynamiske observasjonsmuligheter i sanntid.

Oftalmologi

Oftalmisk kirurgi krever presis operasjon, noe som stiller høye tekniske standarder foroftalmiske kirurgiske mikroskoperFor eksempel, ved femtosekund lasersnitt i hornhinnen, kan det kirurgiske mikroskopet gi høy forstørrelse for å observere det fremre kammeret, det sentrale snittet i øyeeplet og kontrollere snittets plassering. I oftalmisk kirurgi er belysning avgjørende. Mikroskopet gir ikke bare optimale visuelle effekter med lavere lysintensitet, men produserer også en spesiell rød lysrefleksjon, som hjelper til i hele kataraktkirurgiprosessen. Videre er optisk koherenstomografi (OCT) mye brukt i oftalmisk kirurgi for visualisering under overflaten. Det kan gi tverrsnittsbilder, og overvinne begrensningen til selve mikroskopet, som ikke kan se fint vev på grunn av frontal observasjon. For eksempel brukte Kapeller et al. en 4K-3D-skjerm og et nettbrett for automatisk å stereoskopisk vise effektdiagrammet til mikroskopintegrert OCT (miOCT) (4D-miOCT). Basert på brukerens subjektive tilbakemeldinger, kvantitativ ytelsesevaluering og ulike kvantitative målinger, demonstrerte de muligheten for å bruke en 4K-3D-skjerm som en erstatning for 4D-miOCT på et hvitt lysmikroskop. I tillegg brukte Lata et al.s studie et mikroskop med miOCT-funksjon for å observere den kirurgiske prosessen i sanntid ved å samle inn tilfeller av 16 pasienter med medfødt glaukom ledsaget av blink. Ved å evaluere viktige data som preoperative parametere, kirurgiske detaljer, postoperative komplikasjoner, endelig synsskarphet og hornhinnetykkelse, viste de til slutt at miOCT kan hjelpe leger med å identifisere vevsstrukturer, optimalisere operasjoner og redusere risikoen for komplikasjoner under operasjonen. Til tross for at OCT gradvis har blitt et kraftig hjelpeverktøy i vitreoretinal kirurgi, spesielt i komplekse tilfeller og nye operasjoner (som genterapi), stiller noen leger spørsmål ved om det virkelig kan forbedre klinisk effektivitet på grunn av de høye kostnadene og den lange læringskurven.

Øre-nese-hals-behandling

Øre-nese-hals-kirurgi er et annet kirurgisk felt som bruker kirurgiske mikroskoper. På grunn av dype hulrom og delikate strukturer i ansiktstrekkene, er forstørrelse og belysning avgjørende for kirurgiske resultater. Selv om endoskoper noen ganger kan gi bedre oversikt over smale kirurgiske områder,ultra-HD kirurgiske mikroskopertilbyr dybdesyn, noe som muliggjør forstørrelse av smale anatomiske områder som sneglehuset og bihulene, og hjelper leger med å behandle tilstander som mellomørebetennelse og nesepolypper. For eksempel sammenlignet Dundar et al. effektene av mikroskop- og endoskopmetoder for stigbøylekirurgi i behandlingen av otosklerose, og samlet inn data fra 84 pasienter diagnostisert med otosklerose som gjennomgikk kirurgi mellom 2010 og 2020. Ved å bruke endringen i luft-beinledningsforskjell før og etter operasjonen som måleindikator, viste de endelige resultatene at selv om begge metodene hadde lignende effekter på hørselsforbedring, var kirurgiske mikroskop enklere å betjene og hadde en kortere læringskurve. På samme måte, i en prospektiv studie utført av Ashfaq et al., utførte forskerteamet mikroskopassistert parotidektomi på 70 pasienter med svulster i ørespyttkjertlene mellom 2020 og 2023, med fokus på å evaluere mikroskopenes rolle i identifisering og beskyttelse av ansiktsnerver. Resultatene indikerte at mikroskoper hadde betydelige fordeler med å forbedre klarheten i det kirurgiske feltet, nøyaktig identifisere hovedstammen og grenene til ansiktsnerven, redusere nervestraksjon og hemostase, noe som gjorde dem til et viktig verktøy for å forbedre bevaringsraten for ansiktsnerven. Etter hvert som operasjoner blir stadig mer komplekse og presise, gjør integreringen av AR og ulike avbildningsmoduser med kirurgiske mikroskoper det dessuten mulig for kirurger å utføre bildestyrte operasjoner.

Nevrokirurgi

Bruken av ultra-høy definisjonkirurgiske mikroskoper i nevrokirurgihar gått over fra tradisjonell optisk observasjon til digitalisering, utvidet virkelighet (AR) og intelligent assistanse. For eksempel brukte Draxinger et al. et mikroskop kombinert med et egenutviklet MHz-OCT-system, som ga høyoppløselige tredimensjonale bilder gjennom en skannefrekvens på 1,6 MHz, og hjalp kirurger med å skille mellom svulster og friskt vev i sanntid og forbedret kirurgisk presisjon. Hafez et al. sammenlignet ytelsen til tradisjonelle mikroskoper og det ultra-høy-definisjons mikrokirurgiske avbildningssystemet (Exoscope) i eksperimentell cerebrovaskulær bypass-kirurgi, og fant at selv om mikroskopet hadde kortere suturtider (P < 0,001), presterte Exoscope bedre når det gjaldt suturfordeling (P = 0,001). I tillegg ga Exoscope en mer komfortabel kirurgisk holdning og delt syn, noe som ga pedagogiske fordeler. På samme måte sammenlignet Calloni et al. bruken av Exoscope og tradisjonelle kirurgiske mikroskoper i opplæringen av nevrokirurgiske spesialister. Seksten spesialister utførte repeterende strukturelle gjenkjenningsoppgaver på kraniemodeller ved hjelp av begge enhetene. Resultatene viste at selv om det ikke var noen signifikant forskjell i total operasjonstid mellom de to, presterte Exoscope bedre i å identifisere dype strukturer og ble oppfattet som mer intuitivt og komfortabelt av de fleste deltakerne, med potensial til å bli vanlig i fremtiden. Kirurgiske mikroskoper med ultrahøy oppløsning, utstyrt med 4K HD-skjermer, kan tydeligvis gi alle deltakere kirurgiske 3D-bilder av bedre kvalitet, noe som letter kirurgisk kommunikasjon, informasjonsoverføring og forbedrer undervisningseffektiviteten.

Ryggmargskirurgi

Ultrahøy oppløsningkirurgiske mikroskoperspiller en sentral rolle innen spinalkirurgi. Ved å tilby høyoppløselig tredimensjonal avbildning, gjør de det mulig for kirurger å observere den komplekse anatomiske strukturen i ryggraden tydeligere, inkludert subtile deler som nerver, blodårer og beinvev, og dermed forbedre presisjonen og sikkerheten ved kirurgi. Når det gjelder skoliosekorreksjon, kan kirurgiske mikroskoper forbedre klarheten i kirurgisk syn og finmanipulasjonsevnen, noe som hjelper leger med å nøyaktig identifisere nevrale strukturer og sykt vev i den smale spinalkanalen, og dermed fullføre dekompresjons- og stabiliseringsprosedyrer på en sikker og effektiv måte.

Sun et al. sammenlignet effekten og sikkerheten til mikroskopassistert fremre cervikal kirurgi og tradisjonell åpen kirurgi i behandlingen av ossifikasjon av det bakre longitudinale ligamentet i nakkesøylen. Seksti pasienter ble delt inn i den mikroskopassisterte gruppen (30 tilfeller) og den tradisjonelle kirurgigruppen (30 tilfeller). Resultatene viste at den mikroskopassisterte gruppen hadde bedre score på intraoperativt blodtap, sykehusopphold og postoperativ smerte sammenlignet med den tradisjonelle kirurgigruppen, og komplikasjonsraten var lavere i den mikroskopassisterte gruppen. Tilsvarende sammenlignet Singhatanadgige et al. i spinalfusjonskirurgi brukseffektene av ortopediske kirurgiske mikroskoper og kirurgiske forstørrelsesglass ved minimalt invasiv transforaminal lumbal fusjon. Studien inkluderte 100 pasienter og viste ingen signifikante forskjeller mellom de to gruppene i postoperativ smertelindring, funksjonell forbedring, forstørrelse av spinalkanalen, fusjonsrate og komplikasjoner, men mikroskopet ga et bedre synsfelt. I tillegg er mikroskop kombinert med AR-teknologi mye brukt i spinalkirurgi. For eksempel etablerte Carl et al. AR-teknologi hos 10 pasienter ved hjelp av den hodemonterte skjermen til et kirurgisk mikroskop. Resultatene viste at AR har stort potensial for anvendelse i spinal degenerativ kirurgi, spesielt i komplekse anatomiske situasjoner og opplæring av leger.

 

Sammendrag og fremtidsutsikter

Sammenlignet med tradisjonelle kirurgiske mikroskoper tilbyr ultra-HD-kirurgiske mikroskoper en rekke fordeler, inkludert flere forstørrelsesalternativer, stabil og lyssterk belysning, presise optiske systemer, lengre arbeidsavstander og ergonomiske stabile stativ. Dessuten støtter deres høyoppløselige visualiseringsalternativer, spesielt integrasjonen med ulike bildemoduser og AR-teknologi, effektivt bildestyrte operasjoner.

Til tross for de mange fordelene med kirurgiske mikroskoper, står de fortsatt overfor betydelige utfordringer. På grunn av sin store størrelse, byr ultra-HD-kirurgiske mikroskoper på visse driftsvansker under transport mellom operasjonsstuer og intraoperativ posisjonering, noe som kan påvirke kontinuiteten og effektiviteten til kirurgiske prosedyrer negativt. I de senere årene har den strukturelle utformingen av mikroskoper blitt betydelig optimalisert, med deres optiske bærere og binokulære linsehylser som støtter et bredt spekter av vippe- og rotasjonsjusteringer, noe som forbedrer utstyrets operasjonelle fleksibilitet betraktelig og letter kirurgens observasjon og operasjon i en mer naturlig og komfortabel stilling. Videre gir den kontinuerlige utviklingen av bærbar skjermteknologi kirurger mer ergonomisk visuell støtte under mikrokirurgiske operasjoner, noe som bidrar til å lindre operasjonell tretthet og forbedre kirurgisk presisjon og kirurgens vedvarende ytelsesevne. På grunn av mangelen på en støttende struktur er det imidlertid nødvendig med hyppig refokusering, noe som gjør stabiliteten til bærbar skjermteknologi dårligere enn konvensjonelle kirurgiske mikroskoper. En annen løsning er utviklingen av utstyrsstrukturen mot miniatyrisering og modularisering for å tilpasse seg mer fleksibelt til ulike kirurgiske scenarier. Volumreduksjon innebærer imidlertid ofte presisjonsbearbeidingsprosesser og dyre integrerte optiske komponenter, noe som gjør den faktiske produksjonskostnaden for utstyret dyr.

En annen utfordring med ultra-HD kirurgiske mikroskoper er hudforbrenninger forårsaket av høyeffektsbelysning. For å gi klare visuelle effekter, spesielt i nærvær av flere observatører eller kameraer, må lyskilden avgi sterkt lys, noe som kan brenne pasientens vev. Det har blitt rapportert at oftalmiske kirurgiske mikroskoper også kan forårsake fototoksisitet på øyeoverflaten og tårefilmen, noe som fører til redusert okulær cellefunksjon. Derfor er det spesielt viktig for kirurgiske mikroskoper å optimalisere lysstyringen, justere punktstørrelsen og lysintensiteten i henhold til forstørrelse og arbeidsavstand. I fremtiden kan optisk avbildning introdusere panoramaavbildning og tredimensjonal rekonstruksjonsteknologi for å utvide synsfeltet og nøyaktig gjenopprette den tredimensjonale utformingen av det kirurgiske området. Dette vil gjøre det mulig for leger å bedre forstå den generelle situasjonen i det kirurgiske området og unngå å gå glipp av viktig informasjon. Panoramaavbildning og tredimensjonal rekonstruksjon involverer imidlertid sanntidsopptak, registrering og rekonstruksjon av bilder med høy oppløsning, noe som genererer enorme mengder data. Dette stiller ekstremt høye krav til effektiviteten til bildebehandlingsalgoritmer, maskinvaredatakraft og lagringssystemer, spesielt under kirurgi der sanntidsytelse er avgjørende, noe som gjør denne utfordringen enda mer fremtredende.

Med den raske utviklingen av teknologier som medisinsk avbildning, kunstig intelligens og beregningsoptikk, har ultra-HD kirurgiske mikroskop vist et stort potensial for å forbedre kirurgisk presisjon, sikkerhet og driftserfaring. I fremtiden kan ultra-HD kirurgiske mikroskop fortsette å utvikle seg i følgende fire retninger: (1) Når det gjelder utstyrsproduksjon, bør miniatyrisering og modularisering oppnås til lavere kostnader, noe som gjør storskala klinisk anvendelse mulig; (2) Utvikle mer avanserte lysstyringsmoduser for å løse problemet med lysskader forårsaket av langvarig kirurgi; (3) Designe intelligente hjelpealgoritmer som er både presise og lette for å oppfylle kravene til beregningsytelse for utstyret; (4) Dypt integrere AR og robotkirurgiske systemer for å gi plattformstøtte for fjernsamarbeid, presis drift og automatiserte prosesser. Oppsummert vil ultra-HD kirurgiske mikroskop utvikle seg til et omfattende kirurgisk assistansesystem som integrerer bildeforbedring, intelligent gjenkjenning og interaktiv tilbakemelding, og bidra til å bygge et digitalt økosystem for fremtidig kirurgi.

Denne artikkelen gir en oversikt over fremskrittene innen vanlige nøkkelteknologier for ultrahøydefinisjonskirurgiske mikroskoper, med fokus på deres anvendelse og utvikling i kirurgiske prosedyrer. Med forbedret oppløsning spiller ultrahøydefinisjonsmikroskoper en sentral rolle innen felt som nevrokirurgi, oftalmologi, øre-nese-hals-kirurgi og ryggkirurgi. Spesielt integreringen av intraoperativ presisjonsnavigasjonsteknologi i minimalt invasive operasjoner har økt presisjonen og sikkerheten til disse prosedyrene. Når vi ser fremover, etter hvert som kunstig intelligens og robotteknologi utvikler seg, vil ultrahøydefinisjonsmikroskoper tilby mer effektiv og intelligent kirurgisk støtte, noe som driver frem utviklingen av minimalt invasive operasjoner og fjernsamarbeid, og dermed ytterligere øke kirurgisk sikkerhet og effektivitet.