Utviklingen av optisk avbildning i videobaserte kirurgiske mikroskoper

Innen medisin er kirurgi utvilsomt den viktigste behandlingsmetoden for de aller fleste sykdommer, og spiller spesielt en avgjørende rolle i tidlig behandling av kreft. Nøkkelen til suksess for en kirurgs operasjon ligger i den klare visualiseringen av det patologiske snittet etter disseksjon.Kirurgiske mikroskoperhar blitt mye brukt i medisinsk kirurgi på grunn av deres sterke tredimensjonale sans, høye definisjon og høye oppløsning. Den anatomiske strukturen til den patologiske delen er imidlertid intrikat og kompleks, og de fleste av dem ligger inntil viktige organvev. Strukturene fra millimeter til mikrometer har langt overskredet området som kan observeres av det menneskelige øyet. I tillegg er det vaskulære vevet i menneskekroppen smalt og overfylt, og belysningen er utilstrekkelig. Ethvert lite avvik kan forårsake skade på pasienten, påvirke den kirurgiske effekten og til og med sette liv i fare. Derfor er forskning og utviklingDriftmikroskopermed tilstrekkelig forstørrelse og klare visuelle bilder er et tema som forskere fortsetter å utforske i dybden.

Digitale teknologier som bilde og video, informasjonsoverføring og fotografisk opptak kommer for tiden inn i mikrokirurgifeltet med nye fordeler. Disse teknologiene påvirker ikke bare menneskers livsstil betydelig, men integreres også gradvis i mikrokirurgifeltet. HD-skjermer, kameraer osv. kan effektivt oppfylle dagens krav til kirurgisk nøyaktighet. Videosystemer med CCD, CMOS og andre bildesensorer som mottakerflater har gradvis blitt brukt i kirurgiske mikroskoper. Videokirurgiske mikroskoperer svært fleksible og praktiske for leger å betjene. Innføringen av avansert teknologi som navigasjonssystem, 3D-skjerm, HD-bildekvalitet, utvidet virkelighet (AR) osv., som muliggjør deling av visninger mellom flere personer under den kirurgiske prosessen, hjelper leger ytterligere med å utføre intraoperative operasjoner bedre.

Optisk avbildning i mikroskop er den viktigste faktoren for mikroskopets avbildningskvalitet. Den optiske avbildningen til videokirurgiske mikroskoper har unike designfunksjoner, ved bruk av avanserte optiske komponenter og avbildningsteknologier som CMOS- eller CCD-sensorer med høy oppløsning og høy kontrast, samt viktige teknologier som optisk zoom og optisk kompensasjon. Disse teknologiene forbedrer effektivt bildeklarheten og kvaliteten til mikroskoper, og gir god visuell sikkerhet for kirurgiske operasjoner. Ved å kombinere optisk avbildningsteknologi med digital prosessering har man dessuten oppnådd dynamisk avbildning i sanntid og 3D-rekonstruksjon, noe som gir kirurger en mer intuitiv visuell opplevelse. For å forbedre den optiske avbildningskvaliteten til videokirurgiske mikroskoper ytterligere, utforsker forskere stadig nye optiske avbildningsmetoder, som fluorescensavbildning, polarisasjonsavbildning, multispektral avbildning, etc., for å forbedre bildeoppløsningen og dybden til mikroskoper. Bruk av kunstig intelligens-teknologi for etterbehandling av optiske bildedata for å forbedre bildeklarhet og kontrast.

Ved tidlige kirurgiske inngrep,kikkertmikroskoperble hovedsakelig brukt som hjelpeverktøy. Et kikkertmikroskop er et instrument som bruker prismer og linser for å oppnå stereoskopisk syn. Det kan gi dybdesyn og stereoskopisk syn som monokulære mikroskop ikke har. På midten av 1900-tallet var von Zehender pioner innen bruk av kikkertforstørrelsesglass i medisinske oftalmiske undersøkelser. Deretter introduserte Zeiss et kikkertforstørrelsesglass med en arbeidsavstand på 25 cm, og la dermed grunnlaget for utviklingen av moderne mikrokirurgi. Når det gjelder optisk avbildning av kikkertkirurgiske mikroskoper, var arbeidsavstanden til tidlige kikkertmikroskoper 75 mm. Med utviklingen og innovasjonen av medisinske instrumenter ble det første kirurgiske mikroskopet OPMI1 introdusert, og arbeidsavstanden kan nå 405 mm. Forstørrelsen øker også stadig, og forstørrelsesmulighetene øker stadig. Med den kontinuerlige utviklingen av kikkertmikroskoper har deres fordeler som levende stereoskopisk effekt, høy klarhet og lang arbeidsavstand gjort kikkertkirurgiske mikroskoper mye brukt i ulike avdelinger. Begrensningen av den store størrelsen og den lille dybden kan imidlertid ikke ignoreres, og medisinsk personell må ofte kalibrere og fokusere under operasjonen, noe som øker vanskelighetsgraden ved operasjonen. I tillegg øker ikke bare kirurger som fokuserer på observasjon og operasjon med visuelle instrumenter over lengre tid sin fysiske belastning, men overholder heller ikke ergonomiske prinsipper. Leger må opprettholde en fast holdning for å utføre kirurgiske undersøkelser på pasienter, og manuelle justeringer er også nødvendig, noe som til en viss grad øker vanskelighetsgraden ved kirurgiske operasjoner.

Etter 1990-tallet begynte kamerasystemer og bildesensorer gradvis å integreres i kirurgisk praksis, noe som viste et betydelig anvendelsespotensial. I 1991 utviklet Berci innovativt et videosystem for å visualisere kirurgiske områder, med et justerbart arbeidsavstandsområde på 150–500 mm og observerbare objektdiametre fra 15–25 mm, samtidig som en dybdeskarphet mellom 10–20 mm ble opprettholdt. Selv om de høye vedlikeholdskostnadene for linser og kameraer på den tiden begrenset den utbredte bruken av denne teknologien på mange sykehus, fortsatte forskere å forfølge teknologisk innovasjon og begynte å utvikle mer avanserte videobaserte kirurgiske mikroskoper. Sammenlignet med binokulære kirurgiske mikroskoper, som krever lang tid for å opprettholde denne uendrede arbeidsmodusen, kan det lett føre til fysisk og mental tretthet. Videobaserte kirurgiske mikroskoper projiserer det forstørrede bildet på skjermen, og unngår langvarig dårlig holdning for kirurgen. Videobaserte kirurgiske mikroskoper frigjør leger fra en enkelt stilling, slik at de kan operere på anatomiske steder gjennom HD-skjermer.

I de senere årene, med den raske utviklingen av kunstig intelligens-teknologi, har kirurgiske mikroskoper gradvis blitt intelligente, og videobaserte kirurgiske mikroskoper har blitt vanlige produkter på markedet. Dagens videobaserte kirurgiske mikroskop kombinerer datasyn og dyp læringsteknologi for å oppnå automatisert bildegjenkjenning, segmentering og analyse. Under den kirurgiske prosessen kan intelligente videobaserte kirurgiske mikroskoper hjelpe leger med raskt å finne sykt vev og forbedre kirurgisk nøyaktighet.

I utviklingsprosessen fra kikkertmikroskop til videobaserte kirurgiske mikroskop er det ikke vanskelig å oppdage at kravene til nøyaktighet, effektivitet og sikkerhet i kirurgi øker dag for dag. For tiden er etterspørselen etter optisk avbildning av kirurgiske mikroskoper ikke begrenset til forstørrelse av patologiske deler, men blir stadig mer diversifisert og effektiv. Innen klinisk medisin er kirurgiske mikroskop mye brukt i nevrologiske og spinalkirurgiske operasjoner gjennom fluorescensmoduler integrert med utvidet virkelighet. AR-navigasjonssystemer kan legge til rette for kompleks kikkhullskirurgi i spinalregionen, og fluorescerende midler kan veilede leger til å fjerne hjernesvulster fullstendig. I tillegg har forskere oppnådd automatisk deteksjon av stemmebåndspolypper og leukoplakier ved hjelp av et hyperspektral kirurgisk mikroskop kombinert med bildeklassifiseringsalgoritmer. Videokirurgiske mikroskop har blitt mye brukt i ulike kirurgiske felt som tyreoidektomi, netthinnekirurgi og lymfekirurgi ved å kombinere med fluorescensavbildning, multispektral avbildning og intelligent bildebehandlingsteknologi.

Sammenlignet med kikkertbaserte kirurgiske mikroskoper kan videomikroskoper gi videodeling med flere brukere, HD-kirurgiske bilder og er mer ergonomiske, noe som reduserer tretthet hos leger. Utviklingen av optisk avbildning, digitalisering og intelligens har forbedret ytelsen til optiske systemer for kirurgiske mikroskoper betraktelig, og dynamisk avbildning i sanntid, utvidet virkelighet og andre teknologier har utvidet funksjonene og modulene til videobaserte kirurgiske mikroskoper betraktelig.

Den optiske avbildningen av fremtidige videobaserte kirurgiske mikroskoper vil være mer presis, effektiv og intelligent, og gi leger mer omfattende, detaljert og tredimensjonal pasientinformasjon for å bedre veilede kirurgiske operasjoner. Samtidig, med kontinuerlig teknologisk utvikling og utvidelse av bruksområder, vil dette systemet også bli brukt og utviklet på flere felt.