Itin didelės raiškos chirurginių mikroskopų technologinė pažanga ir klinikinis pritaikymas

 

Chirurginiai mikroskopaivaidina itin svarbų vaidmenį šiuolaikinėse medicinos srityse, ypač didelio tikslumo srityse, tokiose kaip neurochirurgija, oftalmologija, otolaringologija ir minimaliai invazinė chirurgija, kur jie tapo nepakeičiama pagrindine įranga. Turėdami dideles didinimo galimybes,Operaciniai mikroskopaisuteikia išsamų vaizdą, leidžiantį chirurgams stebėti plika akimi nematomas detales, tokias kaip nervinės skaidulos, kraujagyslės ir audinių sluoksniai, taip padedant gydytojams išvengti sveikų audinių pažeidimo operacijos metu. Ypač neurochirurgijoje didelis mikroskopo didinimas leidžia tiksliai lokalizuoti navikus ar pažeistus audinius, užtikrinant aiškias rezekcijos ribas ir išvengiant kritinių nervų pažeidimo, taip pagerinant pacientų pooperacinio atsigavimo kokybę.

Tradiciniai chirurginiai mikroskopai paprastai turi standartinės skiriamosios gebos ekranų sistemas, galinčias pateikti pakankamai vaizdinės informacijos sudėtingiems chirurginiams poreikiams patenkinti. Tačiau sparčiai tobulėjant medicinos technologijoms, ypač vizualinių technologijų srityje, chirurginių mikroskopų vaizdo kokybė palaipsniui tapo svarbiu veiksniu, gerinančiu chirurginį tikslumą. Palyginti su tradiciniais chirurginiais mikroskopais, itin didelės raiškos mikroskopai gali pateikti daugiau detalių. Įdiegus 4K, 8K ar net didesnės skiriamosios gebos ekranų ir vaizdo sistemas, itin didelės raiškos chirurginiai mikroskopai leidžia chirurgams tiksliau identifikuoti ir manipuliuoti smulkiais pažeidimais ir anatominėmis struktūromis, o tai labai padidina chirurgijos tikslumą ir saugumą. Nuolat integruojant vaizdo apdorojimo technologijas, dirbtinį intelektą ir virtualią realybę, itin didelės raiškos chirurginiai mikroskopai ne tik pagerina vaizdo kokybę, bet ir suteikia išmanesnę chirurginę pagalbą, skatindami chirurgines procedūras siekti didesnio tikslumo ir mažesnės rizikos.

 

Klinikinis itin didelės raiškos mikroskopo pritaikymas

Nuolat tobulėjant vaizdo gavimo technologijoms, itin didelės raiškos mikroskopai pamažu vaidina svarbų vaidmenį klinikiniuose taikymuose dėl itin didelės skiriamosios gebos, puikios vaizdo kokybės ir realaus laiko dinaminio stebėjimo galimybių.

Oftalmologija

Oftalmologinė chirurgija reikalauja tikslios operacijos, kuriai keliami aukšti techniniai standartai.oftalmologiniai chirurginiai mikroskopaiPavyzdžiui, atliekant femtosekundinį lazerinį ragenos pjūvį, chirurginis mikroskopas gali užtikrinti didelį didinimą, kad būtų galima stebėti priekinę kamerą, centrinį akies obuolio pjūvį ir patikrinti pjūvio padėtį. Oftalmologinėje chirurgijoje apšvietimas yra labai svarbus. Mikroskopas ne tik užtikrina optimalius vaizdinius efektus esant mažesniam šviesos intensyvumui, bet ir sukuria specialų raudonos šviesos atspindį, kuris padeda visame kataraktos operacijos procese. Be to, optinė koherentinė tomografija (OKT) plačiai naudojama oftalmologinėje chirurgijoje popaviršiniam vizualizavimui. Ji gali pateikti skerspjūvio vaizdus, ​​įveikiant paties mikroskopo apribojimus, kai dėl priekinio stebėjimo negalima matyti smulkių audinių. Pavyzdžiui, Kapeller ir kt. naudojo 4K-3D ekraną ir planšetinį kompiuterį, kad automatiškai stereoskopiškai parodytų mikroskopu integruotos OCT (miOCT) (4D-miOCT) efektų diagramą. Remdamiesi subjektyviais vartotojų atsiliepimais, kiekybiniu našumo vertinimu ir įvairiais kiekybiniais matavimais, jie pademonstravo 4K-3D ekrano naudojimo kaip 4D-miOCT pakaitalo baltos šviesos mikroskope galimybę. Be to, Lata ir kt. tyrime, surinkę 16 pacientų, sergančių įgimta glaukoma ir turinčiais jaučio akies požymius, atvejus, jie naudojo mikroskopą su miOCT funkcija, kad realiuoju laiku stebėtų chirurginį procesą. Įvertinę pagrindinius duomenis, tokius kaip priešoperaciniai parametrai, chirurginės detalės, pooperacinės komplikacijos, galutinis regėjimo aštrumas ir ragenos storis, jie galiausiai parodė, kad miOCT gali padėti gydytojams nustatyti audinių struktūras, optimizuoti operacijas ir sumažinti komplikacijų riziką operacijos metu. Tačiau, nepaisant to, kad OCT pamažu tampa galinga pagalbine priemone stiklakūnio ir tinklainės chirurgijoje, ypač sudėtingais atvejais ir atliekant naujas operacijas (pvz., genų terapiją), kai kurie gydytojai abejoja, ar ji iš tikrųjų gali pagerinti klinikinį efektyvumą dėl didelės kainos ir ilgos mokymosi kreivės.

Otolaringologija

Otorinolaringologija yra dar viena chirurgijos sritis, kurioje naudojami chirurginiai mikroskopai. Dėl gilių ertmių ir subtilių struktūrų veido bruožuose, didinimas ir apšvietimas yra labai svarbūs chirurginiams rezultatams. Nors endoskopai kartais gali suteikti geresnį siaurų chirurginių sričių vaizdą,itin didelės raiškos chirurginiai mikroskopaisiūlo gylio suvokimą, leidžiantį padidinti siauras anatomines sritis, tokias kaip sraigė ir sinusai, ir padėti gydytojams gydyti tokias ligas kaip vidurinės ausies uždegimas ir nosies polipai. Pavyzdžiui, Dundar ir kt. palygino mikroskopo ir endoskopinio metodų poveikį laipsninės chirurgijos gydymui otosklerozei, surinkdami duomenis iš 84 pacientų, kuriems diagnozuota otosklerozė ir kuriems buvo atlikta operacija 2010–2020 m. Naudojant oro ir kaulo laidumo skirtumo pokytį prieš operaciją ir po jos kaip matavimo rodiklį, galutiniai rezultatai parodė, kad nors abu metodai turėjo panašų poveikį klausos pagerėjimui, chirurginius mikroskopus buvo lengviau valdyti ir jų mokymosi kreivė buvo trumpesnė. Panašiai, Ashfaq ir kt. atliktame perspektyviniame tyrime tyrėjų komanda 2020–2023 m. atliko mikroskopo asistuotą parotidektomiją 70 pacientų, sergančių paausinės liaukos navikais, daugiausia dėmesio skirdama mikroskopų vaidmens veido nervo identifikavime ir apsaugoje vertinimui. Rezultatai parodė, kad mikroskopai turi reikšmingų pranašumų gerinant chirurginio lauko aiškumą, tiksliai identifikuojant pagrindinį veido nervo kamieną ir šakas, mažinant nervo tempimą ir hemostazę, todėl jie yra svarbi priemonė didinant veido nervo išsaugojimo rodiklį. Be to, kadangi operacijos tampa vis sudėtingesnės ir tikslesnės, papildytosios realybės (AR) ir įvairių vaizdo gavimo režimų integravimas su chirurginiais mikroskopais leidžia chirurgams atlikti vaizduojamą operaciją.

Neurochirurgija

Itin didelės raiškos taikymasChirurginiai mikroskopai neurochirurgijojenuo tradicinio optinio stebėjimo perėjo prie skaitmeninimo, papildytos realybės (AR) ir išmaniosios pagalbos. Pavyzdžiui, Draxinger ir kt. panaudojo mikroskopą kartu su pačių sukurta MHz-OCT sistema, teikdami didelės skiriamosios gebos trimačius vaizdus per 1,6 MHz skenavimo dažnį, sėkmingai padėdami chirurgams realiuoju laiku atskirti navikus nuo sveikų audinių ir padidindami chirurginį tikslumą. Hafez ir kt. palygino tradicinių mikroskopų ir itin didelės raiškos mikrochirurginės vaizdo gavimo sistemos (Exoscope) veikimą eksperimentinėje smegenų kraujagyslių šuntavimo operacijoje ir nustatė, kad nors mikroskopo siuvimo laikas buvo trumpesnis (P < 0,001), Exoscope geriau pasiskirstė siūlės (P = 0,001). Be to, Exoscope užtikrino patogesnę chirurginę laikyseną ir bendrą matymą, o tai suteikė pedagoginių pranašumų. Panašiai Calloni ir kt. palygino Exoscope ir tradicinių chirurginių mikroskopų taikymą neurochirurgijos rezidentų mokyme. Šešiolika rezidentų atliko pasikartojančias struktūrinio atpažinimo užduotis su kaukolės modeliais, naudodami abu prietaisus. Rezultatai parodė, kad nors bendras operacijos laikas reikšmingai nesiskyrė tarp šių dviejų prietaisų, egzoskopas geriau identifikavo gilias struktūras ir dauguma dalyvių jį įvertino kaip intuityvesnį ir patogesnį, todėl ateityje jis gali tapti įprastu. Akivaizdu, kad itin didelės raiškos chirurginiai mikroskopai su 4K didelės raiškos ekranais gali suteikti visiems dalyviams geresnės kokybės 3D chirurginius vaizdus, ​​palengvindami chirurginį bendravimą, informacijos perdavimą ir pagerindami mokymo efektyvumą.

Stuburo chirurgija

Itin didelės raiškoschirurginiai mikroskopaiatlieka lemiamą vaidmenį stuburo chirurgijos srityje. Suteikdami didelės skiriamosios gebos trimačius vaizdus, ​​jie leidžia chirurgams aiškiau stebėti sudėtingą anatominę stuburo struktūrą, įskaitant subtilias dalis, tokias kaip nervai, kraujagyslės ir kaulinis audinys, taip padidindami chirurgijos tikslumą ir saugumą. Kalbant apie skoliozės korekciją, chirurginiai mikroskopai gali pagerinti chirurginio matymo aiškumą ir smulkių manipuliacijų galimybes, padėdami gydytojams tiksliai nustatyti nervines struktūras ir pažeistus audinius siaurame stuburo kanale, taip saugiai ir efektyviai atlikdami dekompresijos ir stabilizavimo procedūras.

Sun ir kt. palygino mikroskopu asistuojamos priekinės kaklo slankstelių operacijos ir tradicinės atviros operacijos veiksmingumą ir saugumą gydant kaklo slankstelių užpakalinio išilginio raiščio osifikaciją. Šešiasdešimt pacientų buvo suskirstyti į mikroskopu asistuojamą grupę (30 atvejų) ir tradicinės chirurgijos grupę (30 atvejų). Rezultatai parodė, kad mikroskopu asistuojamos grupės intraoperacinis kraujo netekimas, hospitalizacija ir pooperacinio skausmo balai buvo geresni, palyginti su tradicinės chirurgijos grupe, o komplikacijų dažnis mikroskopu asistuojamoje grupėje buvo mažesnis. Panašiai, stuburo suliejimo operacijos metu Singhatanadgige ir kt. palygino ortopedinių chirurginių mikroskopų ir chirurginių didinamųjų stiklų taikymo poveikį minimaliai invazinėje transforaminalinėje juosmens slankstelių suliejimo operacijoje. Tyrime dalyvavo 100 pacientų ir nebuvo nustatyta reikšmingų skirtumų tarp dviejų grupių pooperacinio skausmo malšinimo, funkcijos pagerėjimo, stuburo kanalo išplėtimo, suliejimo dažnio ir komplikacijų atžvilgiu, tačiau mikroskopas suteikė geresnį matymo lauką. Be to, mikroskopai kartu su AR technologija yra plačiai naudojami stuburo chirurgijoje. Pavyzdžiui, Carl ir kt. nustatė AR technologiją 10 pacientų, naudodami ant galvos tvirtinamą chirurginio mikroskopo ekraną. Rezultatai parodė, kad AR turi didelį pritaikymo potencialą stuburo degeneracinėje chirurgijoje, ypač sudėtingose ​​anatominėse situacijose ir rezidentų mokyme.

 

Santrauka ir perspektyvos

Palyginti su tradiciniais chirurginiais mikroskopais, itin didelės raiškos chirurginiai mikroskopai pasižymi daugybe privalumų, įskaitant kelias didinimo parinktis, stabilų ir ryškų apšvietimą, tikslias optines sistemas, ilgesnius darbo atstumus ir ergonomiškus stabilius stovus. Be to, jų didelės raiškos vizualizavimo parinktys, ypač integracija su įvairiais vaizdo režimais ir papildytosios realybės (AR) technologija, efektyviai palaiko vaizdu valdomas operacijas.

Nepaisant daugybės chirurginių mikroskopų privalumų, jie vis dar susiduria su dideliais iššūkiais. Dėl savo didelių gabaritų itin didelės raiškos chirurginiai mikroskopai kelia tam tikrų eksploatacinių sunkumų juos transportuojant tarp operacinių ir intraoperacinėje padėtyje, o tai gali neigiamai paveikti chirurginių procedūrų tęstinumą ir efektyvumą. Pastaraisiais metais mikroskopų konstrukcinė konstrukcija buvo gerokai optimizuota, jų optiniai laikikliai ir binokuliniai lęšių cilindrai palaiko platų pakreipimo ir sukimosi reguliavimo diapazoną, o tai labai padidina įrangos veikimo lankstumą ir palengvina chirurgo stebėjimą bei operaciją natūralesnėje ir patogesnėje padėtyje. Be to, nuolat tobulinama nešiojamųjų ekranų technologija suteikia chirurgams ergonomiškesnę vizualinę paramą mikrochirurginių operacijų metu, padeda sumažinti operacinį nuovargį ir pagerinti chirurginį tikslumą bei ilgalaikį chirurgo darbingumą. Tačiau dėl atraminės konstrukcijos trūkumo reikia dažnai perfokusuoti, todėl nešiojamųjų ekranų technologijos stabilumas yra prastesnis nei įprastų chirurginių mikroskopų. Kitas sprendimas – įrangos struktūros evoliucija miniatiūrizacijos ir moduliarizacijos link, kad būtų galima lanksčiau prisitaikyti prie įvairių chirurginių scenarijų. Tačiau tūrio mažinimas dažnai apima tikslius apdirbimo procesus ir brangius integruotus optinius komponentus, todėl faktinės įrangos gamybos sąnaudos yra didelės.

Dar vienas itin didelės raiškos chirurginių mikroskopų iššūkis – odos nudegimai, kuriuos sukelia didelės galios apšvietimas. Norint sukurti ryškius vaizdinius efektus, ypač esant keliems stebėtojams ar kameroms, šviesos šaltinis turi skleisti stiprią šviesą, kuri gali nudeginti paciento audinius. Pranešama, kad oftalmologiniai chirurginiai mikroskopai taip pat gali sukelti fototoksinį poveikį akies paviršiui ir ašarų plėvelei, dėl ko sumažėja akies ląstelių funkcija. Todėl chirurginiams mikroskopams ypač svarbu optimizuoti šviesos valdymą, reguliuoti taško dydį ir šviesos intensyvumą pagal didinimą ir darbinį atstumą. Ateityje optinio vaizdavimo srityje gali būti pristatytos panoraminio vaizdavimo ir trimačio rekonstravimo technologijos, siekiant išplėsti matymo lauką ir tiksliai atkurti trimatį chirurginės srities išdėstymą. Tai leis gydytojams geriau suprasti bendrą chirurginės srities situaciją ir nepraleisti svarbios informacijos. Tačiau panoraminis vaizdavimas ir trimatis rekonstrukcija apima didelės raiškos vaizdų gavimą, registravimą ir rekonstravimą realiuoju laiku, generuojant didžiulius duomenų kiekius. Tai kelia itin aukštus reikalavimus vaizdo apdorojimo algoritmų efektyvumui, aparatinės įrangos skaičiavimo galiai ir saugojimo sistemoms, ypač operacijų metu, kai labai svarbus našumas realiuoju laiku, todėl šis iššūkis dar labiau išryškėja.

Sparčiai tobulėjant tokioms technologijoms kaip medicininis vaizdavimas, dirbtinis intelektas ir skaičiavimo optika, itin didelės raiškos chirurginiai mikroskopai parodė didelį potencialą gerinant chirurginį tikslumą, saugumą ir eksploatavimo patirtį. Ateityje itin didelės raiškos chirurginiai mikroskopai gali toliau vystytis šiomis keturiomis kryptimis: (1) Kalbant apie įrangos gamybą, miniatiūrizacija ir moduliarizacija turėtų būti pasiekta mažesnėmis sąnaudomis, kad būtų galima plačiai taikyti klinikinėje praktikoje; (2) Kurti pažangesnius šviesos valdymo režimus, siekiant išspręsti šviesos daromos žalos, kurią sukelia užsitęsusi chirurgija, problemą; (3) Sukurti išmanius pagalbinius algoritmus, kurie būtų tikslūs ir lengvi, kad atitiktų įrangos skaičiavimo našumo reikalavimus; (4) Giliai integruoti papildytosios realybės ir robotines chirurgines sistemas, kad būtų užtikrinta platforma nuotoliniam bendradarbiavimui, tiksliam veikimui ir automatizuotiems procesams. Apibendrinant galima teigti, kad itin didelės raiškos chirurginiai mikroskopai išsivystys į visapusišką chirurginės pagalbos sistemą, kuri integruos vaizdo gerinimą, išmanųjį atpažinimą ir interaktyvų grįžtamąjį ryšį, padėdama kurti skaitmeninę ekosistemą ateities chirurgijai.

Šiame straipsnyje pateikiama itin didelės raiškos chirurginių mikroskopų pagrindinių technologijų pažangos apžvalga, daugiausia dėmesio skiriant jų taikymui ir plėtrai chirurginėse procedūrose. Pagerėjus skiriamajai gebai, itin didelės raiškos mikroskopai vaidina svarbų vaidmenį tokiose srityse kaip neurochirurgija, oftalmologija, otolaringologija ir stuburo chirurgija. Ypač tikslios intraoperacinės navigacijos technologijos integravimas į minimaliai invazines operacijas padidino šių procedūrų tikslumą ir saugumą. Žvelgiant į ateitį, tobulėjant dirbtiniam intelektui ir robotų technologijoms, itin didelės raiškos mikroskopai teiks efektyvesnę ir išmanesnę chirurginę pagalbą, skatindami minimaliai invazinių operacijų ir nuotolinio bendradarbiavimo progresą, taip dar labiau padidindami chirurginį saugumą ir efektyvumą.