Ultra-nagyfelbontású sebészeti mikroszkópok technológiai fejlesztései és klinikai alkalmazásai

 

Sebészeti mikroszkópokrendkívül fontos szerepet játszanak a modern orvostudományban, különösen a nagy precíziós szakterületeken, mint például az idegsebészet, a szemészet, a fül-orr-gégészet és a minimálisan invazív sebészet, ahol nélkülözhetetlen alapfelszereléssé váltak. Nagy nagyítási képességükkel...Műtőmikroszkópokrészletes képet nyújtanak, lehetővé téve a sebészek számára, hogy szabad szemmel láthatatlan részleteket is megfigyeljenek, például idegrostokat, vérereket és szövetrétegeket, ezáltal segítve az orvosokat az egészséges szövetek károsodásának elkerülésében a műtét során. Különösen az idegsebészetben a mikroszkóp nagy nagyítása lehetővé teszi a daganatok vagy beteg szövetek pontos lokalizációját, biztosítva a tiszta reszekciós széleket és elkerülve a kritikus idegek károsodását, ezáltal javítva a betegek posztoperatív felépülésének minőségét.

A hagyományos sebészeti mikroszkópok jellemzően standard felbontású kijelzőrendszerekkel vannak felszerelve, amelyek képesek elegendő vizuális információt szolgáltatni az összetett sebészeti igények támogatásához. Az orvostechnika gyors fejlődésével, különösen a vizuális technológia területén elért áttörésekkel azonban a sebészeti mikroszkópok képminősége fokozatosan fontos tényezővé vált a sebészeti pontosság javításában. A hagyományos sebészeti mikroszkópokhoz képest az ultra-nagy felbontású mikroszkópok több részletet tudnak megjeleníteni. A 4K, 8K vagy akár nagyobb felbontású kijelző- és képalkotó rendszerek bevezetésével az ultra-nagy felbontású sebészeti mikroszkópok lehetővé teszik a sebészek számára, hogy pontosabban azonosítsák és manipulálják az apró elváltozásokat és anatómiai struktúrákat, jelentősen növelve a műtétek pontosságát és biztonságát. A képfeldolgozó technológia, a mesterséges intelligencia és a virtuális valóság folyamatos integrációjával az ultra-nagy felbontású sebészeti mikroszkópok nemcsak a képminőséget javítják, hanem intelligensebb támogatást is nyújtanak a műtétekhez, a sebészeti eljárásokat a nagyobb pontosság és az alacsonyabb kockázat felé terelve.

 

Ultra-nagyfelbontású mikroszkóp klinikai alkalmazása

A képalkotó technológia folyamatos innovációjával az ultra-nagyfelbontású mikroszkópok fokozatosan kulcsszerepet játszanak a klinikai alkalmazásokban, rendkívül nagy felbontásuknak, kiváló képminőségüknek és valós idejű dinamikus megfigyelési képességeiknek köszönhetően.

Szemészet

A szemészeti sebészet precíz műtétet igényel, ami magas technikai színvonalat támaszt a betegekkel szemben.szemészeti sebészeti mikroszkópokPéldául a femtoszekundumos lézeres szaruhártya-metszésnél a sebészeti mikroszkóp nagy nagyítást biztosíthat a szemgolyó elülső kamrájának, a központi bemetszésnek a megfigyelésére és a bemetszés helyzetének ellenőrzésére. A szemészeti sebészetben a megvilágítás kulcsfontosságú. A mikroszkóp nemcsak optimális vizuális hatásokat biztosít alacsonyabb fényintenzitás mellett, hanem speciális vörös fényvisszaverődést is létrehoz, ami segíti a teljes szürkehályog-műtét folyamatát. Továbbá az optikai koherencia tomográfiát (OCT) széles körben alkalmazzák a szemészeti sebészetben a felszín alatti vizualizációhoz. Keresztmetszeti képeket tud biztosítani, leküzdve magának a mikroszkópnak a korlátait, amely a frontális megfigyelés miatt nem képes látni a finom szöveteket. Kapeller és munkatársai például egy 4K-3D kijelzőt és egy táblagépet használtak a mikroszkóppal integrált OCT (miOCT) (4D-miOCT) hatásdiagramjának automatikus sztereoszkopikus megjelenítéséhez. A felhasználók szubjektív visszajelzései, a kvantitatív teljesítményértékelés és a különféle kvantitatív mérések alapján bebizonyították, hogy a 4K-3D kijelző használható a 4D-miOCT helyettesítőjeként egy fehér fénymikroszkópon. Lata és munkatársai tanulmányukban 16 veleszületett glaukómás, bikaszemmel kísért beteg adatait gyűjtöttek össze, és miOCT funkcióval ellátott mikroszkópot használtak a műtéti folyamat valós idejű megfigyelésére. A műtét előtti paraméterek, a műtéti részletek, a posztoperatív szövődmények, a végső látásélesség és a szaruhártya vastagsága közötti kulcsfontosságú adatok kiértékelésével végül kimutatták, hogy a miOCT segíthet az orvosoknak a szöveti struktúrák azonosításában, a műtétek optimalizálásában és a műtét során fellépő szövődmények kockázatának csökkentésében. Annak ellenére azonban, hogy az OCT fokozatosan hatékony segédeszközzé válik a vitreoretinális sebészetben, különösen az összetett esetekben és az újszerű műtéteknél (például a génterápiánál), egyes orvosok megkérdőjelezik, hogy valóban javíthatja-e a klinikai hatékonyságot a magas költségei és a hosszú tanulási görbéje miatt.

Fül-orr-gégészet

A fül-orr-gégészet egy másik olyan sebészeti terület, amely sebészeti mikroszkópokat alkalmaz. A mély üregek és az arcvonásokban található finom struktúrák miatt a nagyítás és a megvilágítás kulcsfontosságú a sebészeti eredmények szempontjából. Bár az endoszkópok néha jobb rálátást biztosítanak a keskeny műtéti területekre,ultra-nagyfelbontású sebészeti mikroszkópokmélységérzékelést kínálnak, lehetővé téve a keskeny anatómiai régiók, például a csiga és az arcüregek nagyítását, segítve az orvosokat olyan állapotok kezelésében, mint a középfülgyulladás és az orrpolip. Dundar és munkatársai például összehasonlították a mikroszkópos és endoszkópos módszerek hatását a kengyelműtétek során az otosclerosis kezelésében, 84, otosclerosisban diagnosztizált beteg adatait gyűjtötték össze, akik 2010 és 2020 között műtéten estek át. A műtét előtti és utáni levegő-csont vezetési különbség változását mérési indikátorként használva a végeredmények azt mutatták, hogy bár mindkét módszer hasonló hatással volt a hallásjavulásra, a sebészeti mikroszkópok könnyebben kezelhetők és rövidebb tanulási görbével rendelkeztek. Hasonlóképpen, Ashfaq és munkatársai által végzett prospektív vizsgálatban a kutatócsoport mikroszkóppal segített parotidektómiát végzett 70 fültőmirigy-daganatos betegen 2020 és 2023 között, a mikroszkópok arcideg-azonosításban és -védelemben betöltött szerepének értékelésére összpontosítva. Az eredmények azt mutatták, hogy a mikroszkópok jelentős előnyökkel járnak a műtéti terület áttekinthetőségének javításában, az arcideg fő törzsének és ágainak pontos azonosításában, az ideghúzódás csökkentésében és a vérzéscsillapításban, így fontos eszközzé válnak az arcideg-megőrzési arány javításában. Továbbá, ahogy a műtétek egyre összetettebbek és pontosabbak lesznek, az AR és a különböző képalkotó módok sebészeti mikroszkópokkal való integrációja lehetővé teszi a sebészek számára, hogy képvezérelt műtéteket végezzenek.

Idegsebészet

Az ultra-nagyfelbontású alkalmazásoksebészeti mikroszkópok az idegsebészetbena hagyományos optikai megfigyelésről a digitalizációra, a kiterjesztett valóságra (AR) és az intelligens segítségnyújtásra váltott. Például Draxinger és munkatársai egy saját fejlesztésű MHz-OCT rendszerrel kombinált mikroszkópot alkalmaztak, amely nagy felbontású háromdimenziós képeket szolgáltatott 1,6 MHz-es pásztázási frekvencián keresztül, sikeresen segítve a sebészeket a daganatok és az egészséges szövetek valós idejű megkülönböztetésében és a sebészeti pontosság javításában. Hafez és munkatársai összehasonlították a hagyományos mikroszkópok és az ultra-nagy felbontású mikrosebészeti képalkotó rendszer (Exoscope) teljesítményét kísérleti cerebrovaszkuláris bypass műtétben, és azt találták, hogy bár a mikroszkóp rövidebb varrati időkkel rendelkezett (P<0,001), az Exoscope jobban teljesített a varrateloszlás tekintetében (P=0,001). Ezenkívül az Exoscope kényelmesebb sebészeti testtartást és megosztott látást biztosított, ami pedagógiai előnyöket kínált. Hasonlóképpen, Calloni és munkatársai összehasonlították az Exoscope és a hagyományos sebészeti mikroszkópok alkalmazását az idegsebészeti rezidensek képzésében. Tizenhat rezidens végzett ismétlődő szerkezetfelismerési feladatokat koponyamodelleken mindkét eszköz használatával. Az eredmények azt mutatták, hogy bár a két készülék között nem volt szignifikáns különbség a műtéti idő tekintetében, az Exoscope jobban teljesített a mély struktúrák azonosításában, és a legtöbb résztvevő intuitívabbnak és kényelmesebbnek találta, és a jövőben potenciálisan elterjedhet. Nyilvánvaló, hogy a 4K nagyfelbontású kijelzővel felszerelt ultra-nagyfelbontású sebészeti mikroszkópok minden résztvevő számára jobb minőségű 3D sebészeti képeket biztosíthatnak, megkönnyítve a sebészeti kommunikációt, az információátadást és javítva az oktatás hatékonyságát.

Gerincműtét

Ultra-nagyfelbontásúsebészeti mikroszkópokkulcsszerepet játszanak a gerincsebészet területén. Nagy felbontású háromdimenziós képalkotás biztosításával lehetővé teszik a sebészek számára, hogy tisztábban megfigyeljék a gerinc összetett anatómiai szerkezetét, beleértve a finom részeket, például az idegeket, az ereket és a csontszöveteket, ezáltal növelve a műtét pontosságát és biztonságosságát. A gerincferdülés korrekciója tekintetében a sebészeti mikroszkópok javíthatják a sebészeti látás tisztaságát és a finommanipulációs képességet, segítve az orvosokat a szűk gerinccsatornán belüli idegi struktúrák és beteg szövetek pontos azonosításában, így biztonságosan és hatékonyan elvégezhetik a dekompressziós és stabilizációs eljárásokat.

Sun és munkatársai összehasonlították a mikroszkóppal segített elülső nyaki műtét és a hagyományos nyílt műtét hatékonyságát és biztonságosságát a nyaki gerinc hátsó hosszanti szalagjának csontosodásának kezelésében. Hatvan beteget osztottak a mikroszkóppal segített csoportba (30 eset) és a hagyományos műtéti csoportba (30 eset). Az eredmények azt mutatták, hogy a mikroszkóppal segített csoportban jobb intraoperatív vérveszteség, kórházi tartózkodás és posztoperatív fájdalom pontszámok voltak a hagyományos műtéti csoporthoz képest, és a szövődmények aránya alacsonyabb volt a mikroszkóppal segített csoportban. Hasonlóképpen, a gerincfúziós műtéteknél Singhatanadgige és munkatársai összehasonlították az ortopéd sebészeti mikroszkópok és a sebészeti nagyítók alkalmazásának hatásait minimálisan invazív transzforaminális ágyéki fúzióban. A vizsgálatban 100 beteg vett részt, és nem találtak szignifikáns különbséget a két csoport között a posztoperatív fájdalomcsillapítás, a funkcionális javulás, a gerinccsatorna-tágulás, a fúziós arány és a szövődmények tekintetében, de a mikroszkóp jobb látómezőt biztosított. Ezenkívül az AR-technológiával kombinált mikroszkópokat széles körben alkalmazzák a gerincsebészetben. Például Carl és munkatársai 10 betegnél alkalmazták az AR-technológiát egy sebészeti mikroszkóp fejre szerelt kijelzőjének segítségével. Az eredmények azt mutatták, hogy az AR nagy alkalmazási lehetőségekkel rendelkezik a gerinc degeneratív sebészetében, különösen komplex anatómiai helyzetekben és a rezidensképzésben.

 

Összefoglalás és kilátások

A hagyományos sebészeti mikroszkópokkal összehasonlítva az ultra nagy felbontású sebészeti mikroszkópok számos előnnyel rendelkeznek, beleértve a többszörös nagyítási lehetőségeket, a stabil és erős megvilágítást, a precíz optikai rendszereket, a megnövelt munkatávolságokat és az ergonomikus, stabil állványokat. Továbbá, nagy felbontású vizualizációs lehetőségeik, különösen a különböző képalkotó módokkal és az AR technológiával való integráció, hatékonyan támogatják a képvezérelt műtéteket.

A sebészeti mikroszkópok számos előnye ellenére továbbra is jelentős kihívásokkal néznek szembe. Nagy méretük miatt az ultra-nagy felbontású sebészeti mikroszkópok bizonyos működési nehézségeket okoznak a műtők közötti szállítás és az intraoperatív pozicionálás során, ami hátrányosan befolyásolhatja a sebészeti beavatkozások folytonosságát és hatékonyságát. Az elmúlt években a mikroszkópok szerkezeti kialakítását jelentősen optimalizálták, optikai hordozóik és binokuláris lencsetubusaik széles dőlési és forgatási tartományt tesznek lehetővé, ami nagymértékben növeli a berendezés működési rugalmasságát, és megkönnyíti a sebész megfigyelését és működését egy természetesebb és kényelmesebb pozícióban. Továbbá a viselhető kijelzőtechnológia folyamatos fejlesztése ergonomikusabb vizuális támogatást nyújt a sebészeknek a mikrosebészeti műtétek során, segítve a műtéti fáradtság enyhítését, valamint a sebészi pontosság és a sebész tartós teljesítményének javítását. A tartószerkezet hiánya miatt azonban gyakori újrafókuszálásra van szükség, ami miatt a viselhető kijelzőtechnológia stabilitása gyengébb a hagyományos sebészeti mikroszkópokéhoz képest. Egy másik megoldás a berendezés szerkezetének fejlesztése a miniatürizálás és a modularizálás felé, hogy rugalmasabban alkalmazkodjon a különböző sebészeti forgatókönyvekhez. A térfogatcsökkentés azonban gyakran precíziós megmunkálási folyamatokat és magas költségű integrált optikai alkatrészeket foglal magában, ami megdrágítja a berendezés tényleges gyártási költségét.

Az ultra-nagyfelbontású sebészeti mikroszkópok egy másik kihívása a nagy teljesítményű megvilágítás okozta bőrégés. Az erős vizuális effektek biztosításához, különösen több megfigyelő vagy kamera jelenlétében, a fényforrásnak erős fényt kell kibocsátania, ami megégetheti a beteg szöveteit. Jelentések szerint a szemészeti sebészeti mikroszkópok fototoxicitást is okozhatnak a szemfelszínre és a könnyfilmre, ami a szemsejtek működésének csökkenéséhez vezethet. Ezért a fénygazdálkodás optimalizálása, a foltméret és a fényintenzitás nagyítás és munkatávolság szerinti beállítása különösen fontos a sebészeti mikroszkópok esetében. A jövőben az optikai képalkotás bevezetheti a panorámaképalkotást és a háromdimenziós rekonstrukciós technológiákat a látómező bővítése és a műtéti terület háromdimenziós elrendezésének pontos visszaállítása érdekében. Ez lehetővé teszi az orvosok számára, hogy jobban megértsék a műtéti terület általános helyzetét, és elkerüljék a fontos információk elvesztését. A panorámaképalkotás és a háromdimenziós rekonstrukció azonban nagy felbontású képek valós idejű begyűjtését, regisztrációját és rekonstrukcióját foglalja magában, ami hatalmas mennyiségű adatot generál. Ez rendkívül magas követelményeket támaszt a képfeldolgozó algoritmusok hatékonyságával, a hardver számítási teljesítményével és a tárolórendszerekkel szemben, különösen a műtétek során, ahol a valós idejű teljesítmény kulcsfontosságú, ami még hangsúlyosabbá teszi ezt a kihívást.

Az olyan technológiák gyors fejlődésével, mint az orvosi képalkotás, a mesterséges intelligencia és a számítógépes optika, az ultra-nagyfelbontású sebészeti mikroszkópok nagy potenciált mutatnak a sebészeti pontosság, a biztonság és a működési élmény javításában. A jövőben az ultra-nagyfelbontású sebészeti mikroszkópok a következő négy irányban fejlődhetnek tovább: (1) A berendezésgyártás tekintetében a miniatürizálást és a modularizálást alacsonyabb költségek mellett kell elérni, lehetővé téve a nagyméretű klinikai alkalmazást; (2) Fejlettebb fénykezelési módok kidolgozása a hosszan tartó műtétek okozta fénykárosodás problémájának kezelésére; (3) Intelligens segédalgoritmusok tervezése, amelyek precízek és könnyűek is, hogy megfeleljenek a berendezés számítási teljesítménykövetelményeinek; (4) AR és robotsebészeti rendszerek mély integrálása a távoli együttműködés, a precíz működés és az automatizált folyamatok platformtámogatásának biztosítása érdekében. Összefoglalva, az ultra-nagyfelbontású sebészeti mikroszkópok átfogó sebészeti segítő rendszerré fejlődnek, amely integrálja a képjavítást, az intelligens felismerést és az interaktív visszajelzést, segítve a digitális ökoszisztéma kiépítését a jövő sebészetéhez.

Ez a cikk áttekintést nyújt az ultra-nagy felbontású sebészeti mikroszkópok közös kulcsfontosságú technológiáinak fejlődéséről, különös tekintettel azok alkalmazására és fejlesztésére a sebészeti eljárásokban. A felbontás javulásával az ultra-nagy felbontású mikroszkópok kulcsszerepet játszanak olyan területeken, mint az idegsebészet, a szemészet, a fül-orr-gégészet és a gerincsebészet. Különösen az intraoperatív precíziós navigációs technológia integrálása a minimálisan invazív műtétekbe növelte ezen eljárások pontosságát és biztonságosságát. A jövőben, a mesterséges intelligencia és a robotikai technológiák fejlődésével az ultra-nagy felbontású mikroszkópok hatékonyabb és intelligensebb sebészeti támogatást nyújtanak majd, elősegítve a minimálisan invazív műtétek és a távoli együttműködés előrehaladását, ezáltal tovább növelve a sebészeti biztonságot és hatékonyságot.