Az optikai képalkotás fejlődése a videó alapú sebészeti mikroszkópokban

Az orvostudomány területén a sebészet kétségtelenül a betegségek túlnyomó többségének kezelésének alapvető eszköze, különösen a rák korai kezelésében játszik döntő szerepet. A sebészeti műtét sikerének kulcsa a kóros metszet tiszta vizualizációjában rejlik a boncolást követően.Sebészeti mikroszkópokSzéles körben alkalmazzák az orvosi sebészetben erős háromdimenziós érzékük, nagy felbontásuk és nagy felbontásuk miatt. A kóros rész anatómiai szerkezete azonban bonyolult és összetett, és legtöbbjük fontos szervszövetek mellett helyezkedik el. A millimétertől mikrométerig terjedő struktúrák messze meghaladják az emberi szemmel megfigyelhető tartományt. Ezenkívül az emberi testben lévő érrendszer keskeny és zsúfolt, a megvilágítás pedig nem megfelelő. Bármely apró eltérés károsíthatja a beteget, befolyásolhatja a műtéti hatást, sőt akár az életet is veszélyeztetheti. Ezért a kutatás és fejlesztés...ÜzemeltetésimikroszkópokA megfelelő nagyítással és tiszta vizuális képekkel való vizsgálat egy olyan téma, amelyet a kutatók továbbra is mélyrehatóan vizsgálnak.

Jelenleg a digitális technológiák, mint például a kép- és videófeldolgozás, az információátvitel és a fényképrögzítés, új előnyökkel járnak a mikrosebészet területén. Ezek a technológiák nemcsak mélyrehatóan befolyásolják az emberi életmódot, hanem fokozatosan integrálódnak a mikrosebészet területébe is. A nagyfelbontású kijelzők, kamerák stb. hatékonyan tudják kielégíteni a sebészeti pontossággal szemben támasztott jelenlegi követelményeket. A CCD, CMOS és más képérzékelőkkel ellátott videorendszereket fokozatosan alkalmazzák a sebészeti mikroszkópokban. Videósebészeti mikroszkópokRendkívül rugalmasak és kényelmesek az orvosok számára. A fejlett technológiák, mint például a navigációs rendszer, a 3D kijelző, a nagyfelbontású képminőség, a kiterjesztett valóság (AR) stb. bevezetése, amelyek lehetővé teszik a több személy általi nézetmegosztást a sebészeti folyamat során, tovább segítik az orvosokat az intraoperatív műtétek jobb elvégzésében.

A mikroszkóp optikai képalkotása a mikroszkóp képminőségének fő meghatározója. A videosebészeti mikroszkópok optikai képalkotása egyedi tervezési jellemzőkkel rendelkezik, fejlett optikai alkatrészeket és képalkotó technológiákat alkalmaz, mint például nagy felbontású, nagy kontrasztú CMOS vagy CCD érzékelők, valamint olyan kulcsfontosságú technológiákat, mint az optikai zoom és az optikai kompenzáció. Ezek a technológiák hatékonyan javítják a mikroszkópok képalkotásának tisztaságát és minőségét, jó vizuális biztonságot nyújtva a sebészeti műtétekhez. Ezenkívül az optikai képalkotási technológia és a digitális feldolgozás kombinálásával valós idejű dinamikus képalkotást és 3D rekonstrukciót értek el, ami intuitívabb vizuális élményt nyújt a sebészeknek. A videosebészeti mikroszkópok optikai képalkotási minőségének további javítása érdekében a kutatók folyamatosan új optikai képalkotási módszereket, például fluoreszcens képalkotást, polarizációs képalkotást, multispektrális képalkotást stb. vizsgálnak a mikroszkópok képalkotási felbontásának és mélységének javítása érdekében; mesterséges intelligencia technológiát alkalmaznak az optikai képalkotási adatok utófeldolgozására a kép tisztaságának és kontrasztjának javítása érdekében.

A korai sebészeti beavatkozások során,binokuláris mikroszkópokfőként segédeszközként használták. A binokuláris mikroszkóp egy olyan eszköz, amely prizmákat és lencséket használ a sztereoszkopikus látás eléréséhez. Olyan mélységérzékelést és sztereoszkopikus látást tud biztosítani, amellyel a monokuláris mikroszkópok nem rendelkeznek. A 20. század közepén von Zehender úttörő szerepet játszott a binokuláris nagyítók alkalmazásában az orvosi szemészeti vizsgálatokban. Ezt követően a Zeiss bemutatott egy 25 cm-es munkatávolságú binokuláris nagyítót, lerakva a modern mikrosebészet fejlődésének alapjait. A binokuláris sebészeti mikroszkópok optikai képalkotása tekintetében a korai binokuláris mikroszkópok munkatávolsága 75 mm volt. Az orvosi eszközök fejlesztésével és innovációjával bevezették az első sebészeti mikroszkópot, az OPMI1-et, amelynek munkatávolsága elérheti a 405 mm-t. A nagyítás is folyamatosan növekszik, és a nagyítási lehetőségek is folyamatosan bővülnek. A binokuláris mikroszkópok folyamatos fejlődésével előnyeik, mint az élénk sztereoszkopikus hatás, a nagy tisztaság és a nagy munkatávolság, széles körben elterjedtté tették a binokuláris sebészeti mikroszkópokat különböző osztályokon. Azonban a nagy mérete és kis mélysége által okozott korlátot nem szabad figyelmen kívül hagyni, és az orvosi személyzetnek gyakran kell kalibrálnia és fókuszálnia a műtét során, ami növeli a műtét nehézségét. Ezenkívül a sebészek, akik hosszú ideig a vizuális műszeres megfigyelésre és műtétre koncentrálnak, nemcsak a fizikai terhelésüket növelik, hanem az ergonómiai elveket sem tartják be. Az orvosoknak rögzített testtartást kell fenntartaniuk a betegek sebészeti vizsgálatainak elvégzéséhez, és manuális beállításokra is szükség van, ami bizonyos mértékig növeli a sebészeti műtétek nehézségét.

Az 1990-es évek után a kamerarendszerek és a képérzékelők fokozatosan integrálódtak a sebészeti gyakorlatba, jelentős alkalmazási potenciált mutatva. 1991-ben Berci innovatív módon kifejlesztett egy videorendszert a műtéti területek vizualizálására, 150-500 mm állítható munkatávolsággal és 15-25 mm közötti megfigyelhető tárgyátmérővel, miközben a mélységélesség 10-20 mm között maradt. Bár az objektívek és kamerák magas karbantartási költségei akkoriban korlátozták a technológia széles körű alkalmazását számos kórházban, a kutatók továbbra is törekedtek a technológiai innovációra, és elkezdték fejleszteni a fejlettebb videoalapú sebészeti mikroszkópokat. A binokuláris sebészeti mikroszkópokhoz képest, amelyeknek hosszú időre van szükségük ahhoz, hogy ezt a változatlan munkamódot fenntartsák, ez könnyen fizikai és mentális fáradtsághoz vezethet. A videotípusú sebészeti mikroszkóp a nagyított képet a monitorra vetíti, elkerülve a sebész hosszan tartó rossz testtartását. A videoalapú sebészeti mikroszkópok felszabadítják az orvosokat az egyetlen testtartásból, lehetővé téve számukra, hogy nagy felbontású képernyőkön keresztül operáljanak anatómiai helyeken.

Az utóbbi években a mesterséges intelligencia technológia gyors fejlődésével a sebészeti mikroszkópok fokozatosan intelligenssé váltak, és a videoalapú sebészeti mikroszkópok a piac mainstream termékeivé váltak. A jelenlegi videoalapú sebészeti mikroszkóp a számítógépes látást és a mélytanulási technológiákat ötvözi az automatizált képfelismerés, szegmentálás és elemzés érdekében. A sebészeti folyamat során az intelligens videoalapú sebészeti mikroszkópok segíthetik az orvosokat a beteg szövetek gyors megtalálásában és a sebészeti pontosság javításában.

A binokuláris mikroszkópoktól a videoalapú sebészeti mikroszkópokig tartó fejlesztési folyamat során nem nehéz belátni, hogy a sebészet pontosságával, hatékonyságával és biztonságával szemben támasztott követelmények napról napra nőnek. Jelenleg a sebészeti mikroszkópok optikai képalkotása iránti igény nem korlátozódik a kóros részek nagyítására, hanem egyre diverzifikáltabb és hatékonyabb. A klinikai orvoslásban a sebészeti mikroszkópokat széles körben használják neurológiai és gerincsebészetekben a kiterjesztett valósággal integrált fluoreszcens modulok révén. Az AR navigációs rendszer megkönnyítheti a komplex gerincvelői kulcslyukműtéteket, és a fluoreszcens ágensek segíthetik az orvosokat az agydaganatok teljes eltávolításában. Ezenkívül a kutatók sikeresen elérték a hangszálpolipok és a leukoplakia automatikus felismerését hiperspektrális sebészeti mikroszkóp és képalkotó algoritmusok kombinációjával. A videosebészeti mikroszkópokat széles körben alkalmazzák különböző sebészeti területeken, például pajzsmirigy-eltávolításban, retina sebészetben és nyiroksebészetben, fluoreszcens képalkotással, multispektrális képalkotással és intelligens képfeldolgozási technológiákkal kombinálva.

A binokuláris sebészeti mikroszkópokkal összehasonlítva a videomikroszkópok többfelhasználós videomegosztást, nagy felbontású sebészeti képeket biztosítanak, és ergonomikusabbak, csökkentve az orvosok fáradtságát. Az optikai képalkotás, a digitalizálás és az intelligencia fejlődése jelentősen javította a sebészeti mikroszkóp optikai rendszerek teljesítményét, a valós idejű dinamikus képalkotás, a kiterjesztett valóság és más technológiák pedig jelentősen kibővítették a videoalapú sebészeti mikroszkópok funkcióit és moduljait.

A jövő videó alapú sebészeti mikroszkópjainak optikai képalkotása pontosabb, hatékonyabb és intelligensebb lesz, átfogóbb, részletesebb és háromdimenziós beteginformációkat biztosítva az orvosok számára a sebészeti műtétek jobb irányításához. Eközben a technológia folyamatos fejlődésével és az alkalmazási területek bővülésével ezt a rendszert is egyre több területen fogják alkalmazni és fejleszteni.