Avenços tecnològics i aplicacions clíniques dels microscopis quirúrgics d'ultraalta definició

 

Microscopis quirúrgicstenen un paper extremadament important en els camps de la medicina moderna, especialment en camps d'alta precisió com la neurocirurgia, l'oftalmologia, l'otorinolaringologia i la cirurgia mínimament invasiva, on s'han convertit en equips bàsics indispensables. Amb altes capacitats d'augment,Microscopis operatorisproporcionen una vista detallada, permetent als cirurgians observar detalls que són invisibles a simple vista, com ara fibres nervioses, vasos sanguinis i capes de teixit, ajudant així els metges a evitar danys al teixit sa durant la cirurgia. Especialment en neurocirurgia, l'alt augment del microscopi permet la localització precisa de tumors o teixits malalts, garantint marges de resecció clars i evitant danys als nervis crítics, millorant així la qualitat de la recuperació postoperatòria dels pacients.

Els microscopis quirúrgics tradicionals solen estar equipats amb sistemes de visualització de resolució estàndard, capaços de proporcionar informació visual suficient per satisfer necessitats quirúrgiques complexes. Tanmateix, amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia mèdica, especialment els avenços en el camp de la tecnologia visual, la qualitat d'imatge dels microscopis quirúrgics s'ha convertit gradualment en un factor important per millorar la precisió quirúrgica. En comparació amb els microscopis quirúrgics tradicionals, els microscopis d'ultra alta definició poden presentar més detalls. En introduir sistemes de visualització i imatge amb resolucions de 4K, 8K o fins i tot superiors, els microscopis quirúrgics d'ultra alta definició permeten als cirurgians identificar i manipular amb més precisió lesions petites i estructures anatòmiques, millorant considerablement la precisió i la seguretat de la cirurgia. Amb la integració contínua de la tecnologia de processament d'imatges, la intel·ligència artificial i la realitat virtual, els microscopis quirúrgics d'ultra alta definició no només milloren la qualitat d'imatge, sinó que també proporcionen un suport més intel·ligent per a la cirurgia, impulsant els procediments quirúrgics cap a una major precisió i un menor risc.

 

Aplicació clínica del microscopi d'ultraalta definició

Amb la innovació contínua de la tecnologia d'imatge, els microscopis d'ultra alta definició estan jugant gradualment un paper fonamental en les aplicacions clíniques, gràcies a la seva resolució extremadament alta, l'excel·lent qualitat d'imatge i les capacitats d'observació dinàmica en temps real.

Oftalmologia

La cirurgia oftàlmica requereix una operació precisa, que imposa uns alts estàndards tècnics.microscopis quirúrgics oftàlmicsPer exemple, en la incisió corneal amb làser de femtosegons, el microscopi quirúrgic pot proporcionar un gran augment per observar la cambra anterior, la incisió central del globus ocular i comprovar la posició de la incisió. En cirurgia oftalmològica, la il·luminació és crucial. El microscopi no només proporciona efectes visuals òptims amb una intensitat de llum més baixa, sinó que també produeix una reflexió especial de la llum vermella, que ajuda en tot el procés de cirurgia de cataractes. A més, la tomografia de coherència òptica (OCT) s'utilitza àmpliament en cirurgia oftalmològica per a la visualització subsuperficial. Pot proporcionar imatges transversals, superant la limitació del propi microscopi, que no pot veure teixits fins a causa de l'observació frontal. Per exemple, Kapeller et al. van utilitzar una pantalla 4K-3D i una tauleta per mostrar automàticament estereoscòpicament el diagrama d'efectes de l'OCT integrat al microscopi (miOCT) (4D-miOCT). Basant-se en els comentaris subjectius de l'usuari, l'avaluació quantitativa del rendiment i diverses mesures quantitatives, van demostrar la viabilitat d'utilitzar una pantalla 4K-3D com a substitut del 4D-miOCT en un microscopi de llum blanca. A més, en l'estudi de Lata et al., mitjançant la recopilació de casos de 16 pacients amb glaucoma congènit acompanyat de diana, van utilitzar un microscopi amb funció miOCT per observar el procés quirúrgic en temps real. En avaluar dades clau com ara paràmetres preoperatoris, detalls quirúrgics, complicacions postoperatòries, agudesa visual final i gruix corneal, van demostrar finalment que la miOCT pot ajudar els metges a identificar estructures tissulars, optimitzar operacions i reduir el risc de complicacions durant la cirurgia. Tanmateix, tot i que l'OCT s'ha convertit gradualment en una potent eina auxiliar en la cirurgia vitreoretinal, especialment en casos complexos i cirurgies noves (com la teràpia gènica), alguns metges qüestionen si realment pot millorar l'eficiència clínica a causa del seu alt cost i la seva llarga corba d'aprenentatge.

Otorinolaringologia

La cirurgia otorrinolaringològica és un altre camp quirúrgic que utilitza microscopis quirúrgics. A causa de la presència de cavitats profundes i estructures delicades en els trets facials, l'augment i la il·luminació són crucials per als resultats quirúrgics. Tot i que els endoscopis de vegades poden proporcionar una millor visió de zones quirúrgiques estretes,microscopis quirúrgics d'ultra alta definicióofereixen percepció de profunditat, permetent l'ampliació de regions anatòmiques estretes com la còclea i els sins paranasals, ajudant els metges a tractar afeccions com l'otitis mitjana i els pòlips nasals. Per exemple, Dundar et al. van comparar els efectes dels mètodes de microscopi i endoscopi per a la cirurgia de l'estrep en el tractament de l'otosclerosi, recopilant dades de 84 pacients diagnosticats amb otosclerosi que es van sotmetre a cirurgia entre el 2010 i el 2020. Utilitzant el canvi en la diferència de conducció aèria-òssia abans i després de la cirurgia com a indicador de mesura, els resultats finals van mostrar que, tot i que tots dos mètodes tenien efectes similars en la millora de l'audició, els microscopis quirúrgics eren més fàcils d'operar i tenien una corba d'aprenentatge més curta. De la mateixa manera, en un estudi prospectiu realitzat per Ashfaq et al., l'equip de recerca va realitzar una parotidectomia assistida per microscopi a 70 pacients amb tumors de la glàndula paròtida entre el 2020 i el 2023, centrant-se en l'avaluació del paper dels microscopis en la identificació i protecció del nervi facial. Els resultats van indicar que els microscopis tenien avantatges significatius per millorar la claredat del camp quirúrgic, identificar amb precisió el tronc principal i les branques del nervi facial, reduir la tracció nerviosa i l'hemostàsia, convertint-los en una eina important per millorar les taxes de preservació del nervi facial. A més, a mesura que les cirurgies es tornen cada cop més complexes i precises, la integració de la RA i diversos modes d'imatge amb els microscopis quirúrgics permet als cirurgians realitzar cirurgies guiades per imatges.

Neurocirurgia

L'aplicació de l'ultraalta definiciómicroscopis quirúrgics en neurocirurgiaha passat de l'observació òptica tradicional a la digitalització, la realitat augmentada (RA) i l'assistència intel·ligent. Per exemple, Draxinger et al. van utilitzar un microscopi combinat amb un sistema MHz-OCT de desenvolupament propi, que proporciona imatges tridimensionals d'alta resolució a través d'una freqüència d'escaneig d'1,6 MHz, ajudant amb èxit els cirurgians a distingir entre tumors i teixits sans en temps real i millorant la precisió quirúrgica. Hafez et al. van comparar el rendiment dels microscopis tradicionals i el sistema d'imatges microquirúrgiques d'ultra alta definició (Exoscope) en la cirurgia de bypass cerebrovascular experimental, i van descobrir que, tot i que el microscopi tenia temps de sutura més curts (P <0,001), l'Exoscope tenia un millor rendiment pel que fa a la distribució de la sutura (P = 0,001). A més, l'Exoscope proporcionava una postura quirúrgica més còmoda i una visió compartida, oferint avantatges pedagògics. De la mateixa manera, Calloni et al. van comparar l'aplicació de l'Exoscope i els microscopis quirúrgics tradicionals en la formació de residents de neurocirurgia. Setze residents van realitzar tasques repetitives de reconeixement estructural en models cranials utilitzant tots dos dispositius. Els resultats van mostrar que, tot i que no hi va haver cap diferència significativa en el temps total d'operació entre els dos, l'Exoscopi va tenir un millor rendiment en la identificació d'estructures profundes i la majoria dels participants el van percebre com més intuïtiu i còmode, amb el potencial de convertir-se en un aparell convencional en el futur. Evidentment, els microscopis quirúrgics d'ultra alta definició, equipats amb pantalles d'alta definició 4K, poden proporcionar a tots els participants imatges quirúrgiques en 3D de millor qualitat, facilitant la comunicació quirúrgica, la transferència d'informació i millorant l'eficiència docent.

Cirurgia espinal

Ultra alta definiciómicroscopis quirúrgicstenen un paper fonamental en el camp de la cirurgia espinal. En proporcionar imatges tridimensionals d'alta resolució, permeten als cirurgians observar la complexa estructura anatòmica de la columna vertebral amb més claredat, incloent-hi parts subtils com ara nervis, vasos sanguinis i teixits ossis, millorant així la precisió i la seguretat de la cirurgia. Pel que fa a la correcció de l'escoliosi, els microscopis quirúrgics poden millorar la claredat de la visió quirúrgica i la capacitat de manipulació fina, ajudant els metges a identificar amb precisió les estructures neurals i els teixits malalts dins del canal espinal estret, completant així de manera segura i eficaç els procediments de descompressió i estabilització.

Sun et al. van comparar l'eficàcia i la seguretat de la cirurgia cervical anterior assistida per microscopi i la cirurgia oberta tradicional en el tractament de l'ossificació del lligament longitudinal posterior de la columna cervical. Seixanta pacients es van dividir en el grup assistit per microscopi (30 casos) i el grup de cirurgia tradicional (30 casos). Els resultats van mostrar que el grup assistit per microscopi va tenir una pèrdua de sang intraoperatòria, estada hospitalària i puntuacions de dolor postoperatori superiors en comparació amb el grup de cirurgia tradicional, i la taxa de complicacions va ser menor en el grup assistit per microscopi. De la mateixa manera, en la cirurgia de fusió espinal, Singhatanadgige et al. van comparar els efectes de l'aplicació dels microscopis quirúrgics ortopèdics i les lupes quirúrgiques en la fusió lumbar transforaminal mínimament invasiva. L'estudi va incloure 100 pacients i no va mostrar diferències significatives entre els dos grups en l'alleujament del dolor postoperatori, la millora funcional, l'ampliació del canal espinal, la taxa de fusió i les complicacions, però el microscopi va proporcionar un millor camp de visió. A més, els microscopis combinats amb la tecnologia AR s'utilitzen àmpliament en la cirurgia espinal. Per exemple, Carl et al. van establir la tecnologia AR en 10 pacients utilitzant la pantalla muntada al cap d'un microscopi quirúrgic. Els resultats van mostrar que la RA té un gran potencial d'aplicació en cirurgia degenerativa espinal, especialment en situacions anatòmiques complexes i en la formació de residents.

 

Resum i perspectives

En comparació amb els microscopis quirúrgics tradicionals, els microscopis quirúrgics d'ultra alta definició ofereixen nombrosos avantatges, com ara múltiples opcions d'augment, il·luminació estable i brillant, sistemes òptics precisos, distàncies de treball més llargues i suports ergonòmics estables. A més, les seves opcions de visualització d'alta resolució, especialment la integració amb diversos modes d'imatge i tecnologia AR, donen suport eficaç a les cirurgies guiades per imatges.

Malgrat els nombrosos avantatges dels microscopis quirúrgics, encara s'enfronten a reptes importants. A causa de la seva mida voluminosa, els microscopis quirúrgics d'ultra alta definició presenten certes dificultats operatives durant el transport entre quiròfans i el posicionament intraoperatori, cosa que pot afectar negativament la continuïtat i l'eficiència dels procediments quirúrgics. En els darrers anys, el disseny estructural dels microscopis s'ha optimitzat significativament, amb els seus portadors òptics i els cilindres de lents binoculars que admeten una àmplia gamma d'ajustos d'inclinació i rotació, millorant considerablement la flexibilitat operativa de l'equip i facilitant l'observació i el funcionament del cirurgià en una posició més natural i còmoda. A més, el desenvolupament continu de la tecnologia de visualització portàtil proporciona als cirurgians un suport visual més ergonòmic durant les operacions microquirúrgiques, cosa que ajuda a alleujar la fatiga operativa i millorar la precisió quirúrgica i la capacitat de rendiment sostingut del cirurgià. Tanmateix, a causa de la manca d'una estructura de suport, cal un reenfocament freqüent, cosa que fa que l'estabilitat de la tecnologia de visualització portàtil sigui inferior a la dels microscopis quirúrgics convencionals. Una altra solució és l'evolució de l'estructura de l'equip cap a la miniaturització i la modularització per adaptar-se amb més flexibilitat a diversos escenaris quirúrgics. Tanmateix, la reducció del volum sovint implica processos de mecanitzat de precisió i components òptics integrats d'alt cost, cosa que fa que el cost de fabricació real de l'equip sigui car.

Un altre repte dels microscopis quirúrgics d'ultra alta definició són les cremades a la pell causades per la il·luminació d'alta potència. Per proporcionar efectes visuals brillants, especialment en presència de múltiples observadors o càmeres, la font de llum ha d'emetre una llum forta, que pot cremar el teixit del pacient. S'ha informat que els microscopis quirúrgics oftàlmics també poden causar fototoxicitat a la superfície ocular i a la pel·lícula lacrimal, cosa que provoca una disminució de la funció de les cèl·lules oculars. Per tant, optimitzar la gestió de la llum, ajustar la mida del punt i la intensitat de la llum segons l'augment i la distància de treball, és particularment important per als microscopis quirúrgics. En el futur, les imatges òptiques poden introduir tecnologies d'imatges panoràmiques i reconstrucció tridimensional per ampliar el camp de visió i restaurar amb precisió la disposició tridimensional de l'àrea quirúrgica. Això permetrà als metges comprendre millor la situació general de l'àrea quirúrgica i evitar perdre informació important. Tanmateix, les imatges panoràmiques i la reconstrucció tridimensional impliquen l'adquisició, el registre i la reconstrucció en temps real d'imatges d'alta resolució, generant grans quantitats de dades. Això imposa demandes extremadament altes a l'eficiència dels algoritmes de processament d'imatges, la potència de càlcul del maquinari i els sistemes d'emmagatzematge, especialment durant la cirurgia on el rendiment en temps real és crucial, cosa que fa que aquest repte sigui encara més destacat.

Amb el ràpid desenvolupament de tecnologies com la imatge mèdica, la intel·ligència artificial i l'òptica computacional, els microscopis quirúrgics d'ultra alta definició han demostrat un gran potencial per millorar la precisió quirúrgica, la seguretat i l'experiència operativa. En el futur, els microscopis quirúrgics d'ultra alta definició poden continuar desenvolupant-se en les quatre direccions següents: (1) Pel que fa a la fabricació d'equips, la miniaturització i la modularització s'haurien d'aconseguir a costos més baixos, fent possible l'aplicació clínica a gran escala; (2) Desenvolupar modes de gestió de la llum més avançats per abordar el problema dels danys lumínics causats per la cirurgia prolongada; (3) Dissenyar algoritmes auxiliars intel·ligents que siguin precisos i lleugers per complir els requisits de rendiment computacional de l'equip; (4) Integrar profundament els sistemes quirúrgics de realitat augmentada i robòtica per proporcionar suport de plataforma per a la col·laboració remota, el funcionament precís i els processos automatitzats. En resum, els microscopis quirúrgics d'ultra alta definició evolucionaran cap a un sistema integral d'assistència quirúrgica que integra la millora d'imatges, el reconeixement intel·ligent i la retroalimentació interactiva, ajudant a construir un ecosistema digital per a la cirurgia futura.

Aquest article ofereix una visió general dels avenços en les tecnologies clau comunes dels microscopis quirúrgics d'ultraalta definició, amb un enfocament en la seva aplicació i desenvolupament en procediments quirúrgics. Amb la millora de la resolució, els microscopis d'ultraalta definició tenen un paper fonamental en camps com la neurocirurgia, l'oftalmologia, l'otorinolaringologia i la cirurgia espinal. Especialment, la integració de la tecnologia de navegació de precisió intraoperatòria en cirurgies mínimament invasives ha elevat la precisió i la seguretat d'aquests procediments. De cara al futur, a mesura que avancin la intel·ligència artificial i les tecnologies robòtiques, els microscopis d'ultraalta definició oferiran un suport quirúrgic més eficient i intel·ligent, impulsant la progressió de les cirurgies mínimament invasives i la col·laboració remota, elevant així encara més la seguretat i l'eficiència quirúrgiques.