El desenvolupament de la imatge òptica en microscopis quirúrgics basats en vídeo

En el camp de la medicina, la cirurgia és sens dubte el mitjà principal per tractar la gran majoria de malalties, i juga un paper crucial en el tractament precoç del càncer. La clau de l'èxit de la cirurgia d'un cirurgià rau en la visualització clara de la secció patològica després de la dissecció.Microscopis quirúrgicss'han utilitzat àmpliament en cirurgia mèdica a causa del seu fort sentit de tridimensionalitat, alta definició i alta resolució. Tanmateix, l'estructura anatòmica de la part patològica és intricada i complexa, i la majoria d'elles són adjacents a teixits orgànics importants. Les estructures mil·limètriques a micromètriques han superat amb escreix el rang que pot observar l'ull humà. A més, el teixit vascular del cos humà és estret i concorregut, i la il·luminació és insuficient. Qualsevol petita desviació pot causar danys al pacient, afectar l'efecte quirúrgic i fins i tot posar en perill la vida. Per tant, la investigació i el desenvolupamentOperatiumicroscopisamb un augment suficient i imatges visuals clares és un tema que els investigadors continuen explorant en profunditat.

Actualment, les tecnologies digitals com la imatge i el vídeo, la transmissió d'informació i l'enregistrament fotogràfic estan entrant al camp de la microcirurgia amb nous avantatges. Aquestes tecnologies no només influeixen profundament en els estils de vida humans, sinó que també s'estan integrant gradualment en el camp de la microcirurgia. Les pantalles d'alta definició, les càmeres, etc. poden satisfer eficaçment els requisits actuals de precisió quirúrgica. Els sistemes de vídeo amb CCD, CMOS i altres sensors d'imatge com a superfícies receptores s'han aplicat gradualment als microscopis quirúrgics. Microscopis quirúrgics de vídeosón altament flexibles i convenients per als metges. La introducció de tecnologies avançades com ara sistemes de navegació, pantalles 3D, qualitat d'imatge d'alta definició, realitat augmentada (RA), etc., que permeten compartir la vista entre diverses persones durant el procés quirúrgic, ajuda encara més els metges a realitzar millor les operacions intraoperatòries.

La imatge òptica del microscopi és el principal determinant de la qualitat de la imatge del microscopi. La imatge òptica dels microscopis quirúrgics de vídeo té característiques de disseny úniques, utilitzant components òptics avançats i tecnologies d'imatge com ara sensors CMOS o CCD d'alta resolució i alt contrast, així com tecnologies clau com el zoom òptic i la compensació òptica. Aquestes tecnologies milloren eficaçment la claredat i la qualitat de la imatge dels microscopis, proporcionant una bona garantia visual per a les operacions quirúrgiques. A més, combinant la tecnologia d'imatge òptica amb el processament digital, s'han aconseguit imatges dinàmiques en temps real i reconstrucció 3D, proporcionant als cirurgians una experiència visual més intuïtiva. Per tal de millorar encara més la qualitat de la imatge òptica dels microscopis quirúrgics de vídeo, els investigadors exploren constantment nous mètodes d'imatge òptica, com ara imatges de fluorescència, imatges de polarització, imatges multiespectrals, etc., per millorar la resolució i la profunditat de la imatge dels microscopis; Utilitzant tecnologia d'intel·ligència artificial per al postprocessament de dades d'imatges òptiques per millorar la claredat i el contrast de la imatge.

En els primers procediments quirúrgics,microscopis binocularses van utilitzar principalment com a eines auxiliars. Un microscopi binocular és un instrument que utilitza prismes i lents per aconseguir una visió estereoscòpica. Pot proporcionar una percepció de profunditat i una visió estereoscòpica que els microscopis monoculars no tenen. A mitjans del segle XX, von Zehender va ser pioner en l'aplicació de lupes binoculars en exàmens oftalmològics mèdics. Posteriorment, Zeiss va introduir una lupa binocular amb una distància de treball de 25 cm, establint les bases per al desenvolupament de la microcirurgia moderna. Pel que fa a la imatge òptica dels microscopis quirúrgics binoculars, la distància de treball dels primers microscopis binoculars era de 75 mm. Amb el desenvolupament i la innovació d'instruments mèdics, es va introduir el primer microscopi quirúrgic OPMI1, i la distància de treball pot arribar als 405 mm. L'augment també augmenta constantment, i les opcions d'augment augmenten constantment. Amb l'avanç continu dels microscopis binoculars, els seus avantatges, com ara l'efecte estereoscòpic viu, l'alta claredat i la llarga distància de treball, han fet que els microscopis quirúrgics binoculars s'utilitzin àmpliament en diversos departaments. Tanmateix, no es pot ignorar la limitació de la seva gran mida i petita profunditat, i el personal mèdic ha de calibrar i concentrar-se amb freqüència durant la cirurgia, cosa que augmenta la dificultat de l'operació. A més, els cirurgians que se centren en l'observació i l'operació d'instruments visuals durant molt de temps no només augmenten la seva càrrega física, sinó que tampoc compleixen els principis ergonòmics. Els metges han de mantenir una postura fixa per realitzar exàmens quirúrgics als pacients, i també calen ajustaments manuals, cosa que fins a cert punt augmenta la dificultat de les operacions quirúrgiques.

Després de la dècada del 1990, els sistemes de càmeres i els sensors d'imatge van començar a integrar-se gradualment a la pràctica quirúrgica, demostrant un potencial d'aplicació significatiu. El 1991, Berci va desenvolupar de manera innovadora un sistema de vídeo per visualitzar zones quirúrgiques, amb un rang de distància de treball ajustable de 150-500 mm i diàmetres d'objectes observables que oscil·laven entre els 15 i els 25 mm, mantenint alhora una profunditat de camp entre 10 i 20 mm. Tot i que els elevats costos de manteniment de les lents i les càmeres en aquell moment limitaven l'aplicació generalitzada d'aquesta tecnologia en molts hospitals, els investigadors van continuar perseguint la innovació tecnològica i van començar a desenvolupar microscopis quirúrgics basats en vídeo més avançats. En comparació amb els microscopis quirúrgics binoculars, que requereixen un llarg període de temps per mantenir aquest mode de treball inalterat, pot provocar fàcilment fatiga física i mental. El microscopi quirúrgic de tipus vídeo projecta la imatge ampliada al monitor, evitant una mala postura prolongada del cirurgià. Els microscopis quirúrgics basats en vídeo alliberen els metges d'una sola postura, permetent-los operar en llocs anatòmics a través de pantalles d'alta definició.

En els darrers anys, amb el ràpid avenç de la tecnologia d'intel·ligència artificial, els microscopis quirúrgics s'han anat tornant gradualment intel·ligents, i els microscopis quirúrgics basats en vídeo s'han convertit en productes principals al mercat. L'actual microscopi quirúrgic basat en vídeo combina tecnologies de visió per computador i aprenentatge profund per aconseguir el reconeixement, la segmentació i l'anàlisi automatitzats d'imatges. Durant el procés quirúrgic, els microscopis quirúrgics intel·ligents basats en vídeo poden ajudar els metges a localitzar ràpidament els teixits malalts i millorar la precisió quirúrgica.

En el procés de desenvolupament, des dels microscopis binoculars fins als microscopis quirúrgics basats en vídeo, no és difícil constatar que els requisits de precisió, eficiència i seguretat en cirurgia augmenten dia a dia. Actualment, la demanda d'imatges òptiques de microscopis quirúrgics no es limita a augmentar les parts patològiques, sinó que és cada cop més diversificada i eficient. En medicina clínica, els microscopis quirúrgics s'utilitzen àmpliament en cirurgies neurològiques i espinals mitjançant mòduls de fluorescència integrats amb realitat augmentada. El sistema de navegació AR pot facilitar la cirurgia espinal complexa de forat de pany, i els agents fluorescents poden guiar els metges per eliminar completament els tumors cerebrals. A més, els investigadors han aconseguit amb èxit la detecció automàtica de pòlips de cordes vocals i leucoplàsies mitjançant un microscopi quirúrgic hiperespectral combinat amb algoritmes de classificació d'imatges. Els microscopis quirúrgics de vídeo s'han utilitzat àmpliament en diversos camps quirúrgics com la tiroidectomia, la cirurgia de retina i la cirurgia limfàtica, combinant-los amb imatges de fluorescència, imatges multiespectrals i tecnologies intel·ligents de processament d'imatges.

En comparació amb els microscopis quirúrgics binoculars, els microscopis de vídeo poden proporcionar l'intercanvi de vídeo multiusuari, imatges quirúrgiques d'alta definició i són més ergonòmics, cosa que redueix la fatiga del metge. El desenvolupament de la imatge òptica, la digitalització i la intel·ligència ha millorat considerablement el rendiment dels sistemes òptics de microscopi quirúrgic, i la imatge dinàmica en temps real, la realitat augmentada i altres tecnologies han ampliat considerablement les funcions i els mòduls dels microscopis quirúrgics basats en vídeo.

La imatge òptica dels futurs microscopis quirúrgics basats en vídeo serà més precisa, eficient i intel·ligent, proporcionant als metges informació del pacient més completa, detallada i tridimensional per guiar millor les operacions quirúrgiques. Mentrestant, amb l'avanç continu de la tecnologia i l'expansió dels camps d'aplicació, aquest sistema també s'aplicarà i es desenvoluparà en més camps.