Avances tecnolóxicos e aplicacións clínicas dos microscopios cirúrxicos de ultraalta definición

 

Microscopios cirúrxicosdesempeñan un papel extremadamente importante nos campos da medicina moderna, especialmente en campos de alta precisión como a neurocirurxía, a oftalmoloxía, a otorrinolaringoloxía e a cirurxía minimamente invasiva, onde se converteron en equipos básicos indispensables. Coas súas capacidades de gran aumento,Microscopios cirúrxicosproporcionan unha visión detallada, o que permite aos cirurxiáns observar detalles invisibles a simple vista, como as fibras nerviosas, os vasos sanguíneos e as capas de tecido, o que axuda aos médicos a evitar danar o tecido san durante a cirurxía. Especialmente en neurocirurxía, o alto aumento do microscopio permite a localización precisa de tumores ou tecidos enfermos, garantindo marxes de resección claras e evitando danos nos nervios críticos, mellorando así a calidade da recuperación posoperatoria dos pacientes.

Os microscopios cirúrxicos tradicionais adoitan estar equipados con sistemas de visualización de resolución estándar, capaces de proporcionar información visual suficiente para satisfacer necesidades cirúrxicas complexas. Non obstante, co rápido desenvolvemento da tecnoloxía médica, especialmente cos avances no campo da tecnoloxía visual, a calidade de imaxe dos microscopios cirúrxicos converteuse gradualmente nun factor importante para mellorar a precisión cirúrxica. En comparación cos microscopios cirúrxicos tradicionais, os microscopios de ultraalta definición poden presentar máis detalles. Ao introducir sistemas de visualización e imaxe con resolucións de 4K, 8K ou incluso superiores, os microscopios cirúrxicos de ultraalta definición permiten aos cirurxiáns identificar e manipular con maior precisión pequenas lesións e estruturas anatómicas, o que mellora enormemente a precisión e a seguridade da cirurxía. Coa integración continua da tecnoloxía de procesamento de imaxes, a intelixencia artificial e a realidade virtual, os microscopios cirúrxicos de ultraalta definición non só melloran a calidade da imaxe, senón que tamén proporcionan un soporte máis intelixente para a cirurxía, impulsando os procedementos cirúrxicos cara a unha maior precisión e un menor risco.

 

Aplicación clínica do microscopio de ultraalta definición

Coa continua innovación da tecnoloxía de imaxe, os microscopios de ultraalta definición están a xogar gradualmente un papel fundamental nas aplicacións clínicas, grazas á súa resolución extremadamente alta, excelente calidade de imaxe e capacidades de observación dinámica en tempo real.

Oftalmoloxía

A cirurxía oftalmolóxica require unha operación precisa, o que impón uns altos estándares técnicosmicroscopios cirúrxicos oftálmicosPor exemplo, na incisión corneal con láser de femtosegundos, o microscopio cirúrxico pode proporcionar un gran aumento para observar a cámara anterior, a incisión central do globo ocular e comprobar a posición da incisión. Na cirurxía oftalmolóxica, a iluminación é crucial. O microscopio non só proporciona efectos visuais óptimos con menor intensidade de luz, senón que tamén produce unha reflexión especial da luz vermella, que axuda en todo o proceso de cirurxía de cataratas. Ademais, a tomografía de coherencia óptica (OCT) úsase amplamente na cirurxía oftalmolóxica para a visualización subsuperficial. Pode proporcionar imaxes transversais, superando a limitación do propio microscopio, que non pode ver os tecidos finos debido á observación frontal. Por exemplo, Kapeller et al. utilizaron unha pantalla 4K-3D e unha tableta para mostrar automaticamente estereoscopicamente o diagrama de efectos da OCT integrada no microscopio (miOCT) (4D-miOCT). Baseándose nos comentarios subxectivos do usuario, a avaliación cuantitativa do rendemento e varias medicións cuantitativas, demostraron a viabilidade de usar unha pantalla 4K-3D como substituto da 4D-miOCT nun microscopio de luz branca. Ademais, no estudo de Lata et al., ao recoller casos de 16 pacientes con glaucoma conxénito acompañado de diana, empregaron un microscopio con función miOCT para observar o proceso cirúrxico en tempo real. Ao avaliar datos clave como parámetros preoperatorios, detalles cirúrxicos, complicacións posoperatorias, agudeza visual final e grosor corneal, demostraron finalmente que a miOCT pode axudar aos médicos a identificar estruturas dos tecidos, optimizar operacións e reducir o risco de complicacións durante a cirurxía. Non obstante, a pesar de que a OCT se está a converter gradualmente nunha poderosa ferramenta auxiliar na cirurxía vítreorretiniana, especialmente en casos complexos e cirurxías novas (como a terapia xénica), algúns médicos cuestionan se realmente pode mellorar a eficiencia clínica debido ao seu alto custo e á súa longa curva de aprendizaxe.

Otorrinolaringoloxía

A cirurxía otorrinolaringolóxica é outro campo cirúrxico que utiliza microscopios cirúrxicos. Debido á presenza de cavidades profundas e estruturas delicadas nos trazos faciais, a ampliación e a iluminación son cruciais para os resultados cirúrxicos. Aínda que os endoscopios ás veces poden proporcionar unha mellor visión de áreas cirúrxicas estreitas,microscopios cirúrxicos de ultra alta definiciónofrecen percepción da profundidade, o que permite a ampliación de rexións anatómicas estreitas como a cóclea e os seos paranasais, axudando aos médicos no tratamento de afeccións como a otite media e os pólipos nasais. Por exemplo, Dundar et al. compararon os efectos dos métodos de microscopio e endoscopia para a cirurxía do estribo no tratamento da otosclerose, recompilando datos de 84 pacientes diagnosticados con otosclerose que se someteron a unha cirurxía entre 2010 e 2020. Usando o cambio na diferenza de condución aero-ósea antes e despois da cirurxía como indicador de medición, os resultados finais mostraron que, aínda que ambos os métodos tiveron efectos similares na mellora da audición, os microscopios cirúrxicos eran máis fáciles de operar e tiñan unha curva de aprendizaxe máis curta. Do mesmo xeito, nun estudo prospectivo realizado por Ashfaq et al., o equipo de investigación realizou unha parotidectomía asistida por microscopio en 70 pacientes con tumores da glándula parótida entre 2020 e 2023, centrándose na avaliación do papel dos microscopios na identificación e protección do nervio facial. Os resultados indicaron que os microscopios tiñan vantaxes significativas para mellorar a claridade do campo cirúrxico, identificar con precisión o tronco principal e as ramas do nervio facial, reducir a tracción nerviosa e a hemostase, o que os converte nunha ferramenta importante para mellorar as taxas de preservación do nervio facial. Ademais, a medida que as cirurxías se volven cada vez máis complexas e precisas, a integración da RA e varios modos de imaxe cos microscopios cirúrxicos permite aos cirurxiáns realizar cirurxías guiadas por imaxe.

Neurocirurxía

Aplicación da ultraalta definiciónmicroscopios cirúrxicos en neurocirurxíapasou da observación óptica tradicional á dixitalización, á realidade aumentada (RA) e á asistencia intelixente. Por exemplo, Draxinger et al. utilizaron un microscopio combinado cun sistema MHz-OCT de desenvolvemento propio, que proporciona imaxes tridimensionais de alta resolución a través dunha frecuencia de varrido de 1,6 MHz, axudando con éxito aos cirurxiáns a distinguir entre tumores e tecidos sans en tempo real e mellorando a precisión cirúrxica. Hafez et al. compararon o rendemento dos microscopios tradicionais e o sistema de imaxe microcirúrxica de ultra alta definición (Exoscope) na cirurxía de bypass cerebrovascular experimental, descubrindo que, aínda que o microscopio tiña tempos de sutura máis curtos (P < 0,001), o Exoscope tiña un mellor rendemento en termos de distribución de suturas (P = 0,001). Ademais, o Exoscope proporcionaba unha postura cirúrxica máis cómoda e unha visión compartida, ofrecendo vantaxes pedagóxicas. Do mesmo xeito, Calloni et al. compararon a aplicación do Exoscope e os microscopios cirúrxicos tradicionais na formación de residentes de neurocirurxía. Dezaseis residentes realizaron tarefas repetitivas de recoñecemento estrutural en modelos craniais utilizando ambos os dispositivos. Os resultados mostraron que, aínda que non houbo unha diferenza significativa no tempo total de operación entre os dous, o Exoscope tivo un mellor rendemento na identificación de estruturas profundas e a maioría dos participantes percibírono como máis intuitivo e cómodo, co potencial de converterse en algo común no futuro. Evidentemente, os microscopios cirúrxicos de ultraalta definición, equipados con pantallas de alta definición 4K, poden proporcionar a todos os participantes imaxes cirúrxicas en 3D de mellor calidade, facilitando a comunicación cirúrxica, a transferencia de información e mellorando a eficiencia da docencia.

Cirurxía da columna vertebral

Ultraalta definiciónmicroscopios cirúrxicosdesempeñan un papel fundamental no campo da cirurxía da columna vertebral. Ao proporcionar imaxes tridimensionais de alta resolución, permiten aos cirurxiáns observar a complexa estrutura anatómica da columna vertebral con maior claridade, incluíndo partes sutís como nervios, vasos sanguíneos e tecidos óseos, mellorando así a precisión e a seguridade da cirurxía. En termos de corrección da escoliose, os microscopios cirúrxicos poden mellorar a claridade da visión cirúrxica e a capacidade de manipulación fina, axudando aos médicos a identificar con precisión as estruturas neurais e os tecidos enfermos dentro do estreito canal espiñal, completando así de forma segura e eficaz os procedementos de descompresión e estabilización.

Sun et al. compararon a eficacia e a seguridade da cirurxía cervical anterior asistida por microscopio e a cirurxía aberta tradicional no tratamento da osificación do ligamento lonxitudinal posterior da columna cervical. Sesenta pacientes foron divididos no grupo asistido por microscopio (30 casos) e no grupo de cirurxía tradicional (30 casos). Os resultados mostraron que o grupo asistido por microscopio tivo unha perda de sangue intraoperatoria, estadía hospitalaria e puntuacións de dor posoperatoria superiores en comparación co grupo de cirurxía tradicional, e a taxa de complicacións foi menor no grupo asistido por microscopio. Do mesmo xeito, na cirurxía de fusión espiñal, Singhatanadgige et al. compararon os efectos da aplicación de microscopios cirúrxicos ortopédicos e lupas cirúrxicas na fusión lumbar transforaminal minimamente invasiva. O estudo incluíu a 100 pacientes e non mostrou diferenzas significativas entre os dous grupos no alivio da dor posoperatoria, a mellora funcional, o agrandamento do canal espiñal, a taxa de fusión e as complicacións, pero o microscopio proporcionou un mellor campo de visión. Ademais, os microscopios combinados coa tecnoloxía de RA úsanse amplamente na cirurxía espiñal. Por exemplo, Carl et al. estableceron a tecnoloxía de RA en 10 pacientes usando a pantalla montada na cabeza dun microscopio cirúrxico. Os resultados mostraron que a RA ten un gran potencial para a súa aplicación na cirurxía dexenerativa da columna vertebral, especialmente en situacións anatómicas complexas e na formación de residentes.

 

Resumo e perspectivas

En comparación cos microscopios cirúrxicos tradicionais, os microscopios cirúrxicos de ultra alta definición ofrecen numerosas vantaxes, como múltiples opcións de aumento, iluminación estable e brillante, sistemas ópticos precisos, distancias de traballo estendidas e soportes ergonómicos estables. Ademais, as súas opcións de visualización de alta resolución, especialmente a integración con varios modos de imaxe e tecnoloxía de realidade aumentada, permiten realizar cirurxías guiadas por imaxe de forma eficaz.

A pesar das numerosas vantaxes dos microscopios cirúrxicos, aínda enfróntanse a desafíos significativos. Debido ao seu tamaño voluminoso, os microscopios cirúrxicos de ultra alta definición presentan certas dificultades operativas durante o transporte entre quirófanos e o posicionamento intraoperatorio, o que pode afectar negativamente á continuidade e á eficiencia dos procedementos cirúrxicos. Nos últimos anos, o deseño estrutural dos microscopios optimizouse significativamente, cos seus soportes ópticos e os cilindros de lentes binoculares que admiten unha ampla gama de axustes de inclinación e rotación, mellorando enormemente a flexibilidade operativa do equipo e facilitando a observación e o funcionamento do cirurxián nunha posición máis natural e cómoda. Ademais, o desenvolvemento continuo da tecnoloxía de pantallas portátiles proporciona aos cirurxiáns un soporte visual máis ergonómico durante as operacións microcirúrxicas, axudando a aliviar a fatiga operativa e mellorar a precisión cirúrxica e a capacidade de rendemento sostido do cirurxián. Non obstante, debido á falta dunha estrutura de soporte, requírese un reenfoque frecuente, o que fai que a estabilidade da tecnoloxía de pantallas portátiles sexa inferior á dos microscopios cirúrxicos convencionais. Outra solución é a evolución da estrutura do equipo cara á miniaturización e á modularización para adaptarse con maior flexibilidade a diversos escenarios cirúrxicos. Non obstante, a redución do volume adoita implicar procesos de mecanizado de precisión e compoñentes ópticos integrados de alto custo, o que encarece o custo real de fabricación do equipo.

Outro desafío dos microscopios cirúrxicos de ultra alta definición son as queimaduras na pel causadas pola iluminación de alta potencia. Para proporcionar efectos visuais brillantes, especialmente en presenza de varios observadores ou cámaras, a fonte de luz debe emitir unha luz forte, que pode queimar o tecido do paciente. Informouse de que os microscopios cirúrxicos oftálmicos tamén poden causar fototoxicidade na superficie ocular e na película lagrimal, o que leva a unha diminución da función das células oculares. Polo tanto, a optimización da xestión da luz, axustando o tamaño do punto e a intensidade da luz segundo o aumento e a distancia de traballo, é particularmente importante para os microscopios cirúrxicos. No futuro, a imaxe óptica pode introducir tecnoloxías de imaxe panorámica e reconstrución tridimensional para ampliar o campo de visión e restaurar con precisión a disposición tridimensional da área cirúrxica. Isto permitirá aos médicos comprender mellor a situación xeral da área cirúrxica e evitar perder información importante. Non obstante, a imaxe panorámica e a reconstrución tridimensional implican a adquisición, o rexistro e a reconstrución en tempo real de imaxes de alta resolución, xerando enormes cantidades de datos. Isto impón unhas demandas extremadamente altas na eficiencia dos algoritmos de procesamento de imaxes, a potencia informática do hardware e os sistemas de almacenamento, especialmente durante a cirurxía onde o rendemento en tempo real é crucial, o que fai que este desafío sexa aínda máis destacado.

Co rápido desenvolvemento de tecnoloxías como a imaxe médica, a intelixencia artificial e a óptica computacional, os microscopios cirúrxicos de ultraalta definición demostraron un gran potencial para mellorar a precisión cirúrxica, a seguridade e a experiencia operativa. No futuro, os microscopios cirúrxicos de ultraalta definición poderían seguir desenvolvéndose nas seguintes catro direccións: (1) En termos de fabricación de equipos, a miniaturización e a modularización deberían lograrse a custos máis baixos, facendo posible a aplicación clínica a grande escala; (2) Desenvolver modos de xestión da luz máis avanzados para abordar o problema dos danos por luz causados ​​pola cirurxía prolongada; (3) Deseñar algoritmos auxiliares intelixentes que sexan precisos e lixeiros para cumprir os requisitos de rendemento computacional do equipo; (4) Integrar profundamente os sistemas cirúrxicos de realidade aumentada e robóticos para proporcionar soporte de plataforma para a colaboración remota, o funcionamento preciso e os procesos automatizados. En resumo, os microscopios cirúrxicos de ultraalta definición evolucionarán cara a un sistema integral de asistencia cirúrxica que integra a mellora da imaxe, o recoñecemento intelixente e a retroalimentación interactiva, axudando a construír un ecosistema dixital para a cirurxía futura.

Este artigo ofrece unha visión xeral dos avances nas tecnoloxías clave comúns dos microscopios cirúrxicos de ultraalta definición, centrándose na súa aplicación e desenvolvemento en procedementos cirúrxicos. Coa mellora da resolución, os microscopios de ultraalta definición están a desempeñar un papel fundamental en campos como a neurocirurxía, a oftalmoloxía, a otorrinolaringoloxía e a cirurxía da columna vertebral. En especial, a integración da tecnoloxía de navegación de precisión intraoperatoria en cirurxías minimamente invasivas elevou a precisión e a seguridade destes procedementos. De cara ao futuro, a medida que avancen a intelixencia artificial e as tecnoloxías robóticas, os microscopios de ultraalta definición ofrecerán un soporte cirúrxico máis eficiente e intelixente, impulsando a progresión das cirurxías minimamente invasivas e a colaboración remota, elevando así aínda máis a seguridade e a eficiencia cirúrxicas.