O desenvolvemento da imaxe óptica en microscopios cirúrxicos baseados en vídeo

No campo da medicina, a cirurxía é sen dúbida o medio fundamental para tratar a gran maioría das enfermidades, desempeñando especialmente un papel crucial no tratamento precoz do cancro. A clave do éxito da cirurxía dun cirurxián reside na visualización clara da sección patolóxica despois da disección.Microscopios cirúrxicosforon amplamente utilizados en cirurxía médica debido á súa forte sensación de tridimensionalidade, alta definición e alta resolución. Non obstante, a estrutura anatómica da parte patolóxica é intrincada e complexa, e a maioría delas están adxacentes a tecidos orgánicos importantes. As estruturas milimétricas a micrométricas superaron con creces o rango que pode ser observado polo ollo humano. Ademais, o tecido vascular do corpo humano é estreito e ateigado, e a iluminación é insuficiente. Calquera pequena desviación pode causar danos ao paciente, afectar o efecto cirúrxico e incluso poñer en perigo a vida. Polo tanto, a investigación e o desenvolvementoFuncionamentomicroscopioscon aumento suficiente e imaxes visuais nítidas é un tema que os investigadores continúan a explorar en profundidade.

Actualmente, as tecnoloxías dixitais como a imaxe e o vídeo, a transmisión de información e o rexistro fotográfico están a entrar no campo da microcirurxía con novas vantaxes. Estas tecnoloxías non só están a influír profundamente nos estilos de vida humanos, senón que tamén se están a integrar gradualmente no campo da microcirurxía. As pantallas de alta definición, as cámaras, etc., poden cumprir eficazmente os requisitos actuais de precisión cirúrxica. Os sistemas de vídeo con CCD, CMOS e outros sensores de imaxe como superficies receptoras aplicáronse gradualmente aos microscopios cirúrxicos. Microscopios cirúrxicos de vídeoson moi flexibles e cómodos de operar para os médicos. A introdución de tecnoloxías avanzadas como o sistema de navegación, a pantalla 3D, a calidade de imaxe de alta definición, a realidade aumentada (RA), etc., que permiten compartir a vista entre varias persoas durante o proceso cirúrxico, axuda aínda máis aos médicos a realizar mellor as operacións intraoperatorias.

A imaxe óptica do microscopio é o principal determinante da calidade da imaxe do microscopio. A imaxe óptica dos microscopios cirúrxicos de vídeo ten características de deseño únicas, utilizando compoñentes ópticos avanzados e tecnoloxías de imaxe como sensores CMOS ou CCD de alta resolución e alto contraste, así como tecnoloxías clave como o zoom óptico e a compensación óptica. Estas tecnoloxías melloran eficazmente a claridade e a calidade da imaxe dos microscopios, proporcionando unha boa garantía visual para as operacións cirúrxicas. Ademais, ao combinar a tecnoloxía de imaxe óptica co procesamento dixital, conseguíronse imaxes dinámicas en tempo real e reconstrución 3D, o que proporciona aos cirurxiáns unha experiencia visual máis intuitiva. Co fin de mellorar aínda máis a calidade da imaxe óptica dos microscopios cirúrxicos de vídeo, os investigadores exploran constantemente novos métodos de imaxe óptica, como a imaxe de fluorescencia, a imaxe de polarización, a imaxe multiespectral, etc., para mellorar a resolución e a profundidade da imaxe dos microscopios; Utilizando a tecnoloxía de intelixencia artificial para o posprocesamento de datos de imaxe óptica para mellorar a claridade e o contraste da imaxe.

Nos primeiros procedementos cirúrxicos,microscopios binocularesempregábanse principalmente como ferramentas auxiliares. Un microscopio binocular é un instrumento que usa prismas e lentes para lograr unha visión estereoscópica. Pode proporcionar unha percepción da profundidade e unha visión estereoscópica que os microscopios monoculares non teñen. A mediados do século XX, von Zehender foi pioneiro na aplicación de lupas binoculares en exames oftalmológicos médicos. Posteriormente, Zeiss introduciu unha lupa binocular cunha distancia de traballo de 25 cm, sentando as bases para o desenvolvemento da microcirurxía moderna. En termos de imaxe óptica dos microscopios cirúrxicos binoculares, a distancia de traballo dos primeiros microscopios binoculares era de 75 mm. Co desenvolvemento e a innovación dos instrumentos médicos, introduciuse o primeiro microscopio cirúrxico OPMI1, e a distancia de traballo pode alcanzar os 405 mm. O aumento tamén está en constante aumento e as opcións de aumento tamén o están a facer. Co avance continuo dos microscopios binoculares, as súas vantaxes, como o efecto estereoscópico vívido, a alta claridade e a longa distancia de traballo, fixeron que os microscopios cirúrxicos binoculares sexan amplamente utilizados en varios departamentos. Non obstante, non se pode ignorar a limitación do seu gran tamaño e pequena profundidade, e o persoal médico necesita calibrar e concentrarse con frecuencia durante a cirurxía, o que aumenta a dificultade da operación. Ademais, os cirurxiáns que se centran na observación e operación de instrumentos visuais durante moito tempo non só aumentan a súa carga física, senón que tampouco cumpren cos principios ergonómicos. Os médicos deben manter unha postura fixa para realizar exames cirúrxicos aos pacientes e tamén se requiren axustes manuais, o que ata certo punto aumenta a dificultade das operacións cirúrxicas.

Despois da década de 1990, os sistemas de cámaras e os sensores de imaxe comezaron a integrarse gradualmente na práctica cirúrxica, demostrando un potencial de aplicación significativo. En 1991, Berci desenvolveu de forma innovadora un sistema de vídeo para visualizar áreas cirúrxicas, cun rango de distancia de traballo axustable de 150-500 mm e diámetros de obxectos observables que oscilaban entre 15 e 25 mm, mantendo unha profundidade de campo entre 10 e 20 mm. Aínda que os altos custos de mantemento das lentes e as cámaras naquel momento limitaban a aplicación xeneralizada desta tecnoloxía en moitos hospitais, os investigadores continuaron buscando a innovación tecnolóxica e comezaron a desenvolver microscopios cirúrxicos baseados en vídeo máis avanzados. En comparación cos microscopios cirúrxicos binoculares, que requiren un longo período de tempo para manter este modo de traballo inalterado, pode levar facilmente á fatiga física e mental. O microscopio cirúrxico de tipo vídeo proxecta a imaxe ampliada no monitor, evitando unha mala postura prolongada do cirurxián. Os microscopios cirúrxicos baseados en vídeo liberan aos médicos dunha única postura, permitíndolles operar en sitios anatómicos a través de pantallas de alta definición.

Nos últimos anos, co rápido avance da tecnoloxía da intelixencia artificial, os microscopios cirúrxicos volvéronse gradualmente intelixentes, e os microscopios cirúrxicos baseados en vídeo convertéronse en produtos convencionais no mercado. O microscopio cirúrxico baseado en vídeo actual combina tecnoloxías de visión por computador e aprendizaxe profunda para lograr o recoñecemento, a segmentación e a análise automatizados de imaxes. Durante o proceso cirúrxico, os microscopios cirúrxicos intelixentes baseados en vídeo poden axudar aos médicos a localizar rapidamente os tecidos enfermos e mellorar a precisión cirúrxica.

No proceso de desenvolvemento desde os microscopios binoculares ata os microscopios cirúrxicos baseados en vídeo, non é difícil constatar que os requisitos de precisión, eficiencia e seguridade na cirurxía aumentan día a día. Actualmente, a demanda de imaxes ópticas para microscopios cirúrxicos non se limita á ampliación de partes patolóxicas, senón que é cada vez máis diversificada e eficiente. Na medicina clínica, os microscopios cirúrxicos úsanse amplamente en cirurxías neurolóxicas e da columna vertebral a través de módulos de fluorescencia integrados con realidade aumentada. O sistema de navegación AR pode facilitar a cirurxía complexa da columna vertebral con espiña dorsal e os axentes fluorescentes poden guiar aos médicos para eliminar completamente os tumores cerebrais. Ademais, os investigadores lograron con éxito a detección automática de pólipos das cordas vocais e leucoplasia mediante un microscopio cirúrxico hiperespectral combinado con algoritmos de clasificación de imaxes. Os microscopios cirúrxicos de vídeo utilizáronse amplamente en varios campos cirúrxicos, como a tiroidectomía, a cirurxía da retina e a cirurxía linfática, combinándoos con imaxes de fluorescencia, imaxes multiespectrais e tecnoloxías intelixentes de procesamento de imaxes.

En comparación cos microscopios cirúrxicos binoculares, os microscopios de vídeo poden proporcionar compartición de vídeo multiusuario, imaxes cirúrxicas de alta definición e son máis ergonómicos, o que reduce a fatiga do médico. O desenvolvemento da imaxe óptica, a dixitalización e a intelixencia mellorou moito o rendemento dos sistemas ópticos de microscopios cirúrxicos, e a imaxe dinámica en tempo real, a realidade aumentada e outras tecnoloxías ampliaron enormemente as funcións e os módulos dos microscopios cirúrxicos baseados en vídeo.

A imaxe óptica dos futuros microscopios cirúrxicos baseados en vídeo será máis precisa, eficiente e intelixente, o que proporcionará aos médicos información do paciente máis completa, detallada e tridimensional para guiar mellor as operacións cirúrxicas. Mentres tanto, co avance continuo da tecnoloxía e a expansión dos campos de aplicación, este sistema tamén se aplicará e desenvolverá en máis campos.