Teknologiske fremskridt og kliniske anvendelser af ultra-højopløsnings kirurgiske mikroskoper

 

Kirurgiske mikroskoperspiller en yderst vigtig rolle inden for moderne medicinske områder, især inden for højpræcisionsområder som neurokirurgi, oftalmologi, øre-næse-hals-kirurgi og minimalt invasiv kirurgi, hvor de er blevet uundværligt basisudstyr. Med høje forstørrelsesmuligheder,Operationsmikroskopergiver et detaljeret overblik, der gør det muligt for kirurger at observere detaljer, der er usynlige for det blotte øje, såsom nervefibre, blodkar og vævslag, og dermed hjælpe læger med at undgå at beskadige sundt væv under operationen. Især inden for neurokirurgi muliggør mikroskopets høje forstørrelse præcis lokalisering af tumorer eller sygt væv, hvilket sikrer klare resektionsmarginer og undgår skader på kritiske nerver, hvilket forbedrer kvaliteten af ​​patienternes postoperative rekonvalescens.

Traditionelle kirurgiske mikroskoper er typisk udstyret med displaysystemer med standardopløsning, der er i stand til at give tilstrækkelig visuel information til at understøtte komplekse kirurgiske behov. Men med den hurtige udvikling af medicinsk teknologi, især gennembrud inden for visuel teknologi, er billedkvaliteten af ​​kirurgiske mikroskoper gradvist blevet en vigtig faktor i forbedringen af ​​kirurgisk præcision. Sammenlignet med traditionelle kirurgiske mikroskoper kan ultra-high-definition mikroskoper præsentere flere detaljer. Ved at introducere display- og billeddannelsessystemer med opløsninger på 4K, 8K eller endda højere, gør ultra-high-definition kirurgiske mikroskoper det muligt for kirurger at identificere og manipulere små læsioner og anatomiske strukturer mere præcist, hvilket i høj grad forbedrer præcisionen og sikkerheden ved kirurgi. Med den kontinuerlige integration af billedbehandlingsteknologi, kunstig intelligens og virtual reality forbedrer ultra-high-definition kirurgiske mikroskoper ikke kun billedkvaliteten, men giver også mere intelligent understøttelse af kirurgi, hvilket driver kirurgiske procedurer mod højere præcision og lavere risiko.

 

Klinisk anvendelse af ultra-high-definition mikroskop

Med den kontinuerlige innovation inden for billeddannelsesteknologi spiller ultra-HD-mikroskoper gradvist en central rolle i kliniske anvendelser takket være deres ekstremt høje opløsning, fremragende billedkvalitet og dynamiske observationsmuligheder i realtid.

Oftalmologi

Oftalmologisk kirurgi kræver præcis operation, hvilket stiller høje tekniske standarder foroftalmologiske kirurgiske mikroskoperFor eksempel kan det kirurgiske mikroskop ved femtosekund laserhornhindeincision give høj forstørrelse for at observere det forreste kammer, det centrale snit i øjeæblet og kontrollere snittets position. I oftalmologisk kirurgi er belysning afgørende. Mikroskopet giver ikke kun optimale visuelle effekter med lavere lysintensitet, men producerer også en speciel rød lysrefleksion, som hjælper i hele kataraktkirurgiprocessen. Desuden er optisk kohærenstomografi (OCT) i vid udstrækning anvendt i oftalmologisk kirurgi til visualisering under overfladen. Det kan give tværsnitsbilleder og overvinde selve mikroskopets begrænsning, som ikke kan se fint væv på grund af frontal observation. For eksempel brugte Kapeller et al. et 4K-3D-display og en tabletcomputer til automatisk stereoskopisk at vise effektdiagrammet for mikroskopintegreret OCT (miOCT) (4D-miOCT). Baseret på brugerens subjektive feedback, kvantitativ præstationsevaluering og forskellige kvantitative målinger demonstrerede de muligheden for at bruge et 4K-3D-display som erstatning for 4D-miOCT på et hvidt lysmikroskop. Derudover anvendte Lata et al.s undersøgelse et mikroskop med miOCT-funktion til at observere den kirurgiske proces i realtid ved at indsamle cases fra 16 patienter med medfødt glaukom ledsaget af bull's eye. Ved at evaluere nøgledata såsom præoperative parametre, kirurgiske detaljer, postoperative komplikationer, endelig synsstyrke og hornhindetykkelse viste de i sidste ende, at miOCT kan hjælpe læger med at identificere vævsstrukturer, optimere operationer og reducere risikoen for komplikationer under operationen. Men på trods af at OCT gradvist er blevet et effektivt hjælpeværktøj i vitreoretinal kirurgi, især i komplekse tilfælde og nye operationer (såsom genterapi), sætter nogle læger spørgsmålstegn ved, om det virkelig kan forbedre den kliniske effektivitet på grund af dets høje omkostninger og lange læringskurve.

Øre-næse-hals-læge

Øre-næse-hals-kirurgi er et andet kirurgisk felt, der anvender kirurgiske mikroskoper. På grund af tilstedeværelsen af ​​dybe hulrum og sarte strukturer i ansigtstrækkene er forstørrelse og belysning afgørende for kirurgiske resultater. Selvom endoskoper nogle gange kan give et bedre overblik over smalle kirurgiske områder,ultra-højopløsnings kirurgiske mikroskopertilbyde dybdeopfattelse, hvilket muliggør forstørrelse af smalle anatomiske områder såsom cochlea og bihuler, hvilket hjælper læger med at behandle tilstande som otitis media og næsepolypper. For eksempel sammenlignede Dundar et al. virkningerne af mikroskop- og endoskopmetoder til stapeskirurgi i behandlingen af ​​otosklerose og indsamlede data fra 84 patienter diagnosticeret med otosklerose, der gennemgik kirurgi mellem 2010 og 2020. Ved at bruge ændringen i luft-knogleledningsforskellen før og efter operationen som måleindikator viste de endelige resultater, at selvom begge metoder havde lignende effekter på høreforbedring, var kirurgiske mikroskoper lettere at betjene og havde en kortere indlæringskurve. Tilsvarende udførte forskerholdet i et prospektivt studie udført af Ashfaq et al. mikroskopassisteret parotidektomi på 70 patienter med tumorer i ørespytkirtlen mellem 2020 og 2023 med fokus på at evaluere mikroskopers rolle i identifikation og beskyttelse af ansigtsnerver. Resultaterne indikerede, at mikroskoper havde betydelige fordele ved at forbedre klarheden i det kirurgiske felt, præcist identificere ansigtsnervens hovedstamme og grene, reducere nervetræk og hæmostase, hvilket gør dem til et vigtigt værktøj til at forbedre bevarelsen af ​​ansigtsnerven. Ydermere, efterhånden som operationer bliver stadig mere komplekse og præcise, gør integrationen af ​​​​AR og forskellige billeddannelsestilstande med kirurgiske mikroskoper det muligt for kirurger at udføre billedstyrede operationer.

Neurokirurgi

Anvendelsen af ​​ultra-high definitionkirurgiske mikroskoper i neurokirurgier gået fra traditionel optisk observation til digitalisering, augmented reality (AR) og intelligent assistance. For eksempel anvendte Draxinger et al. et mikroskop kombineret med et egenudviklet MHz-OCT-system, der leverede tredimensionelle billeder i høj opløsning gennem en scanningsfrekvens på 1,6 MHz, hvilket med succes hjalp kirurger med at skelne mellem tumorer og sundt væv i realtid og forbedrede den kirurgiske præcision. Hafez et al. sammenlignede ydeevnen af ​​traditionelle mikroskoper og det ultra-high-definition mikrokirurgiske billeddannelsessystem (Exoscope) i eksperimentel cerebrovaskulær bypass-kirurgi og fandt, at selvom mikroskopet havde kortere suturtider (P < 0,001), klarede Exoscope sig bedre med hensyn til suturfordeling (P = 0,001). Derudover gav Exoscope en mere behagelig kirurgisk kropsholdning og delt syn, hvilket gav pædagogiske fordele. Tilsvarende sammenlignede Calloni et al. anvendelsen af ​​Exoscope og traditionelle kirurgiske mikroskoper i træningen af ​​neurokirurgiske residenter. Seksten residenter udførte gentagne strukturelle genkendelsesopgaver på kraniemodeller ved hjælp af begge enheder. Resultaterne viste, at selvom der ikke var nogen signifikant forskel i den samlede operationstid mellem de to, klarede Exoscope sig bedre til at identificere dybe strukturer og blev opfattet som mere intuitiv og komfortabel af de fleste deltagere, med potentiale til at blive mainstream i fremtiden. Det er tydeligt, at ultra-HD kirurgiske mikroskoper, udstyret med 4K HD-skærme, kan give alle deltagere bedre 3D-kirurgiske billeder, hvilket letter kirurgisk kommunikation, informationsoverførsel og forbedrer undervisningseffektiviteten.

Rygmarvskirurgi

Ultra-høj opløsningkirurgiske mikroskoperspiller en central rolle inden for rygkirurgi. Ved at levere tredimensionel billeddannelse i høj opløsning gør de det muligt for kirurger at observere rygsøjlens komplekse anatomiske struktur mere tydeligt, herunder subtile dele som nerver, blodkar og knoglevæv, hvilket forbedrer præcisionen og sikkerheden ved kirurgi. Med hensyn til skoliosekorrektion kan kirurgiske mikroskoper forbedre klarheden af ​​det kirurgiske syn og evnen til finmanipulation, hvilket hjælper læger med præcist at identificere neurale strukturer og sygt væv i den smalle rygmarvskanal og dermed sikkert og effektivt udføre dekompressions- og stabiliseringsprocedurer.

Sun et al. sammenlignede effektiviteten og sikkerheden af ​​mikroskopassisteret anterior cervikal kirurgi og traditionel åben kirurgi i behandlingen af ​​ossifikation af det posteriore longitudinelle ligament i halshvirvelsøjlen. 60 patienter blev opdelt i den mikroskopassisterede gruppe (30 tilfælde) og den traditionelle kirurgigruppe (30 tilfælde). Resultaterne viste, at den mikroskopassisterede gruppe havde bedre scorer for intraoperativt blodtab, hospitalsophold og postoperative smerte sammenlignet med den traditionelle kirurgigruppe, og komplikationsraten var lavere i den mikroskopassisterede gruppe. Tilsvarende sammenlignede Singhatanadgige et al. i spinal fusionskirurgi anvendelsen af ​​ortopædkirurgiske mikroskoper og kirurgiske forstørrelsesglas ved minimalt invasiv transforaminal lumbal fusion. Undersøgelsen omfattede 100 patienter og viste ingen signifikante forskelle mellem de to grupper i postoperativ smertelindring, funktionel forbedring, forstørrelse af rygmarvskanalen, fusionsrate og komplikationer, men mikroskopet gav et bedre synsfelt. Derudover er mikroskoper kombineret med AR-teknologi meget anvendt i spinalkirurgi. For eksempel etablerede Carl et al. AR-teknologi hos 10 patienter ved hjælp af et hovedmonteret display fra et kirurgisk mikroskop. Resultaterne viste, at AR har et stort potentiale for anvendelse i spinal degenerativ kirurgi, især i komplekse anatomiske situationer og ved uddannelse af residenter.

 

Resumé og fremtidsudsigter

Sammenlignet med traditionelle kirurgiske mikroskoper tilbyder ultra-højopløsnings kirurgiske mikroskoper adskillige fordele, herunder flere forstørrelsesmuligheder, stabil og lysstærk belysning, præcise optiske systemer, længere arbejdsafstande og ergonomiske stabile stativer. Derudover understøtter deres visualiseringsmuligheder med høj opløsning, især integrationen med forskellige billeddannelsestilstande og AR-teknologi, effektivt billedstyrede operationer.

Trods de mange fordele ved kirurgiske mikroskoper står de stadig over for betydelige udfordringer. På grund af deres store størrelse udgør ultra-high-definition kirurgiske mikroskoper visse operationelle vanskeligheder under transport mellem operationsstuer og intraoperativ positionering, hvilket kan have en negativ indvirkning på kontinuiteten og effektiviteten af ​​kirurgiske procedurer. I de senere år er mikroskopernes strukturelle design blevet betydeligt optimeret, hvor deres optiske bærere og binokulære linsehylstre understøtter en bred vifte af hældnings- og rotationsjusteringer, hvilket i høj grad forbedrer udstyrets operationelle fleksibilitet og letter kirurgens observation og operation i en mere naturlig og behagelig position. Desuden giver den kontinuerlige udvikling af bærbar displayteknologi kirurger mere ergonomisk visuel støtte under mikrokirurgiske operationer, hvilket hjælper med at afhjælpe operationel træthed og forbedre kirurgisk præcision og kirurgens vedvarende præstationsevne. På grund af manglen på en støttende struktur kræves der imidlertid hyppig fokusering, hvilket gør stabiliteten af ​​bærbar displayteknologi ringere end konventionelle kirurgiske mikroskopers. En anden løsning er udviklingen af ​​udstyrsstrukturen mod miniaturisering og modularisering for at tilpasse sig mere fleksibelt til forskellige kirurgiske scenarier. Volumenreduktion involverer dog ofte præcisionsbearbejdningsprocesser og dyre integrerede optiske komponenter, hvilket gør de faktiske fremstillingsomkostninger for udstyret dyre.

En anden udfordring ved ultra-højopløsningskirurgiske mikroskoper er forbrændinger på huden forårsaget af højtydende belysning. For at give klare visuelle effekter, især i nærvær af flere observatører eller kameraer, skal lyskilden udsende stærkt lys, som kan forbrænde patientens væv. Det er blevet rapporteret, at oftalmiske kirurgiske mikroskoper også kan forårsage fototoksicitet på øjets overflade og tårefilmen, hvilket fører til nedsat øjencellefunktion. Derfor er det særligt vigtigt for kirurgiske mikroskoper at optimere lysstyringen, justere spotstørrelsen og lysintensiteten i henhold til forstørrelse og arbejdsafstand. I fremtiden kan optisk billeddannelse introducere panoramabilleddannelse og tredimensionelle rekonstruktionsteknologier for at udvide synsfeltet og præcist gendanne det tredimensionelle layout af det kirurgiske område. Dette vil gøre det muligt for læger bedre at forstå den overordnede situation i det kirurgiske område og undgå at gå glip af vigtige oplysninger. Panoramabilleddannelse og tredimensionel rekonstruktion involverer dog realtidsoptagelse, registrering og rekonstruktion af billeder i høj opløsning, hvilket genererer enorme mængder data. Dette stiller ekstremt høje krav til effektiviteten af ​​billedbehandlingsalgoritmer, hardware-computerkraft og lagringssystemer, især under kirurgi, hvor realtidsydelse er afgørende, hvilket gør denne udfordring endnu mere fremtrædende.

Med den hurtige udvikling af teknologier som medicinsk billeddannelse, kunstig intelligens og beregningsoptik har ultra-HD kirurgiske mikroskoper vist et stort potentiale til at forbedre kirurgisk præcision, sikkerhed og operationel erfaring. I fremtiden kan ultra-HD kirurgiske mikroskoper fortsætte med at udvikle sig i følgende fire retninger: (1) Med hensyn til udstyrsfremstilling bør miniaturisering og modularisering opnås til lavere omkostninger, hvilket muliggør klinisk anvendelse i stor skala; (2) Udvikling af mere avancerede lysstyringstilstande for at løse problemet med lysskader forårsaget af langvarig kirurgi; (3) Design af intelligente hjælpealgoritmer, der er både præcise og lette for at opfylde udstyrets beregningsmæssige ydeevnekrav; (4) Dyb integration af AR og robotkirurgiske systemer for at yde platformsunderstøttelse til fjernsamarbejde, præcis drift og automatiserede processer. Kort sagt vil ultra-HD kirurgiske mikroskoper udvikle sig til et omfattende kirurgisk assistancesystem, der integrerer billedforbedring, intelligent genkendelse og interaktiv feedback, hvilket hjælper med at opbygge et digitalt økosystem til fremtidens kirurgi.

Denne artikel giver et overblik over fremskridtene inden for fælles nøgleteknologier inden for ultra-HD kirurgiske mikroskoper, med fokus på deres anvendelse og udvikling i kirurgiske procedurer. Med den forbedrede opløsning spiller ultra-HD mikroskoper en central rolle inden for områder som neurokirurgi, oftalmologi, øre-næse-hals-kirurgi og rygkirurgi. Især integrationen af ​​intraoperativ præcisionsnavigationsteknologi i minimalt invasive operationer har øget præcisionen og sikkerheden ved disse procedurer. Fremadrettet vil ultra-HD mikroskoper, i takt med at kunstig intelligens og robotteknologier udvikler sig, tilbyde mere effektiv og intelligent kirurgisk støtte, hvilket vil fremme udviklingen af ​​minimalt invasive operationer og fjernsamarbejde og dermed yderligere forbedre den kirurgiske sikkerhed og effektivitet.