Ülikõrglahutusega kirurgiliste mikroskoopide tehnoloogilised edusammud ja kliinilised rakendused

 

Kirurgilised mikroskoobidmängivad äärmiselt olulist rolli tänapäeva meditsiinivaldkondades, eriti sellistes täppisvaldkondades nagu neurokirurgia, oftalmoloogia, otolarüngoloogia ja minimaalselt invasiivne kirurgia, kus neist on saanud asendamatud põhiseadmed. Suure suurendusvõimegaOperatsioonimikroskoobidpakuvad detailset vaadet, võimaldades kirurgidel jälgida palja silmaga nähtamatuid detaile, nagu närvikiud, veresooned ja koekihid, aidates seeläbi arstidel vältida tervete kudede kahjustamist operatsiooni ajal. Eriti neurokirurgias võimaldab mikroskoobi suur suurendus kasvajate või haigete kudede täpset lokaliseerimist, tagades selged resektsioonipiirid ja vältides kriitiliste närvide kahjustamist, parandades seeläbi patsientide operatsioonijärgse taastumise kvaliteeti.

Traditsioonilised kirurgilised mikroskoobid on tavaliselt varustatud standardresolutsiooniga kuvamissüsteemidega, mis suudavad pakkuda piisavalt visuaalset teavet keeruliste kirurgiliste vajaduste rahuldamiseks. Meditsiinitehnoloogia kiire arenguga, eriti visuaaltehnoloogia läbimurretega, on kirurgiliste mikroskoopide pildikvaliteedist järk-järgult saanud oluline tegur kirurgilise täpsuse parandamisel. Võrreldes traditsiooniliste kirurgiliste mikroskoopidega suudavad ülikõrglahutusega mikroskoobid esitada rohkem detaile. 4K, 8K või isegi kõrgema eraldusvõimega kuvamis- ja pildisüsteemide kasutuselevõtuga võimaldavad ülikõrglahutusega kirurgilised mikroskoobid kirurgidel täpsemalt tuvastada ja manipuleerida pisikesi kahjustusi ja anatoomilisi struktuure, suurendades oluliselt kirurgia täpsust ja ohutust. Pilditöötlustehnoloogia, tehisintellekti ja virtuaalreaalsuse pideva integreerimisega ei paranda ülikõrglahutusega kirurgilised mikroskoobid mitte ainult pildikvaliteeti, vaid pakuvad ka intelligentsemat tuge kirurgiale, suunates kirurgilisi protseduure suurema täpsuse ja väiksema riski poole.

 

Ülitäpse kõrglahutusega mikroskoobi kliiniline rakendamine

Tänu pilditehnoloogia pidevale innovatsioonile mängivad ülikõrglahutusega mikroskoobid kliinilistes rakendustes järk-järgult keskset rolli tänu oma äärmiselt kõrgele eraldusvõimele, suurepärasele pildikvaliteedile ja reaalajas dünaamilistele vaatlusvõimalustele.

Oftalmoloogia

Silmakirurgia nõuab täpset operatsiooni, mis seab kirurgiale kõrged tehnilised standardid.oftalmoloogilised kirurgilised mikroskoobidNäiteks femtosekundilise laseriga sarvkesta sisselõike puhul saab kirurgiline mikroskoop pakkuda suurt suurendust, et jälgida silmamuna eeskambrit ja keskset sisselõiget ning kontrollida sisselõike asukohta. Oftalmoloogilises kirurgias on valgustus ülioluline. Mikroskoop mitte ainult ei paku optimaalseid visuaalseid efekte madalama valgustugevusega, vaid tekitab ka spetsiaalse punase valguse peegelduse, mis aitab kaasa kogu katarakti operatsiooni protsessile. Lisaks kasutatakse optilist koherentstomograafiat (OCT) laialdaselt oftalmoloogilises kirurgias pinnaaluse visualiseerimise jaoks. See suudab pakkuda ristlõikepilte, ületades mikroskoobi enda piirangud, mis ei suuda frontaalse vaatluse tõttu näha peeneid kudesid. Näiteks Kapeller jt. kasutasid 4K-3D-ekraani ja tahvelarvutit, et automaatselt stereoskoopiliselt kuvada mikroskoobiga integreeritud OCT (miOCT) (4D-miOCT) efekti diagrammi. Kasutajate subjektiivse tagasiside, kvantitatiivse toimivuse hindamise ja mitmesuguste kvantitatiivsete mõõtmiste põhjal näitasid nad 4K-3D-ekraani kasutamise teostatavust 4D-miOCT asendajana valge valgusega mikroskoobil. Lisaks kasutasid Lata jt uuringus 16 kaasasündinud glaukoomiga ja hägususeta patsiendi juhtumeid, kasutades miOCT-funktsiooniga mikroskoopi, et jälgida kirurgilist protsessi reaalajas. Hinnates võtmeandmeid, nagu preoperatiivsed parameetrid, kirurgilised detailid, postoperatiivsed tüsistused, lõplik nägemisteravus ja sarvkesta paksus, näitasid nad lõpuks, et miOCT aitab arstidel tuvastada koestruktuure, optimeerida operatsioone ja vähendada tüsistuste riski operatsiooni ajal. Vaatamata sellele, et OCT-st on järk-järgult saamas võimas abivahend vitreoretinaalkirurgias, eriti keeruliste juhtumite ja uudsete operatsioonide (näiteks geeniteraapia) puhul, kahtlevad mõned arstid selle kõrge hinna ja pika õppimiskõvera tõttu, kas see suudab kliinilist efektiivsust tegelikult parandada.

Kõrva-nina-kurguhaiguste ravi

Kõrva-nina-kurguhaiguste kirurgia on veel üks kirurgiavaldkond, mis kasutab kirurgilisi mikroskoope. Näo sügavate õõnsuste ja õrnade struktuuride olemasolu tõttu on suurendus ja valgustus kirurgiliste tulemuste saavutamiseks üliolulised. Kuigi endoskoobid võivad mõnikord pakkuda paremat vaadet kitsastest kirurgilistest piirkondadest,ülikõrglahutusega kirurgilised mikroskoobidpakuvad sügavustaju, võimaldades suurendada kitsaid anatoomilisi piirkondi, nagu näiteks sisekõrva ja ninakõrvalkoopad, aidates arstidel ravida selliseid haigusi nagu keskkõrvapõletik ja ninapolüübid. Näiteks võrdlesid Dundar jt mikroskoobi ja endoskoobi meetodite mõju stapes-kirurgiale otoskleroosi ravis, kogudes andmeid 84 otoskleroosi diagnoosiga patsiendilt, kellele tehti operatsioon aastatel 2010–2020. Kasutades õhu-luujuhtivuse erinevuse muutust enne ja pärast operatsiooni mõõtmisnäitajana, näitasid lõpptulemused, et kuigi mõlemal meetodil oli kuulmise paranemisele sarnane mõju, olid kirurgilised mikroskoobid lihtsamad kasutada ja lühema õppimiskõveriga. Samamoodi tegi uurimisrühm Ashfaq jt läbi viidud prospektiivses uuringus aastatel 2020–2023 mikroskoobi abil teostatud parotidektoomia 70-le kõrvasüljenäärme kasvajaga patsiendile, keskendudes mikroskoopide rolli hindamisele näonärvi tuvastamisel ja kaitsmisel. Tulemused näitasid, et mikroskoopidel on märkimisväärsed eelised kirurgilise välja selguse parandamisel, näonärvi peamise tüve ja harude täpsel tuvastamisel, närvi veojõu vähendamisel ja hemostaasil, muutes need oluliseks vahendiks näonärvi säilimise määra suurendamisel. Lisaks, kuna operatsioonid muutuvad üha keerukamaks ja täpsemaks, võimaldab AR-i ja erinevate pildistamisrežiimide integreerimine kirurgiliste mikroskoopidega kirurgidel teostada pildipõhiseid operatsioone.

Neurokirurgia

Ülitäpse kõrglahutusega tehnoloogia rakendamineKirurgilised mikroskoobid neurokirurgiason nihkunud traditsiooniliselt optiliselt vaatluselt digitaliseerimise, liitreaalsuse (AR) ja intelligentse abistamise poole. Näiteks kasutasid Draxinger jt mikroskoopi koos isearendatud MHz-OCT-süsteemiga, pakkudes 1,6 MHz skaneerimissageduse kaudu kõrglahutusega kolmemõõtmelisi pilte, aidates kirurgidel edukalt reaalajas eristada kasvajaid ja terveid kudesid ning suurendades kirurgilist täpsust. Hafez jt võrdlesid traditsiooniliste mikroskoopide ja ülikõrglahutusega mikrokirurgilise pildistamissüsteemi (Exoscope) toimivust eksperimentaalses tserebrovaskulaarses šunteerimisoperatsioonis, leides, et kuigi mikroskoobil oli lühem õmblusaeg (P<0,001), toimis Exoscope õmbluste jaotuse osas paremini (P=0,001). Lisaks pakkus Exoscope mugavamat kirurgilist asendit ja jagatud nägemist, pakkudes pedagoogilisi eeliseid. Sarnaselt võrdlesid Calloni jt Exoscope'i ja traditsiooniliste kirurgiliste mikroskoopide rakendamist neurokirurgia residentide koolitamisel. Kuusteist residenti sooritasid mõlema seadme abil korduvaid struktuuri tuvastamise ülesandeid koljumudelitel. Tulemused näitasid, et kuigi kahe seadme vahel ei olnud operatsiooniaja osas olulist erinevust, toimis eksoskoop sügavate struktuuride tuvastamisel paremini ning enamik osalejaid pidas seda intuitiivsemaks ja mugavamaks, millel on potentsiaali tulevikus muutuda laiaulatuslikuks kasutuseks. Ilmselgelt saavad 4K kõrglahutusega ekraanidega ülikõrglahutusega kirurgilised mikroskoobid pakkuda kõigile osalejatele parema kvaliteediga 3D-kirurgilisi pilte, hõlbustades kirurgilist suhtlust ja teabe edastamist ning parandades õpetamise tõhusust.

Seljaajuoperatsioon

Ülikõrglahutusegakirurgilised mikroskoobidmängivad selgroo kirurgia valdkonnas keskset rolli. Pakkudes kõrge eraldusvõimega kolmemõõtmelist kujutist, võimaldavad need kirurgidel selgemini jälgida selgroo keerulist anatoomilist struktuuri, sealhulgas peeneid osi, nagu närvid, veresooned ja luukoe, suurendades seeläbi kirurgia täpsust ja ohutust. Skolioosi korrigeerimise osas saavad kirurgilised mikroskoobid parandada kirurgilise nägemise selgust ja peenmanipulatsioonivõimet, aidates arstidel täpselt tuvastada närvistruktuure ja haigestunud kudesid kitsas selgrookanalis, viies seega ohutult ja tõhusalt läbi dekompressiooni- ja stabiliseerimisprotseduure.

Sun jt võrdlesid mikroskoobiga assisteeritud eesmise emakakaela kirurgia ja traditsioonilise avatud kirurgia efektiivsust ja ohutust emakakaela lülisamba tagumise pikisuunalise sideme luustumise ravis. Kuuskümmend patsienti jagati mikroskoobiga assisteeritud rühma (30 juhtu) ja traditsioonilise kirurgia rühma (30 juhtu). Tulemused näitasid, et mikroskoobiga assisteeritud rühmal olid paremad intraoperatiivse verekaotuse, haiglas viibimise ja postoperatiivse valu skoorid võrreldes traditsioonilise kirurgia rühmaga ning tüsistuste määr oli mikroskoobiga assisteeritud rühmas madalam. Sarnaselt võrdlesid Singhatanadgige jt selgroo fusioonkirurgia puhul ortopeediliste kirurgiliste mikroskoopide ja kirurgiliste luupide rakendamise mõju minimaalselt invasiivses transforaminaalses nimmelüli fusioonis. Uuringus osales 100 patsienti ja kahe rühma vahel ei täheldatud olulisi erinevusi operatsioonijärgse valu leevendamise, funktsionaalse paranemise, selgrookanali laienemise, fusioonikiiruse ja tüsistuste osas, kuid mikroskoop pakkus paremat vaatevälja. Lisaks kasutatakse selgroo kirurgias laialdaselt AR-tehnoloogiaga kombineeritud mikroskoope. Näiteks Carl jt kehtestasid AR-tehnoloogia 10 patsiendil, kasutades kirurgilise mikroskoobi pea külge kinnitatud ekraani. Tulemused näitasid, et AR-il on suur potentsiaal selgroo degeneratiivses kirurgias, eriti keerulistes anatoomilistes olukordades ja residentuuris.

 

Kokkuvõte ja väljavaated

Võrreldes traditsiooniliste kirurgiliste mikroskoopidega pakuvad ülikõrglahutusega kirurgilised mikroskoobid arvukalt eeliseid, sealhulgas mitu suurendusvõimalust, stabiilset ja eredat valgustust, täpseid optilisi süsteeme, pikemaid töökaugusi ja ergonoomilisi stabiilseid aluseid. Lisaks toetavad nende kõrglahutusega visualiseerimisvõimalused, eriti integreerimine erinevate pildistamisrežiimide ja AR-tehnoloogiaga, tõhusalt pildipõhiseid operatsioone.

Vaatamata kirurgiliste mikroskoopide arvukatele eelistele seisavad nad endiselt silmitsi oluliste väljakutsetega. Oma mahuka suuruse tõttu tekitavad ülikõrglahutusega kirurgilised mikroskoobid teatud kasutusraskusi operatsioonisaalide vahelise transportimise ja intraoperatiivse positsioneerimise ajal, mis võib negatiivselt mõjutada kirurgiliste protseduuride järjepidevust ja efektiivsust. Viimastel aastatel on mikroskoopide konstruktsioonilist disaini oluliselt optimeeritud, kusjuures nende optilised kandjad ja binokulaarsed läätsetorud toetavad laia kalde- ja pöördenurkade seadistusvõimalusi, suurendades oluliselt seadmete tööpaindlikkust ning hõlbustades kirurgi vaatlust ja opereerimist loomulikumas ja mugavamas asendis. Lisaks pakub kantava ekraanitehnoloogia pidev areng kirurgidele ergonoomilisemat visuaalset tuge mikrokirurgiliste operatsioonide ajal, aidates leevendada operatsiooniväsimust ning parandada kirurgilist täpsust ja kirurgi püsivat sooritusvõimet. Tugistruktuuri puudumise tõttu on aga vaja sagedast ümberfokuseerimist, mis muudab kantava ekraanitehnoloogia stabiilsuse tavapäraste kirurgiliste mikroskoopidega võrreldes halvemaks. Teine lahendus on seadmete struktuuri arendamine miniaturiseerimise ja modulariseerimise suunas, et kohanduda paindlikumalt erinevate kirurgiliste stsenaariumidega. Mahu vähendamine hõlmab aga sageli täppistöötlusprotsesse ja kalleid integreeritud optilisi komponente, mis muudab seadmete tegeliku tootmiskulu kalliks.

Teine ülikõrglahutusega kirurgiliste mikroskoopide väljakutse on suure võimsusega valgustuse põhjustatud nahapõletused. Erksate visuaalsete efektide pakkumiseks, eriti mitme vaatleja või kaamera juuresolekul, peab valgusallikas kiirgama tugevat valgust, mis võib patsiendi kude põletada. On teatatud, et oftalmoloogilised kirurgilised mikroskoobid võivad põhjustada ka silma pinna ja pisarakihi fototoksilisust, mis viib silmarakkude funktsiooni vähenemiseni. Seetõttu on kirurgiliste mikroskoopide puhul eriti oluline valguse haldamise optimeerimine, täpi suuruse ja valguse intensiivsuse reguleerimine vastavalt suurendusele ja töökaugusele. Tulevikus võib optiline pildistamine kasutusele võtta panoraampildistamise ja kolmemõõtmelise rekonstrueerimise tehnoloogiad, et laiendada vaatevälja ja taastada täpselt kirurgilise piirkonna kolmemõõtmeline paigutus. See võimaldab arstidel paremini mõista kirurgilise piirkonna üldist olukorda ja vältida olulise teabe kadumist. Panoraampildistamine ja kolmemõõtmeline rekonstrueerimine hõlmavad aga kõrgresolutsiooniliste piltide reaalajas hankimist, registreerimist ja rekonstrueerimist, genereerides tohutul hulgal andmeid. See seab pilditöötlusalgoritmide, riistvara arvutusvõimsuse ja salvestussüsteemide tõhususele äärmiselt kõrged nõudmised, eriti operatsiooni ajal, kus reaalajas jõudlus on ülioluline, muutes selle väljakutse veelgi olulisemaks.

Selliste tehnoloogiate nagu meditsiiniline pildistamine, tehisintellekt ja arvutusoptika kiire arenguga on ülikõrglahutusega kirurgilised mikroskoobid näidanud suurt potentsiaali kirurgilise täpsuse, ohutuse ja kasutuskogemuse parandamisel. Tulevikus võivad ülikõrglahutusega kirurgilised mikroskoobid edasi areneda järgmistes neljas suunas: (1) seadmete tootmise osas tuleks miniaturiseerimine ja modulariseerimine saavutada madalamate kuludega, võimaldades laiaulatuslikku kliinilist rakendamist; (2) arendada välja täiustatud valgushaldusrežiimid, et lahendada pikaajalise kirurgia põhjustatud valguskahjustuste probleem; (3) kavandada intelligentseid abialgoritme, mis on nii täpsed kui ka kerged, et rahuldada seadmete arvutusvõimsuse nõudeid; (4) integreerida liitreaalsuse ja robotkirurgilisi süsteeme sügavuti, et pakkuda platvormi tuge kaugkoostööks, täpseks tööks ja automatiseeritud protsessideks. Kokkuvõttes arenevad ülikõrglahutusega kirurgilised mikroskoobid terviklikuks kirurgiliseks abisüsteemiks, mis integreerib pildi täiustamise, intelligentse tuvastamise ja interaktiivse tagasiside, aidates luua digitaalset ökosüsteemi tulevase kirurgia jaoks.

See artikkel annab ülevaate ülikõrglahutusega kirurgiliste mikroskoopide tavaliste võtmetehnoloogiate edusammudest, keskendudes nende rakendamisele ja arendamisele kirurgilistes protseduurides. Tänu lahutusvõime paranemisele mängivad ülikõrglahutusega mikroskoobid võtmerolli sellistes valdkondades nagu neurokirurgia, oftalmoloogia, otolarüngoloogia ja selgrookirurgia. Eelkõige on minimaalselt invasiivsete operatsioonide puhul intraoperatiivse täppisnavigatsioonitehnoloogia integreerimine suurendanud nende protseduuride täpsust ja ohutust. Tulevikku vaadates pakuvad ülikõrglahutusega mikroskoobid tehisintellekti ja robotitehnoloogiate arenedes tõhusamat ja intelligentsemat kirurgilist tuge, edendades minimaalselt invasiivsete operatsioonide ja kaugkoostöö edenemist, suurendades seeläbi veelgi kirurgilist ohutust ja efektiivsust.