Technologische vooruitgang en klinische toepassingen van chirurgische microscopen met ultrahoge definitie

 

Chirurgische microscopenspelen een uiterst belangrijke rol in moderne medische vakgebieden, met name in zeer precieze vakgebieden zoals neurochirurgie, oogheelkunde, keel-neus-oorheelkunde en minimaal invasieve chirurgie, waar ze onmisbare basisapparatuur zijn geworden. Met hun hoge vergrotingsvermogen,Operatiemicroscopenbieden een gedetailleerd beeld, waardoor chirurgen details kunnen waarnemen die met het blote oog onzichtbaar zijn, zoals zenuwvezels, bloedvaten en weefsellagen. Dit helpt artsen om schade aan gezond weefsel tijdens de operatie te voorkomen. Vooral in de neurochirurgie maakt de sterke vergroting van de microscoop het mogelijk om tumoren of ziek weefsel nauwkeurig te lokaliseren, waardoor resectieranden vrij blijven en schade aan kritieke zenuwen wordt voorkomen. Dit verbetert de kwaliteit van het postoperatieve herstel van patiënten.

Traditionele chirurgische microscopen zijn doorgaans uitgerust met displaysystemen met een standaardresolutie, die voldoende visuele informatie kunnen leveren ter ondersteuning van complexe chirurgische behoeften. Door de snelle ontwikkeling van medische technologie, met name doorbraken op het gebied van visuele technologie, is de beeldkwaliteit van chirurgische microscopen echter geleidelijk een belangrijke factor geworden in het verbeteren van chirurgische precisie. Vergeleken met traditionele chirurgische microscopen kunnen ultra-high-definition microscopen meer details weergeven. Door de introductie van display- en beeldvormingssystemen met resoluties van 4K, 8K of zelfs hoger, stellen ultra-high-definition chirurgische microscopen chirurgen in staat om kleine laesies en anatomische structuren nauwkeuriger te identificeren en te manipuleren, wat de precisie en veiligheid van operaties aanzienlijk verbetert. Met de continue integratie van beeldverwerkingstechnologie, kunstmatige intelligentie en virtual reality verbeteren ultra-high-definition chirurgische microscopen niet alleen de beeldkwaliteit, maar bieden ze ook intelligentere ondersteuning voor operaties, waardoor chirurgische ingrepen nauwkeuriger en met een lager risico worden uitgevoerd.

 

Klinische toepassing van ultrahoge-definitiemicroscopen

Met de voortdurende innovatie van beeldtechnologie spelen ultrahogedefinitiemicroscopen geleidelijk een cruciale rol in klinische toepassingen, dankzij hun extreem hoge resolutie, uitstekende beeldkwaliteit en mogelijkheden voor dynamische observatie in realtime.

Oogheelkunde

Oogheelkundige chirurgie vereist een nauwkeurige operatie, die hoge technische eisen stelt aanoftalmische chirurgische microscopenBijvoorbeeld, bij femtoseconde laserincisie van het hoornvlies kan de chirurgische microscoop een hoge vergroting bieden om de voorste oogkamer, de centrale incisie van de oogbol en de positie van de incisie te observeren. Bij oogheelkundige chirurgie is belichting cruciaal. De microscoop biedt niet alleen optimale visuele effecten met een lagere lichtintensiteit, maar produceert ook een speciale rode lichtreflectie, wat helpt bij het gehele staaroperatieproces. Bovendien wordt optische coherentietomografie (OCT) veel gebruikt in oogheelkundige chirurgie voor visualisatie van de subsurface. Het kan dwarsdoorsnedebeelden leveren, waardoor de beperking van de microscoop zelf, die fijne weefsels niet kan zien vanwege frontale observatie, wordt overwonnen. Kapeller et al. gebruikten bijvoorbeeld een 4K-3D-scherm en een tabletcomputer om automatisch stereoscopisch het effectdiagram van Microscope-integrated OCT (miOCT) (4D-miOCT) weer te geven. Op basis van subjectieve feedback van gebruikers, kwantitatieve prestatie-evaluatie en diverse kwantitatieve metingen toonden ze de haalbaarheid aan van het gebruik van een 4K-3D-scherm als vervanging voor 4D-miOCT op een witlichtmicroscoop. Bovendien gebruikten Lata et al. in hun onderzoek, door casussen te verzamelen van 16 patiënten met congenitaal glaucoom met bull's eye, een microscoop met miOCT-functie om het chirurgische proces in realtime te observeren. Door belangrijke gegevens te evalueren, zoals preoperatieve parameters, chirurgische details, postoperatieve complicaties, uiteindelijke gezichtsscherpte en hoornvliesdikte, toonden ze uiteindelijk aan dat miOCT artsen kan helpen weefselstructuren te identificeren, operaties te optimaliseren en het risico op complicaties tijdens de operatie te verminderen. Hoewel OCT geleidelijk een krachtig hulpmiddel wordt in de vitreoretinale chirurgie, met name bij complexe gevallen en nieuwe operaties (zoals gentherapie), vragen sommige artsen zich af of het de klinische efficiëntie daadwerkelijk kan verbeteren vanwege de hoge kosten en de lange leercurve.

Keel-, neus- en oorheelkunde

Keel-, neus- en oorheelkunde is een ander chirurgisch vakgebied dat gebruikmaakt van chirurgische microscopen. Vanwege de aanwezigheid van diepe holtes en delicate structuren in de gelaatstrekken, zijn vergroting en belichting cruciaal voor de chirurgische uitkomst. Hoewel endoscopen soms een beter zicht kunnen bieden op smalle operatiegebieden,chirurgische microscopen met ultrahoge definitiebieden diepteperceptie, waardoor nauwe anatomische gebieden zoals de cochlea en sinussen vergroot kunnen worden, wat artsen helpt bij de behandeling van aandoeningen zoals otitis media en neuspoliepen. Dundar et al. vergeleken bijvoorbeeld de effecten van microscoop- en endoscoopmethoden voor stapeschirurgie bij de behandeling van otosclerose, waarbij gegevens werden verzameld van 84 patiënten met de diagnose otosclerose die tussen 2010 en 2020 een operatie ondergingen. Met behulp van de verandering in het verschil in lucht-botgeleiding voor en na de operatie als meetindicator, toonden de uiteindelijke resultaten aan dat hoewel beide methoden vergelijkbare effecten hadden op gehoorverbetering, chirurgische microscopen gemakkelijker te bedienen waren en een kortere leercurve hadden. Evenzo voerde het onderzoeksteam in een prospectieve studie uitgevoerd door Ashfaq et al. microscoop-geassisteerde parotidectomie uit op 70 patiënten met parotiskliertumoren tussen 2020 en 2023, waarbij de nadruk lag op het evalueren van de rol van microscopen bij de identificatie en bescherming van de aangezichtszenuw. De resultaten gaven aan dat microscopen aanzienlijke voordelen boden bij het verbeteren van de helderheid van het operatieveld, het nauwkeurig identificeren van de hoofdstam en takken van de aangezichtszenuw, het verminderen van zenuwtractie en het verbeteren van de hemostase. Dit maakt ze een belangrijk hulpmiddel voor het verbeteren van de kans op het behoud van de aangezichtszenuw. Bovendien stelt de integratie van AR en verschillende beeldvormende technieken met chirurgische microscopen chirurgen in staat om beeldgestuurde operaties uit te voeren, nu operaties steeds complexer en nauwkeuriger worden.

Neurochirurgie

De toepassing van ultrahoge definitiechirurgische microscopen in de neurochirurgieis overgestapt van traditionele optische observatie naar digitalisering, augmented reality (AR) en intelligente assistentie. Draxinger et al. gebruikten bijvoorbeeld een microscoop in combinatie met een zelfontwikkeld MHz-OCT-systeem, dat driedimensionale beelden met hoge resolutie leverde via een scanfrequentie van 1,6 MHz. Dit hielp chirurgen succesvol bij het in realtime onderscheiden van tumoren van gezond weefsel en verbeterde de chirurgische precisie. Hafez et al. vergeleken de prestaties van traditionele microscopen en het ultra-high-definition microchirurgische beeldvormingssysteem (Exoscope) bij experimentele cerebrovasculaire bypasschirurgie. Ze ontdekten dat, hoewel de microscoop kortere hechtingstijden had (P < 0,001), de Exoscope beter presteerde in termen van hechtingsverdeling (P = 0,001). Bovendien bood de Exoscope een comfortabelere chirurgische houding en een gedeelde visie, wat pedagogische voordelen bood. Op vergelijkbare wijze vergeleken Calloni et al. de toepassing van de Exoscope en traditionele chirurgische microscopen bij de opleiding van neurochirurgen in opleiding. Zestien assistenten voerden met beide apparaten repetitieve structurele herkenningstaken uit op schedelmodellen. De resultaten toonden aan dat, hoewel er geen significant verschil was in de totale operatietijd tussen de twee, de Exoscope beter presteerde bij het identificeren van diepe structuren en door de meeste deelnemers als intuïtiever en comfortabeler werd ervaren, met de potentie om in de toekomst mainstream te worden. Chirurgische microscopen met ultrahoge definitie, uitgerust met 4K high-definition displays, kunnen alle deelnemers blijkbaar hoogwaardige 3D-chirurgische beelden bieden, wat de chirurgische communicatie, informatieoverdracht en de efficiëntie van het onderwijs verbetert.

Wervelkolomchirurgie

Ultrahoge definitiechirurgische microscopenspelen een cruciale rol in de wervelkolomchirurgie. Door het leveren van driedimensionale beelden met hoge resolutie stellen ze chirurgen in staat de complexe anatomische structuur van de wervelkolom duidelijker te observeren, inclusief subtiele delen zoals zenuwen, bloedvaten en botweefsel, wat de precisie en veiligheid van operaties verbetert. Wat betreft scoliosecorrectie kunnen chirurgische microscopen de helderheid van het chirurgische zicht en het vermogen tot nauwkeurige manipulatie verbeteren, waardoor artsen neurale structuren en zieke weefsels in het smalle wervelkanaal nauwkeurig kunnen identificeren, waardoor decompressie- en stabilisatieprocedures veilig en effectief kunnen worden uitgevoerd.

Sun et al. vergeleken de werkzaamheid en veiligheid van microscoop-geassisteerde anterieure cervicale chirurgie en traditionele open chirurgie bij de behandeling van ossificatie van het achterste longitudinale ligament van de cervicale wervelkolom. Zestig patiënten werden verdeeld in de microscoop-geassisteerde groep (30 gevallen) en de traditionele chirurgiegroep (30 gevallen). De resultaten toonden aan dat de microscoop-geassisteerde groep superieure intraoperatieve bloedverlies, ziekenhuisopname en postoperatieve pijnscores had in vergelijking met de traditionele chirurgiegroep, en dat het complicatiepercentage lager was in de microscoop-geassisteerde groep. Evenzo vergeleken Singhatanadgige et al. bij spinale fusiechirurgie de toepassingseffecten van orthopedische chirurgische microscopen en chirurgische vergrootglazen bij minimaal invasieve transforaminale lumbale fusie. De studie omvatte 100 patiënten en toonde geen significante verschillen tussen de twee groepen in postoperatieve pijnverlichting, functionele verbetering, vergroting van het wervelkanaal, fusiepercentage en complicaties, maar de microscoop bood een beter gezichtsveld. Bovendien worden microscopen in combinatie met AR-technologie veel gebruikt in wervelkolomchirurgie. Bijvoorbeeld, Carl et al. AR-technologie werd vastgesteld bij 10 patiënten met behulp van het op het hoofd gemonteerde display van een chirurgische microscoop. De resultaten toonden aan dat AR een groot potentieel heeft voor toepassing in degeneratieve wervelkolomchirurgie, met name in complexe anatomische situaties en bij de opleiding van assistent-artsen.

 

Samenvatting en vooruitzichten

Vergeleken met traditionele chirurgische microscopen bieden ultra-high-definition chirurgische microscopen talloze voordelen, waaronder meerdere vergrotingsopties, stabiele en heldere verlichting, nauwkeurige optische systemen, grotere werkafstanden en ergonomische, stabiele statieven. Bovendien ondersteunen hun visualisatiemogelijkheden met hoge resolutie, met name de integratie met verschillende beeldvormingsmodi en AR-technologie, effectief beeldgestuurde operaties.

Ondanks de vele voordelen van chirurgische microscopen, staan ​​ze nog steeds voor aanzienlijke uitdagingen. Door hun omvangrijke formaat brengen chirurgische microscopen met ultrahoge definitie bepaalde operationele problemen met zich mee tijdens het transport tussen operatiekamers en de intraoperatieve positionering, wat de continuïteit en efficiëntie van chirurgische ingrepen negatief kan beïnvloeden. De afgelopen jaren is het structurele ontwerp van microscopen aanzienlijk geoptimaliseerd. De optische dragers en binoculaire lenscilinders ondersteunen een breed scala aan kantel- en rotatieaanpassingen, waardoor de operationele flexibiliteit van de apparatuur aanzienlijk is verbeterd en de observatie en operatie van de chirurg in een meer natuurlijke en comfortabele positie mogelijk is. Bovendien biedt de voortdurende ontwikkeling van draagbare displaytechnologie chirurgen meer ergonomische visuele ondersteuning tijdens microchirurgische ingrepen, wat helpt om operationele vermoeidheid te verminderen en de chirurgische precisie en het blijvende prestatievermogen van de chirurg te verbeteren. Door het ontbreken van een ondersteunende structuur is echter frequente herfocussering vereist, waardoor de stabiliteit van draagbare displaytechnologie inferieur is aan die van conventionele chirurgische microscopen. Een andere oplossing is de evolutie van de apparatuurstructuur naar miniaturisatie en modularisatie om zich flexibeler aan te passen aan verschillende chirurgische scenario's. Volumeverkleining vereist echter vaak nauwkeurige bewerkingsprocessen en dure geïntegreerde optische componenten, waardoor de werkelijke productiekosten van de apparatuur hoog oplopen.

Een andere uitdaging van chirurgische ultra-high-definition microscopen is huidverbranding door krachtige belichting. Om heldere visuele effecten te bereiken, vooral in de aanwezigheid van meerdere waarnemers of camera's, moet de lichtbron sterk licht uitstralen, wat het weefsel van de patiënt kan verbranden. Er is gerapporteerd dat chirurgische oogmicroscopen ook fototoxiciteit kunnen veroorzaken aan het oogoppervlak en de traanfilm, wat leidt tot een verminderde functie van de oogcellen. Daarom is het optimaliseren van het lichtbeheer, het aanpassen van de spotgrootte en de lichtintensiteit aan de vergroting en werkafstand, bijzonder belangrijk voor chirurgische microscopen. In de toekomst kan optische beeldvorming panoramische beeldvorming en driedimensionale reconstructietechnologieën introduceren om het gezichtsveld te vergroten en de driedimensionale indeling van het operatiegebied nauwkeurig te herstellen. Dit stelt artsen in staat de algehele situatie van het operatiegebied beter te begrijpen en te voorkomen dat ze belangrijke informatie missen. Panoramische beeldvorming en driedimensionale reconstructie vereisen echter realtime acquisitie, registratie en reconstructie van beelden met een hoge resolutie, wat enorme hoeveelheden data genereert. Dit stelt extreem hoge eisen aan de efficiëntie van beeldverwerkingsalgoritmen, hardwarematige rekenkracht en opslagsystemen, vooral tijdens operaties waarbij real-time prestaties van cruciaal belang zijn. Hierdoor is deze uitdaging nog groter.

Met de snelle ontwikkeling van technologieën zoals medische beeldvorming, kunstmatige intelligentie en computationele optica, hebben chirurgische microscopen met ultrahoge definitie een groot potentieel aangetoond voor het verbeteren van chirurgische precisie, veiligheid en operationele ervaring. In de toekomst kunnen chirurgische microscopen met ultrahoge definitie zich in de volgende vier richtingen blijven ontwikkelen: (1) Op het gebied van apparatuurproductie moeten miniaturisatie en modularisatie tegen lagere kosten worden bereikt, waardoor grootschalige klinische toepassing mogelijk wordt; (2) Ontwikkel geavanceerdere lichtbeheermodi om het probleem van lichtschade veroorzaakt door langdurige operaties aan te pakken; (3) Ontwerp intelligente hulpalgoritmen die zowel nauwkeurig als lichtgewicht zijn om te voldoen aan de computationele prestatie-eisen van de apparatuur; (4) Integreer AR- en robotchirurgische systemen diepgaand om platformondersteuning te bieden voor samenwerking op afstand, nauwkeurige bediening en geautomatiseerde processen. Kortom, chirurgische microscopen met ultrahoge definitie zullen zich ontwikkelen tot een uitgebreid chirurgisch assistentiesysteem dat beeldverbetering, intelligente herkenning en interactieve feedback integreert en zo bijdraagt ​​aan de opbouw van een digitaal ecosysteem voor toekomstige chirurgie.

Dit artikel biedt een overzicht van de ontwikkelingen in veelvoorkomende sleuteltechnologieën van chirurgische ultrahogedefinitiemicroscopen, met een focus op hun toepassing en ontwikkeling in chirurgische ingrepen. Met de verbeterde resolutie spelen ultrahogedefinitiemicroscopen een cruciale rol in vakgebieden zoals neurochirurgie, oogheelkunde, keel-, neus- en oorheelkunde en wervelkolomchirurgie. Met name de integratie van intraoperatieve precisienavigatietechnologie in minimaal invasieve chirurgie heeft de precisie en veiligheid van deze ingrepen verhoogd. Naarmate kunstmatige intelligentie en robottechnologieën zich verder ontwikkelen, zullen ultrahogedefinitiemicroscopen in de toekomst efficiëntere en intelligentere chirurgische ondersteuning bieden, wat de ontwikkeling van minimaal invasieve chirurgie en samenwerking op afstand zal stimuleren, waardoor de chirurgische veiligheid en efficiëntie verder zullen toenemen.