פיתוח הדמיה אופטית במיקרוסקופים כירורגיים מבוססי וידאו

בתחום הרפואה, ניתוח הוא ללא ספק האמצעי העיקרי לטיפול ברוב המכריע של המחלות, ובמיוחד תפקיד מכריע בטיפול המוקדם בסרטן. המפתח להצלחת ניתוח של מנתח טמון בוויזואליזציה ברורה של החתך הפתולוגי לאחר הדיסקציה.מיקרוסקופים כירורגייםנמצאים בשימוש נרחב בכירורגיה רפואית בשל תחושת התלת-ממד החזקה שלהם, הגדרה גבוהה ורזולוציה גבוהה. עם זאת, המבנה האנטומי של החלק הפתולוגי הוא מורכב ומורכב, ורובם סמוכים לרקמות איברים חשובות. מבנים ממילימטר עד מיקרומטר חרגו בהרבה מהטווח שניתן לראות על ידי העין האנושית. בנוסף, רקמת כלי הדם בגוף האדם צרה וצפופה, והתאורה אינה מספקת. כל סטייה קטנה עלולה לגרום נזק למטופל, להשפיע על האפקט הניתוחי ואף לסכן חיים. לכן, מחקר ופיתוחהפעלהמיקרוסקופיםעם הגדלה מספקת ותמונות חזותיות ברורות הוא נושא שחוקרים ממשיכים לחקור לעומק.

כיום, טכנולוגיות דיגיטליות כגון תמונה ווידאו, העברת מידע והקלטת צילום נכנסות לתחום המיקרוכירורגיה עם יתרונות חדשים. טכנולוגיות אלו לא רק משפיעות עמוקות על אורח החיים האנושי, אלא גם משתלבות בהדרגה בתחום המיקרוכירורגיה. צגים ברזולוציה גבוהה, מצלמות וכו' יכולים לעמוד ביעילות בדרישות הנוכחיות לדיוק כירורגי. מערכות וידאו עם CCD, CMOS וחיישני תמונה אחרים כמשטחי קליטה יושמו בהדרגה במיקרוסקופים כירורגיים. מיקרוסקופים כירורגיים וידאוגמישים מאוד ונוחים לתפעול עבור רופאים. הכנסת טכנולוגיות מתקדמות כגון מערכת ניווט, תצוגה תלת-ממדית, איכות תמונה ברזולוציה גבוהה, מציאות רבודה (AR) וכו', המאפשרות שיתוף תצוגות עם מספר אנשים במהלך התהליך הכירורגי, מסייעת עוד יותר לרופאים לבצע פעולות תוך ניתוחיות בצורה טובה יותר.

הדמיה אופטית במיקרוסקופ היא הגורם המכריע באיכות הדמיית המיקרוסקופ. הדמיה אופטית של מיקרוסקופי וידאו כירורגיים כוללת מאפייני עיצוב ייחודיים, המשתמשת ברכיבים אופטיים מתקדמים וטכנולוגיות הדמיה כגון חיישני CMOS או CCD ברזולוציה גבוהה וניגודיות גבוהה, כמו גם טכנולוגיות מפתח כגון זום אופטי ופיצוי אופטי. טכנולוגיות אלו משפרות ביעילות את בהירות ואיכות ההדמיה של המיקרוסקופים, ומספקות ביטחון חזותי טוב לפעולות כירורגיות. יתר על כן, על ידי שילוב טכנולוגיית הדמיה אופטית עם עיבוד דיגיטלי, הושגו הדמיה דינמית בזמן אמת ושחזור תלת-ממדי, המספקים למנתחים חוויה חזותית אינטואיטיבית יותר. על מנת לשפר עוד יותר את איכות ההדמיה האופטית של מיקרוסקופי וידאו כירורגיים, חוקרים חוקרים כל העת שיטות הדמיה אופטיות חדשות, כגון הדמיית פלואורסצנציה, הדמיית קיטוב, הדמיה רב-ספקטרלית וכו', כדי לשפר את רזולוציית ההדמיה והעומק של המיקרוסקופים; שימוש בטכנולוגיית בינה מלאכותית לעיבוד לאחר עיבוד של נתוני הדמיה אופטית כדי לשפר את בהירות התמונה והניגודיות.

בהליכים כירורגיים מוקדמים,מיקרוסקופים דו-משקפייםשימשו בעיקר ככלי עזר. מיקרוסקופ דו-משקפי הוא מכשיר המשתמש במנסרות ועדשות כדי להשיג ראייה סטריאוסקופית. הוא יכול לספק תפיסת עומק וראייה סטריאוסקופית שאין למיקרוסקופים חד-משקפיים. באמצע המאה ה-20, פון זהנדר היה חלוץ ביישום זכוכית מגדלת דו-משקפת בבדיקות עיניים רפואיות. לאחר מכן, זייס הציג זכוכית מגדלת דו-משקפת עם מרחק עבודה של 25 ס"מ, והניח את היסודות לפיתוח המיקרו-כירורגיה המודרנית. מבחינת הדמיה אופטית של מיקרוסקופים כירורגיים דו-משקפיים, מרחק העבודה של מיקרוסקופים דו-משקפיים מוקדמים היה 75 מ"מ. עם הפיתוח והחדשנות של מכשירים רפואיים, הוצג המיקרוסקופ הכירורגי הראשון OPMI1, ומרחק העבודה יכול להגיע ל-405 מ"מ. גם ההגדלה גדלה בהתמדה, ואפשרויות ההגדלה גדלות בהתמדה. עם ההתקדמות המתמשכת של מיקרוסקופים דו-משקפיים, יתרונותיהם כגון אפקט סטריאוסקופי חי, בהירות גבוהה ומרחק עבודה ארוך הפכו את המיקרוסקופים הכירורגיים הדו-משקפיים לשימוש נרחב במחלקות שונות. עם זאת, לא ניתן להתעלם ממגבלות גודלו הגדול ועומקו הקטן, והצוות הרפואי צריך לכייל ולהתמקד לעתים קרובות במהלך הניתוח, מה שמגביר את קושי הניתוח. בנוסף, מנתחים המתמקדים בתצפית ובניתוח באמצעות מכשירים חזותיים במשך זמן רב לא רק מגבירים את העומס הפיזי שלהם, אלא גם אינם עומדים בעקרונות הארגונומיים. רופאים צריכים לשמור על יציבה קבועה כדי לבצע בדיקות כירורגיות בחולים, ונדרשים גם התאמות ידניות, מה שמגביר במידה מסוימת את הקושי בפעולות הכירורגיות.

לאחר שנות ה-90, מערכות מצלמה וחיישני תמונה החלו להשתלב בהדרגה בפרקטיקה הכירורגית, והדגימו פוטנציאל יישום משמעותי. בשנת 1991, פיתח ברסי באופן חדשני מערכת וידאו להדמיה של אזורים כירורגיים, עם טווח מרחק עבודה מתכוונן של 150-500 מ"מ וקוטר עצמים נצפים בטווח של 15-25 מ"מ, תוך שמירה על עומק שדה בין 10-20 מ"מ. למרות שעלויות התחזוקה הגבוהות של עדשות ומצלמות באותה תקופה הגבילו את היישום הנרחב של טכנולוגיה זו בבתי חולים רבים, החוקרים המשיכו לחתור לחדשנות טכנולוגית והחלו לפתח מיקרוסקופים כירורגיים מבוססי וידאו מתקדמים יותר. בהשוואה למיקרוסקופים כירורגיים דו-עיניים, הדורשים פרק זמן ארוך כדי לשמור על מצב עבודה בלתי משתנה זה, הדבר עלול להוביל בקלות לעייפות פיזית ונפשית. מיקרוסקופ כירורגי מסוג וידאו מקרין את התמונה המוגדלת על הצג, ובכך מונע יציבה לקויה ממושכת של המנתח. מיקרוסקופים כירורגיים מבוססי וידאו משחררים רופאים מתנוחה אחת, ומאפשרים להם לנתח באתרים אנטומיים דרך מסכים ברזולוציה גבוהה.

בשנים האחרונות, עם ההתקדמות המהירה של טכנולוגיית הבינה המלאכותית, מיקרוסקופים כירורגיים הפכו בהדרגה לחכמים, ומיקרוסקופים כירורגיים מבוססי וידאו הפכו למוצרים מרכזיים בשוק. המיקרוסקופ הכירורגי הנוכחי מבוסס וידאו משלב טכנולוגיות ראייה ממוחשבת ולמידה עמוקה כדי להשיג זיהוי תמונה אוטומטי, פילוח וניתוח. במהלך התהליך הכירורגי, מיקרוסקופים כירורגיים חכמים מבוססי וידאו יכולים לסייע לרופאים באיתור מהיר של רקמות חולות ולשפר את הדיוק הניתוחי.

בתהליך הפיתוח ממיקרוסקופים דו-עיניים למיקרוסקופים כירורגיים מבוססי וידאו, לא קשה לגלות שהדרישות לדיוק, יעילות ובטיחות בניתוחים עולות מיום ליום. כיום, הדרישה להדמיה אופטית של מיקרוסקופים כירורגיים אינה מוגבלת להגדלת חלקים פתולוגיים, אלא הופכת מגוונת ויעילה יותר ויותר. ברפואה הקלינית, מיקרוסקופים כירורגיים נמצאים בשימוש נרחב בניתוחים נוירולוגיים ועמוד שדרה באמצעות מודולי פלואורסצנציה משולבים עם מציאות רבודה. מערכת ניווט מציאות רבודה יכולה להקל על ניתוחי חור מנעול בעמוד השדרה מורכבים, וחומרים פלואורסצנטיים יכולים להנחות רופאים להסיר לחלוטין גידולי מוח. בנוסף, חוקרים השיגו בהצלחה זיהוי אוטומטי של פוליפים במיתרי הקול ולוקופלקיה באמצעות מיקרוסקופ כירורגי היפרספקטרלי בשילוב עם אלגוריתמים לסיווג תמונות. מיקרוסקופים כירורגיים באמצעות וידאו נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כירורגיים שונים כגון כריתת בלוטת התריס, ניתוחי רשתית וניתוחי לימפה על ידי שילוב עם הדמיה פלואורסצנטית, הדמיה רב-ספקטרלית וטכנולוגיות עיבוד תמונה חכמות.

בהשוואה למיקרוסקופים כירורגיים דו-עיניים, מיקרוסקופי וידאו יכולים לספק שיתוף וידאו מרובה משתמשים, תמונות כירורגיות ברזולוציה גבוהה, והם ארגונומיים יותר, מה שמפחית את עייפות הרופא. פיתוח ההדמיה האופטית, הדיגיטציה והבינה שיפרו מאוד את ביצועי מערכות אופטיות של מיקרוסקופים כירורגיים, והדמיה דינמית בזמן אמת, מציאות רבודה וטכנולוגיות אחרות הרחיבו מאוד את הפונקציות והמודולים של מיקרוסקופים כירורגיים מבוססי וידאו.

הדמיה אופטית של מיקרוסקופים כירורגיים מבוססי וידאו עתידיים תהיה מדויקת, יעילה וחכמה יותר, ותספק לרופאים מידע מקיף, מפורט ותלת-ממדי יותר על המטופל כדי להנחות טוב יותר את הניתוחים. בינתיים, עם ההתקדמות המתמשכת של הטכנולוגיה והרחבת תחומי היישום, מערכת זו תיושם ותפותח גם בתחומים נוספים.