Perkembangan pencitraan optik dalam mikroskop bedah berbasis video

Dalam bidang kedokteran, pembedahan tidak diragukan lagi merupakan metode utama untuk mengobati sebagian besar penyakit, terutama memainkan peran krusial dalam penanganan dini kanker. Kunci keberhasilan operasi oleh ahli bedah terletak pada visualisasi yang jelas dari bagian patologis setelah pembedahan.Mikroskop bedahTelah banyak digunakan dalam bedah medis karena memiliki kemampuan tiga dimensi, definisi tinggi, dan resolusi tinggi. Namun, struktur anatomi bagian patologis sangat rumit dan kompleks, dan sebagian besar berdekatan dengan jaringan organ penting. Struktur berukuran milimeter hingga mikrometer telah jauh melampaui jangkauan yang dapat diamati oleh mata manusia. Selain itu, jaringan pembuluh darah dalam tubuh manusia sempit dan padat, serta pencahayaannya kurang memadai. Deviasi sekecil apa pun dapat membahayakan pasien, memengaruhi hasil pembedahan, dan bahkan membahayakan nyawa. Oleh karena itu, penelitian dan pengembanganPengoperasianmikroskopdengan pembesaran yang memadai dan gambar visual yang jelas merupakan topik yang terus dieksplorasi secara mendalam oleh para peneliti.

Saat ini, teknologi digital seperti gambar dan video, transmisi informasi, dan perekaman fotografi memasuki bidang bedah mikro dengan keunggulan baru. Teknologi ini tidak hanya memengaruhi gaya hidup manusia secara mendalam, tetapi juga secara bertahap terintegrasi ke dalam bidang bedah mikro. Layar definisi tinggi, kamera, dll. dapat secara efektif memenuhi persyaratan akurasi bedah saat ini. Sistem video dengan CCD, CMOS, dan sensor gambar lainnya sebagai permukaan penerima secara bertahap telah diterapkan pada mikroskop bedah. Mikroskop bedah videoSangat fleksibel dan nyaman dioperasikan oleh dokter. Pengenalan teknologi canggih seperti sistem navigasi, tampilan 3D, kualitas gambar definisi tinggi, realitas tertambah (AR), dll., yang memungkinkan berbagi pandangan dengan banyak orang selama proses pembedahan, semakin membantu dokter dalam menjalankan operasi intraoperatif dengan lebih baik.

Pencitraan optik mikroskop merupakan penentu utama kualitas gambar mikroskop. Pencitraan optik mikroskop bedah video memiliki fitur desain yang unik, menggunakan komponen optik canggih dan teknologi pencitraan seperti sensor CMOS atau CCD beresolusi tinggi dan kontras tinggi, serta teknologi utama seperti zoom optik dan kompensasi optik. Teknologi ini secara efektif meningkatkan kejernihan dan kualitas gambar mikroskop, memberikan jaminan visual yang baik untuk operasi bedah. Selain itu, dengan menggabungkan teknologi pencitraan optik dengan pemrosesan digital, pencitraan dinamis waktu nyata dan rekonstruksi 3D telah tercapai, memberikan pengalaman visual yang lebih intuitif bagi ahli bedah. Untuk lebih meningkatkan kualitas gambar optik mikroskop bedah video, para peneliti terus mengeksplorasi metode pencitraan optik baru, seperti pencitraan fluoresensi, pencitraan polarisasi, pencitraan multispektral, dll., untuk meningkatkan resolusi dan kedalaman gambar mikroskop; Memanfaatkan teknologi kecerdasan buatan untuk pasca-pemrosesan data pencitraan optik guna meningkatkan kejernihan dan kontras gambar.

Pada prosedur pembedahan awal,mikroskop binokulerMikroskop binokular terutama digunakan sebagai alat bantu. Mikroskop binokular adalah instrumen yang menggunakan prisma dan lensa untuk mencapai penglihatan stereoskopis. Mikroskop ini dapat memberikan persepsi kedalaman dan penglihatan stereoskopis yang tidak dimiliki mikroskop monokuler. Pada pertengahan abad ke-20, von Zehender memelopori penggunaan kaca pembesar binokular dalam pemeriksaan mata medis. Selanjutnya, Zeiss memperkenalkan kaca pembesar binokular dengan jarak kerja 25 cm, yang menjadi fondasi bagi perkembangan bedah mikro modern. Dalam hal pencitraan optik mikroskop bedah binokular, jarak kerja mikroskop binokular awal adalah 75 mm. Dengan perkembangan dan inovasi instrumen medis, mikroskop bedah pertama OPMI1 diperkenalkan, dan jarak kerjanya dapat mencapai 405 mm. Pembesarannya juga terus meningkat, dan pilihan pembesarannya pun terus bertambah. Dengan kemajuan mikroskop binokular yang berkelanjutan, keunggulannya seperti efek stereoskopis yang jelas, kejernihan tinggi, dan jarak kerja yang jauh telah membuat mikroskop bedah binokular banyak digunakan di berbagai departemen. Namun, keterbatasan ukurannya yang besar dan kedalamannya yang kecil tidak dapat diabaikan, dan staf medis perlu sering melakukan kalibrasi dan pemfokusan selama operasi, yang meningkatkan kesulitan operasi. Selain itu, ahli bedah yang berfokus pada observasi instrumen visual dan operasi dalam jangka waktu lama tidak hanya menambah beban fisik mereka, tetapi juga tidak mematuhi prinsip-prinsip ergonomis. Dokter perlu mempertahankan postur tubuh yang tetap untuk melakukan pemeriksaan bedah pada pasien, dan penyesuaian manual juga diperlukan, yang sampai batas tertentu meningkatkan kesulitan operasi bedah.

Setelah tahun 1990-an, sistem kamera dan sensor gambar mulai terintegrasi secara bertahap ke dalam praktik bedah, menunjukkan potensi aplikasi yang signifikan. Pada tahun 1991, Berci secara inovatif mengembangkan sistem video untuk memvisualisasikan area bedah, dengan rentang jarak kerja yang dapat disesuaikan antara 150-500 mm dan diameter objek yang dapat diamati berkisar antara 15-25 mm, dengan tetap mempertahankan kedalaman bidang pandang antara 10-20 mm. Meskipun biaya perawatan lensa dan kamera yang tinggi pada saat itu membatasi penerapan teknologi ini secara luas di banyak rumah sakit, para peneliti terus mengejar inovasi teknologi dan mulai mengembangkan mikroskop bedah berbasis video yang lebih canggih. Dibandingkan dengan mikroskop bedah binokular, yang membutuhkan waktu lama untuk mempertahankan mode kerja yang tidak berubah ini, hal ini dapat dengan mudah menyebabkan kelelahan fisik dan mental. Mikroskop bedah tipe video memproyeksikan gambar yang diperbesar ke monitor, sehingga menghindari postur tubuh ahli bedah yang buruk dalam jangka panjang. Mikroskop bedah berbasis video membebaskan dokter dari postur tunggal, memungkinkan mereka untuk mengoperasi area anatomi melalui layar definisi tinggi.

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan kemajuan pesat teknologi kecerdasan buatan, mikroskop bedah secara bertahap menjadi cerdas, dan mikroskop bedah berbasis video telah menjadi produk utama di pasaran. Mikroskop bedah berbasis video saat ini menggabungkan teknologi visi komputer dan pembelajaran mendalam untuk mencapai pengenalan, segmentasi, dan analisis gambar otomatis. Selama proses pembedahan, mikroskop bedah berbasis video yang cerdas dapat membantu dokter menemukan jaringan yang sakit dengan cepat dan meningkatkan akurasi pembedahan.

Dalam proses pengembangan mikroskop binokular menjadi mikroskop bedah berbasis video, persyaratan akurasi, efisiensi, dan keamanan dalam pembedahan semakin meningkat. Saat ini, permintaan pencitraan optik mikroskop bedah tidak terbatas pada pembesaran organ patologis saja, tetapi juga semakin beragam dan efisien. Dalam kedokteran klinis, mikroskop bedah banyak digunakan dalam bedah saraf dan tulang belakang melalui modul fluoresensi yang terintegrasi dengan realitas tertambah. Sistem navigasi AR dapat memfasilitasi operasi lubang kunci tulang belakang yang kompleks, dan agen fluoresen dapat memandu dokter untuk mengangkat tumor otak secara menyeluruh. Selain itu, para peneliti telah berhasil mencapai deteksi otomatis polip pita suara dan leukoplakia menggunakan mikroskop bedah hiperspektral yang dikombinasikan dengan algoritma klasifikasi gambar. Mikroskop bedah video telah banyak digunakan di berbagai bidang bedah seperti tiroidektomi, bedah retina, dan bedah limfatik dengan menggabungkan teknologi pencitraan fluoresensi, pencitraan multispektral, dan pemrosesan gambar cerdas.

Dibandingkan dengan mikroskop bedah binokular, mikroskop video dapat menyediakan berbagi video multi-pengguna, gambar bedah definisi tinggi, dan lebih ergonomis, sehingga mengurangi kelelahan dokter. Perkembangan pencitraan optik, digitalisasi, dan kecerdasan telah sangat meningkatkan kinerja sistem optik mikroskop bedah, dan pencitraan dinamis waktu nyata (real-time dynamic imaging), realitas tertambah (augmented reality), dan teknologi lainnya telah memperluas fungsi dan modul mikroskop bedah berbasis video secara signifikan.

Pencitraan optik mikroskop bedah berbasis video di masa depan akan lebih presisi, efisien, dan cerdas, sehingga dokter dapat memperoleh informasi pasien yang lebih komprehensif, detail, dan tiga dimensi untuk memandu operasi bedah dengan lebih baik. Seiring dengan kemajuan teknologi dan perluasan bidang aplikasi, sistem ini juga akan diterapkan dan dikembangkan di lebih banyak bidang.