El desarrollo de la imagen óptica en microscopios quirúrgicos basados ​​en vídeo

En el campo de la medicina, la cirugía es sin duda el método principal para tratar la gran mayoría de las enfermedades, y desempeña un papel crucial en el tratamiento precoz del cáncer. La clave del éxito de la cirugía radica en la visualización clara de la sección patológica tras la disección.Microscopios quirúrgicosLas técnicas de imagen se han utilizado ampliamente en cirugía médica debido a su fuerte sensación de tridimensionalidad, alta definición y alta resolución. Sin embargo, la estructura anatómica de la zona patológica es intrincada y compleja, y la mayoría de estas zonas se encuentran adyacentes a tejidos de órganos importantes. Las estructuras de tamaño milimétrico a micrométrico superan con creces el rango de visión humana. Además, el tejido vascular del cuerpo humano es denso y está muy concentrado, y la iluminación es insuficiente. Cualquier pequeña desviación puede perjudicar al paciente, afectar el resultado de la cirugía e incluso poner en peligro su vida. Por lo tanto, es necesario investigar y desarrollar nuevas técnicas de imagen.OperantemicroscopiosCon suficiente aumento y para obtener imágenes visuales claras, este es un tema que los investigadores siguen explorando en profundidad.

Actualmente, las tecnologías digitales, como la imagen y el vídeo, la transmisión de información y el registro fotográfico, están entrando en el campo de la microcirugía con nuevas ventajas. Estas tecnologías no solo influyen profundamente en los estilos de vida humanos, sino que también se integran gradualmente en la microcirugía. Las pantallas de alta definición, las cámaras, etc., permiten satisfacer eficazmente los requisitos actuales de precisión quirúrgica. Los sistemas de vídeo con sensores de imagen CCD, CMOS y otros como superficies receptoras se han ido aplicando progresivamente a los microscopios quirúrgicos. Microscopios quirúrgicos de vídeoSon altamente flexibles y convenientes para los médicos. La introducción de tecnologías avanzadas como sistemas de navegación, visualización 3D, imágenes de alta definición y realidad aumentada (RA), que permiten compartir la visión entre varias personas durante la cirugía, ayuda aún más a los médicos a realizar mejor las intervenciones intraoperatorias.

La imagen óptica del microscopio es el principal determinante de la calidad de imagen. Los microscopios quirúrgicos de vídeo presentan características de diseño únicas, empleando componentes ópticos avanzados y tecnologías de imagen como sensores CMOS o CCD de alta resolución y alto contraste, así como tecnologías clave como el zoom óptico y la compensación óptica. Estas tecnologías mejoran eficazmente la nitidez y la calidad de imagen, proporcionando una excelente garantía visual para las intervenciones quirúrgicas. Además, al combinar la tecnología de imagen óptica con el procesamiento digital, se ha logrado la obtención de imágenes dinámicas en tiempo real y la reconstrucción 3D, ofreciendo a los cirujanos una experiencia visual más intuitiva. Con el fin de seguir mejorando la calidad de imagen de los microscopios quirúrgicos de vídeo, los investigadores exploran constantemente nuevos métodos de imagen óptica, como la imagen de fluorescencia, la imagen de polarización y la imagen multiespectral, para aumentar la resolución y la profundidad de imagen; y utilizan la inteligencia artificial para el posprocesamiento de los datos de imagen óptica con el fin de mejorar la nitidez y el contraste de la imagen.

En los primeros procedimientos quirúrgicos,microscopios binocularesSe utilizaban principalmente como herramientas auxiliares. Un microscopio binocular es un instrumento que emplea prismas y lentes para lograr la visión estereoscópica. Proporciona percepción de profundidad y visión estereoscópica, características de las que carecen los microscopios monoculares. A mediados del siglo XX, von Zehender fue pionero en la aplicación de lupas binoculares en exámenes oftalmológicos. Posteriormente, Zeiss introdujo una lupa binocular con una distancia de trabajo de 25 cm, sentando las bases para el desarrollo de la microcirugía moderna. En cuanto a la imagen óptica de los microscopios quirúrgicos binoculares, la distancia de trabajo de los primeros modelos era de 75 mm. Con el desarrollo e innovación de los instrumentos médicos, se presentó el primer microscopio quirúrgico OPMI1, cuya distancia de trabajo alcanza los 405 mm. La magnificación y las opciones de aumento también han ido en constante aumento. Gracias al continuo avance de los microscopios binoculares, sus ventajas, como el vívido efecto estereoscópico, la alta claridad y la larga distancia de trabajo, han propiciado su amplio uso en diversos campos. Sin embargo, no se pueden ignorar las limitaciones derivadas de su gran tamaño y poca profundidad, y el personal médico necesita calibrar y concentrarse frecuentemente durante la cirugía, lo que dificulta la intervención. Además, los cirujanos que se centran en la observación y la operación visual durante largos periodos no solo aumentan su carga física, sino que tampoco cumplen con los principios ergonómicos. Los médicos deben mantener una postura fija para realizar exploraciones quirúrgicas a los pacientes, y también se requieren ajustes manuales, lo que, en cierta medida, dificulta las intervenciones.

Tras la década de 1990, los sistemas de cámaras y los sensores de imagen comenzaron a integrarse gradualmente en la práctica quirúrgica, demostrando un importante potencial de aplicación. En 1991, Berci desarrolló de forma innovadora un sistema de vídeo para visualizar áreas quirúrgicas, con un rango de distancia de trabajo ajustable de 150 a 500 mm y diámetros de objetos observables de entre 15 y 25 mm, manteniendo una profundidad de campo de entre 10 y 20 mm. Si bien los elevados costes de mantenimiento de las lentes y las cámaras en aquel momento limitaron la aplicación generalizada de esta tecnología en muchos hospitales, los investigadores continuaron impulsando la innovación tecnológica y comenzaron a desarrollar microscopios quirúrgicos de vídeo más avanzados. En comparación con los microscopios quirúrgicos binoculares, que requieren un tiempo prolongado para mantener este modo de trabajo invariable, lo que puede provocar fácilmente fatiga física y mental, el microscopio quirúrgico de vídeo proyecta la imagen ampliada en el monitor, evitando así que el cirujano adopte malas posturas durante largos periodos. Los microscopios quirúrgicos de vídeo liberan a los médicos de una postura fija, permitiéndoles operar en zonas anatómicas a través de pantallas de alta definición.

En los últimos años, gracias al rápido avance de la inteligencia artificial, los microscopios quirúrgicos se han vuelto inteligentes, y los microscopios quirúrgicos con vídeo integrado se han convertido en productos de uso común en el mercado. Estos microscopios combinan visión artificial y aprendizaje profundo para lograr el reconocimiento, la segmentación y el análisis automatizados de imágenes. Durante la intervención, los microscopios quirúrgicos inteligentes con vídeo integrado ayudan a los médicos a localizar rápidamente los tejidos afectados y a mejorar la precisión quirúrgica.

En el proceso de desarrollo, desde los microscopios binoculares hasta los microscopios quirúrgicos basados ​​en vídeo, resulta evidente que las exigencias de precisión, eficiencia y seguridad en cirugía aumentan día a día. Actualmente, la demanda de imágenes ópticas en microscopios quirúrgicos no se limita a la magnificación de partes patológicas, sino que es cada vez más diversa y eficiente. En medicina clínica, los microscopios quirúrgicos se utilizan ampliamente en cirugías neurológicas y de columna mediante módulos de fluorescencia integrados con realidad aumentada. Los sistemas de navegación con realidad aumentada facilitan la cirugía mínimamente invasiva de columna, y los agentes fluorescentes guían a los médicos para la extirpación completa de tumores cerebrales. Además, se ha logrado la detección automática de pólipos de cuerdas vocales y leucoplasia mediante un microscopio quirúrgico hiperespectral combinado con algoritmos de clasificación de imágenes. Los microscopios quirúrgicos con vídeo se utilizan ampliamente en diversos campos quirúrgicos, como la tiroidectomía, la cirugía de retina y la cirugía linfática, gracias a la combinación de imágenes de fluorescencia, imágenes multiespectrales y tecnologías de procesamiento inteligente de imágenes.

En comparación con los microscopios quirúrgicos binoculares, los videomicroscopios permiten compartir videos entre varios usuarios, ofrecen imágenes quirúrgicas de alta definición y son más ergonómicos, lo que reduce la fatiga del cirujano. El desarrollo de la imagen óptica, la digitalización y la inteligencia artificial ha mejorado notablemente el rendimiento de los sistemas ópticos de los microscopios quirúrgicos, y la imagen dinámica en tiempo real, la realidad aumentada y otras tecnologías han ampliado considerablemente las funciones y los módulos de los videomicroscopios quirúrgicos.

La imagen óptica de los futuros microscopios quirúrgicos basados ​​en vídeo será más precisa, eficiente e inteligente, proporcionando a los médicos información tridimensional, detallada y más completa del paciente para guiar mejor las intervenciones quirúrgicas. Asimismo, con el continuo avance de la tecnología y la expansión de sus campos de aplicación, este sistema se aplicará y desarrollará en un mayor número de especialidades.