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

En el campo de la medicina, la cirugía es sin duda el principal medio para tratar la gran mayoría de las enfermedades, desempeñando un papel crucial, sobre todo, en el tratamiento precoz del cáncer. La clave del éxito de una intervención quirúrgica reside en la clara visualización de la sección patológica tras la disección.Microscopios quirúrgicosSe han utilizado ampliamente en cirugía médica debido a su fuerte sentido de tridimensionalidad, alta definición y alta resolución. Sin embargo, la estructura anatómica de la parte patológica es intrincada y compleja, y la mayoría de ellas están adyacentes a tejidos de órganos importantes. Las estructuras de milímetros a micrómetros han superado con creces el rango que puede observar el ojo humano. Además, el tejido vascular en el cuerpo humano es estrecho y denso, y la iluminación es insuficiente. Cualquier pequeña desviación puede causar daño al paciente, afectar el efecto quirúrgico e incluso poner en peligro la vida. Por lo tanto, la investigación y el desarrolloOperantemicroscopiosLa obtención de imágenes visuales nítidas con suficiente aumento es un tema que los investigadores siguen explorando en profundidad.

Actualmente, las tecnologías digitales como la imagen, el vídeo, la transmisión de información y la grabación fotográfica están irrumpiendo en el campo de la microcirugía con nuevas ventajas. Estas tecnologías no solo influyen profundamente en la vida cotidiana, sino que también se están integrando gradualmente en la microcirugía. Las pantallas de alta definición, las cámaras, etc., satisfacen eficazmente los requisitos actuales de precisión quirúrgica. Los sistemas de vídeo con sensores CCD, CMOS y otros sensores de imagen como superficies receptoras se han ido aplicando progresivamente a los microscopios quirúrgicos. microscopios quirúrgicos de vídeoSon muy flexibles y fáciles de usar para los médicos. La introducción de tecnologías avanzadas como sistemas de navegación, pantallas 3D, imágenes de alta definición, realidad aumentada (RA), etc., que permiten compartir la vista entre varias personas durante el proceso quirúrgico, 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 la imagen. La imagen óptica de los microscopios quirúrgicos de vídeo presenta características de diseño únicas, utilizando 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 claridad y la calidad de la imagen de los microscopios, proporcionando una buena 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, lo que proporciona a los cirujanos una experiencia visual más intuitiva. Para mejorar aún más la calidad de la imagen óptica de los microscopios quirúrgicos de vídeo, los investigadores exploran constantemente nuevos métodos de imagen óptica, como la imagen de fluorescencia, la imagen de polarización, la imagen multiespectral, etc., para aumentar la resolución y la profundidad de imagen de los microscopios; utilizando tecnología de inteligencia artificial para el posprocesamiento de datos de imagen óptica para mejorar la claridad 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 utiliza 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 microscopios binoculares era de 75 mm. Con el desarrollo e innovación de los instrumentos médicos, se introdujo el primer microscopio quirúrgico OPMI1, cuya distancia de trabajo puede alcanzar los 405 mm. La magnificación y las opciones de magnificación también aumentan constantemente. Gracias al continuo avance de los microscopios binoculares, sus ventajas, como el vívido efecto estereoscópico, la alta nitidez y la larga distancia de trabajo, han propiciado su amplio uso en diversos campos. Sin embargo, no se pueden ignorar las limitaciones de su gran tamaño y poca profundidad, y el personal médico necesita calibrar y enfocar con frecuencia durante la cirugía, lo que aumenta la dificultad de la intervención. Además, los cirujanos que se concentran en la observación visual de los instrumentos y en la operación durante mucho tiempo no solo aumentan su esfuerzo físico, 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 incrementa la dificultad de las intervenciones quirúrgicas.

Tras la década de 1990, los sistemas de cámaras y 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 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 largo periodo de tiempo para mantener este modo de trabajo invariable, pueden provocar fácilmente fatiga física y mental. El microscopio quirúrgico de vídeo proyecta la imagen ampliada en el monitor, evitando posturas incómodas prolongadas del cirujano. Los microscopios quirúrgicos de vídeo liberan a los médicos de una única postura, 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 cada vez más inteligentes, y los microscopios quirúrgicos basados ​​en vídeo se han consolidado como productos de uso generalizado en el mercado. El microscopio quirúrgico actual basado en vídeo combina visión artificial y aprendizaje profundo para lograr el reconocimiento, la segmentación y el análisis automatizados de imágenes. Durante la cirugía, estos microscopios inteligentes pueden ayudar a los médicos a localizar rápidamente los tejidos afectados y mejorar la precisión quirúrgica.

En el proceso de desarrollo desde microscopios binoculares hasta microscopios quirúrgicos basados ​​en video, es evidente que los requisitos 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 diversificada y eficiente. En medicina clínica, los microscopios quirúrgicos se utilizan ampliamente en cirugías neurológicas y de columna vertebral mediante módulos de fluorescencia integrados con realidad aumentada. Los sistemas de navegación con realidad aumentada facilitan la cirugía espinal mínimamente invasiva, y los agentes fluorescentes guían a los médicos para extirpar completamente tumores cerebrales. Además, los investigadores han 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 de video se utilizan ampliamente en diversos campos quirúrgicos, como tiroidectomía, cirugía de retina y 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 microscopios de vídeo permiten compartir vídeos entre varios usuarios, ofrecen imágenes quirúrgicas de alta definición y son más ergonómicos, lo que reduce la fatiga del médico. 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 microscopios quirúrgicos basados ​​en vídeo.

La imagen óptica de los futuros microscopios quirúrgicos basados ​​en vídeo será más precisa, eficiente e inteligente, proporcionando a los médicos información más completa, detallada y tridimensional 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 más áreas.