O desenvolvimento da imagem óptica em microscópios cirúrgicos baseados em vídeo.

Na área da medicina, a cirurgia é, sem dúvida, o principal meio de tratamento da grande maioria das doenças, desempenhando um papel crucial, especialmente no tratamento precoce do câncer. A chave para o sucesso da cirurgia reside na visualização clara da secção patológica após a dissecção.Microscópios cirúrgicosAs imagens de ultrassom têm sido amplamente utilizadas em cirurgia médica devido à sua forte capacidade de tridimensionalidade, alta definição e alta resolução. No entanto, a estrutura anatômica da parte patológica é intrincada e complexa, e a maioria delas está adjacente a tecidos de órgãos importantes. As estruturas, que variam de milímetros a micrômetros, ultrapassam em muito o alcance da observação a olho nu. Além disso, o tecido vascular no corpo humano é estreito e denso, e a iluminação é insuficiente. Qualquer pequeno desvio pode causar danos ao paciente, afetar o resultado da cirurgia e até mesmo colocar a vida em risco. Portanto, a pesquisa e o desenvolvimento de novas tecnologias de ultrassom são essenciais.OperacionalmicroscópiosA obtenção de imagens nítidas e com ampliação suficiente é um tema que os pesquisadores continuam a explorar em profundidade.

Atualmente, tecnologias digitais como imagem e vídeo, transmissão de informações e registro fotográfico estão entrando no campo da microcirurgia com novas vantagens. Essas tecnologias não apenas influenciam profundamente o estilo de vida humano, mas também estão se integrando gradualmente à área da microcirurgia. Monitores de alta definição, câmeras, etc., podem atender com eficácia às exigências atuais de precisão cirúrgica. Sistemas de vídeo com sensores de imagem CCD, CMOS e outros como superfícies receptoras têm sido gradualmente aplicados a microscópios cirúrgicos. Microscópios cirúrgicos de vídeoSão altamente flexíveis e convenientes para os médicos operarem. A introdução de tecnologias avançadas, como sistema de navegação, visualização 3D, qualidade de imagem de alta definição, realidade aumentada (RA), etc., que permitem o compartilhamento da visão por várias pessoas durante o processo cirúrgico, auxilia ainda mais os médicos a realizarem operações intraoperatórias com maior precisão.

A formação de imagem óptica em microscópios é o principal determinante da qualidade da imagem microscópica. O sistema de imagem óptica dos microscópios cirúrgicos com vídeo possui características de design exclusivas, utilizando componentes ópticos avançados e tecnologias de imagem como sensores CMOS ou CCD de alta resolução e alto contraste, além de tecnologias-chave como zoom óptico e compensação óptica. Essas tecnologias melhoram efetivamente a nitidez e a qualidade da imagem dos microscópios, proporcionando uma boa segurança visual para as cirurgias. Além disso, ao combinar a tecnologia de imagem óptica com o processamento digital, foi possível obter imagens dinâmicas em tempo real e reconstrução 3D, proporcionando aos cirurgiões uma experiência visual mais intuitiva. Para aprimorar ainda mais a qualidade da imagem óptica dos microscópios cirúrgicos com vídeo, pesquisadores exploram constantemente novos métodos de imagem óptica, como imagem de fluorescência, imagem de polarização, imagem multiespectral, etc., para aumentar a resolução e a profundidade de imagem dos microscópios; e utilizam tecnologia de inteligência artificial para o pós-processamento de dados de imagem óptica, a fim de melhorar a nitidez e o contraste da imagem.

Nos primeiros procedimentos cirúrgicos,microscópios binocularesOs microscópios binoculares eram usados ​​principalmente como ferramentas auxiliares. Um microscópio binocular é um instrumento que utiliza prismas e lentes para obter visão estereoscópica. Ele proporciona percepção de profundidade e visão estereoscópica que os microscópios monoculares não possuem. Em meados do século XX, von Zehender foi pioneiro na aplicação de lupas binoculares em exames oftalmológicos. Posteriormente, a Zeiss introduziu uma lupa binocular com distância de trabalho de 25 cm, lançando as bases para o desenvolvimento da microcirurgia moderna. Em termos de imagem óptica, a distância de trabalho dos primeiros microscópios binoculares era de 75 mm. Com o desenvolvimento e a inovação de instrumentos médicos, foi introduzido o primeiro microscópio cirúrgico, o OPMI1, cuja distância de trabalho pode atingir 405 mm. A ampliação também tem aumentado constantemente, assim como as opções de ampliação. Com o avanço contínuo dos microscópios binoculares, suas vantagens, como efeito estereoscópico vívido, alta nitidez e longa distância de trabalho, tornaram os microscópios cirúrgicos binoculares amplamente utilizados em diversas áreas. No entanto, a limitação de seu grande tamanho e pequena profundidade não pode ser ignorada, e a equipe médica precisa calibrar e focar frequentemente durante a cirurgia, o que aumenta a dificuldade da operação. Além disso, os cirurgiões que se concentram na observação visual e na operação dos instrumentos por longos períodos não apenas aumentam sua carga física, como também não seguem os princípios da ergonomia. Os médicos precisam manter uma postura fixa para realizar exames cirúrgicos nos pacientes, e ajustes manuais também são necessários, o que, em certa medida, aumenta a dificuldade das operações cirúrgicas.

Após a década de 1990, os sistemas de câmeras e sensores de imagem começaram a se integrar gradualmente à prática cirúrgica, demonstrando um significativo potencial de aplicação. Em 1991, Berci desenvolveu, de forma inovadora, um sistema de vídeo para visualização de áreas cirúrgicas, com uma faixa de distância de trabalho ajustável de 150 a 500 mm e diâmetros de objetos observáveis ​​variando de 15 a 25 mm, mantendo uma profundidade de campo entre 10 e 20 mm. Embora os altos custos de manutenção de lentes e câmeras na época limitassem a aplicação generalizada dessa tecnologia em muitos hospitais, os pesquisadores continuaram a buscar inovação tecnológica e começaram a desenvolver microscópios cirúrgicos baseados em vídeo mais avançados. Comparados aos microscópios cirúrgicos binoculares, que exigem um longo período de tempo para manter esse modo de trabalho inalterado, podendo facilmente levar à fadiga física e mental, os microscópios cirúrgicos baseados em vídeo projetam a imagem ampliada no monitor, evitando a má postura prolongada do cirurgião. Esses microscópios liberam os médicos de uma postura única, permitindo que operem em locais anatômicos por meio de telas de alta definição.

Nos últimos anos, com o rápido avanço da tecnologia de inteligência artificial, os microscópios cirúrgicos tornaram-se gradualmente inteligentes, e os microscópios cirúrgicos baseados em vídeo consolidaram-se como produtos comuns no mercado. O microscópio cirúrgico baseado em vídeo atual combina visão computacional e tecnologias de aprendizado profundo para realizar reconhecimento, segmentação e análise automatizados de imagens. Durante o procedimento cirúrgico, os microscópios cirúrgicos inteligentes baseados em vídeo podem auxiliar os médicos na localização rápida de tecidos doentes e no aumento da precisão cirúrgica.

No processo de desenvolvimento dos microscópios binoculares para os microscópios cirúrgicos baseados em vídeo, é fácil perceber que as exigências de precisão, eficiência e segurança em cirurgia aumentam a cada dia. Atualmente, a demanda por imagens ópticas em microscópios cirúrgicos não se limita à ampliação de partes patológicas, mas se diversifica cada vez mais, tornando-se mais eficiente. Na medicina clínica, os microscópios cirúrgicos são amplamente utilizados em cirurgias neurológicas e da coluna vertebral por meio de módulos de fluorescência integrados à realidade aumentada. Sistemas de navegação em realidade aumentada podem facilitar cirurgias complexas da coluna vertebral por vídeo, e agentes fluorescentes podem guiar os médicos na remoção completa de tumores cerebrais. Além disso, pesquisadores obtiveram sucesso na detecção automática de pólipos nas cordas vocais e leucoplasia utilizando um microscópio cirúrgico hiperespectral combinado com algoritmos de classificação de imagens. Os microscópios cirúrgicos com vídeo têm sido amplamente utilizados em diversas áreas cirúrgicas, como tireoidectomia, cirurgia da retina e cirurgia linfática, combinando imagens de fluorescência, imagens multiespectrais e tecnologias inteligentes de processamento de imagens.

Em comparação com os microscópios cirúrgicos binoculares, os microscópios de vídeo permitem o compartilhamento de vídeo entre múltiplos usuários, oferecem imagens cirúrgicas de alta definição e são mais ergonômicos, reduzindo a fadiga do médico. O desenvolvimento de imagens ópticas, digitalização e inteligência artificial aprimorou significativamente o desempenho dos sistemas ópticos dos microscópios cirúrgicos, e tecnologias como imagens dinâmicas em tempo real, realidade aumentada e outras expandiram consideravelmente as funções e os módulos dos microscópios cirúrgicos baseados em vídeo.

A geração de imagens ópticas em microscópios cirúrgicos baseados em vídeo do futuro será mais precisa, eficiente e inteligente, fornecendo aos médicos informações mais abrangentes, detalhadas e tridimensionais sobre o paciente para melhor orientar as cirurgias. Ao mesmo tempo, com o avanço contínuo da tecnologia e a expansão dos campos de aplicação, esse sistema também será aplicado e desenvolvido em mais áreas.