Tiến bộ công nghệ và ứng dụng lâm sàng của kính hiển vi phẫu thuật độ nét cực cao

 

Kính hiển vi phẫu thuậtđóng vai trò cực kỳ quan trọng trong các lĩnh vực y tế hiện đại, đặc biệt là trong các lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao như phẫu thuật thần kinh, nhãn khoa, tai mũi họng và phẫu thuật ít xâm lấn, nơi chúng đã trở thành thiết bị cơ bản không thể thiếu. Với khả năng phóng đại cao,Kính hiển vi phẫu thuậtcung cấp góc nhìn chi tiết, cho phép bác sĩ phẫu thuật quan sát các chi tiết vô hình với mắt thường, chẳng hạn như sợi thần kinh, mạch máu và các lớp mô, từ đó giúp bác sĩ tránh làm tổn thương mô khỏe mạnh trong quá trình phẫu thuật. Đặc biệt trong phẫu thuật thần kinh, độ phóng đại cao của kính hiển vi cho phép định vị chính xác khối u hoặc mô bệnh, đảm bảo ranh giới cắt bỏ rõ ràng và tránh tổn thương các dây thần kinh quan trọng, từ đó cải thiện chất lượng phục hồi sau phẫu thuật của bệnh nhân.

Kính hiển vi phẫu thuật truyền thống thường được trang bị hệ thống hiển thị có độ phân giải tiêu chuẩn, có khả năng cung cấp đủ thông tin hình ảnh để hỗ trợ các nhu cầu phẫu thuật phức tạp. Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ y tế, đặc biệt là những đột phá trong lĩnh vực công nghệ hình ảnh, chất lượng hình ảnh của kính hiển vi phẫu thuật đã dần trở thành một yếu tố quan trọng trong việc cải thiện độ chính xác của phẫu thuật. So với kính hiển vi phẫu thuật truyền thống, kính hiển vi độ nét cực cao có thể hiển thị nhiều chi tiết hơn. Bằng cách giới thiệu hệ thống hiển thị và hình ảnh có độ phân giải 4K, 8K hoặc thậm chí cao hơn, kính hiển vi phẫu thuật độ nét cực cao cho phép bác sĩ phẫu thuật xác định và thao tác chính xác hơn các tổn thương và cấu trúc giải phẫu nhỏ, nâng cao đáng kể độ chính xác và an toàn của phẫu thuật. Với sự tích hợp liên tục của công nghệ xử lý hình ảnh, trí tuệ nhân tạo và thực tế ảo, kính hiển vi phẫu thuật độ nét cực cao không chỉ cải thiện chất lượng hình ảnh mà còn cung cấp hỗ trợ thông minh hơn cho phẫu thuật, thúc đẩy các quy trình phẫu thuật hướng tới độ chính xác cao hơn và rủi ro thấp hơn.

 

Ứng dụng lâm sàng của kính hiển vi độ nét cực cao

Với sự đổi mới liên tục của công nghệ hình ảnh, kính hiển vi có độ phân giải cực cao đang dần đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng lâm sàng, nhờ độ phân giải cực cao, chất lượng hình ảnh tuyệt vời và khả năng quan sát động theo thời gian thực.

Nhãn khoa

Phẫu thuật mắt đòi hỏi thao tác chính xác, đòi hỏi tiêu chuẩn kỹ thuật caokính hiển vi phẫu thuật nhãn khoaVí dụ, trong phẫu thuật rạch giác mạc bằng laser femto giây, kính hiển vi phẫu thuật có thể cung cấp độ phóng đại cao để quan sát tiền phòng, đường rạch trung tâm nhãn cầu và kiểm tra vị trí của đường rạch. Trong phẫu thuật nhãn khoa, độ sáng là yếu tố then chốt. Kính hiển vi không chỉ mang lại hiệu ứng thị giác tối ưu với cường độ ánh sáng thấp mà còn tạo ra phản xạ ánh sáng đỏ đặc biệt, hỗ trợ toàn bộ quá trình phẫu thuật đục thủy tinh thể. Hơn nữa, chụp cắt lớp quang học (OCT) được sử dụng rộng rãi trong phẫu thuật nhãn khoa để quan sát dưới bề mặt. Nó có thể cung cấp hình ảnh cắt ngang, khắc phục hạn chế của chính kính hiển vi, không thể nhìn thấy các mô nhỏ do quan sát trực diện. Ví dụ, Kapeller và cộng sự đã sử dụng màn hình 4K-3D và máy tính bảng để tự động hiển thị sơ đồ hiệu ứng của OCT tích hợp kính hiển vi (miOCT) (4D-miOCT). Dựa trên phản hồi chủ quan của người dùng, đánh giá hiệu suất định lượng và các phép đo định lượng khác nhau, họ đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng màn hình 4K-3D thay thế cho 4D-miOCT trên kính hiển vi ánh sáng trắng. Ngoài ra, trong nghiên cứu của Lata và cộng sự, bằng cách thu thập các trường hợp của 16 bệnh nhân bị glaucoma bẩm sinh kèm theo hình bia bắn, họ đã sử dụng kính hiển vi có chức năng miOCT để quan sát quá trình phẫu thuật theo thời gian thực. Bằng cách đánh giá các dữ liệu quan trọng như các thông số trước phẫu thuật, chi tiết phẫu thuật, biến chứng sau phẫu thuật, thị lực cuối cùng và độ dày giác mạc, cuối cùng họ đã chứng minh rằng miOCT có thể giúp bác sĩ xác định cấu trúc mô, tối ưu hóa phẫu thuật và giảm nguy cơ biến chứng trong quá trình phẫu thuật. Tuy nhiên, mặc dù OCT dần trở thành một công cụ hỗ trợ mạnh mẽ trong phẫu thuật võng mạc, đặc biệt là trong các trường hợp phức tạp và phẫu thuật mới (như liệu pháp gen), một số bác sĩ vẫn đặt câu hỏi liệu nó có thực sự cải thiện hiệu quả lâm sàng hay không do chi phí cao và đường cong học tập dài.

Tai mũi họng

Phẫu thuật tai mũi họng là một lĩnh vực phẫu thuật khác sử dụng kính hiển vi phẫu thuật. Do sự hiện diện của các khoang sâu và cấu trúc mỏng manh trên khuôn mặt, độ phóng đại và độ chiếu sáng rất quan trọng đối với kết quả phẫu thuật. Mặc dù nội soi đôi khi có thể cung cấp tầm nhìn tốt hơn về các vùng phẫu thuật hẹp,kính hiển vi phẫu thuật độ nét cực caocung cấp nhận thức chiều sâu, cho phép phóng đại các vùng giải phẫu hẹp như ốc tai và xoang, hỗ trợ bác sĩ trong việc điều trị các tình trạng như viêm tai giữa và polyp mũi. Ví dụ, Dundar và cộng sự đã so sánh tác dụng của phương pháp kính hiển vi và nội soi đối với phẫu thuật xương bàn đạp trong điều trị chứng xơ cứng tai, thu thập dữ liệu từ 84 bệnh nhân được chẩn đoán mắc chứng xơ cứng tai đã phẫu thuật từ năm 2010 đến năm 2020. Sử dụng sự thay đổi về chênh lệch dẫn truyền khí-xương trước và sau phẫu thuật làm chỉ số đo lường, kết quả cuối cùng cho thấy mặc dù cả hai phương pháp đều có tác dụng tương tự đối với việc cải thiện thính giác, nhưng kính hiển vi phẫu thuật dễ vận hành hơn và có đường cong học tập ngắn hơn. Tương tự như vậy, trong một nghiên cứu triển vọng do Ashfaq và cộng sự thực hiện, nhóm nghiên cứu đã thực hiện phẫu thuật cắt bỏ tuyến mang tai có hỗ trợ kính hiển vi trên 70 bệnh nhân bị khối u tuyến mang tai từ năm 2020 đến năm 2023, tập trung vào việc đánh giá vai trò của kính hiển vi trong việc xác định và bảo vệ dây thần kinh mặt. Kết quả cho thấy kính hiển vi có những ưu điểm đáng kể trong việc cải thiện độ rõ nét của trường phẫu thuật, xác định chính xác thân và các nhánh chính của dây thần kinh mặt, giảm lực kéo dây thần kinh và cầm máu, khiến chúng trở thành một công cụ quan trọng để nâng cao tỷ lệ bảo tồn dây thần kinh mặt. Hơn nữa, khi các ca phẫu thuật ngày càng phức tạp và chính xác, việc tích hợp AR và các chế độ hình ảnh khác nhau với kính hiển vi phẫu thuật cho phép bác sĩ phẫu thuật thực hiện các ca phẫu thuật dưới sự hướng dẫn của hình ảnh.

Phẫu thuật thần kinh

Ứng dụng độ nét cực caokính hiển vi phẫu thuật trong phẫu thuật thần kinhđã chuyển từ quan sát quang học truyền thống sang số hóa, thực tế tăng cường (AR) và hỗ trợ thông minh. Ví dụ, Draxinger và cộng sự đã sử dụng kính hiển vi kết hợp với hệ thống MHz-OCT do chính họ phát triển, cung cấp hình ảnh ba chiều có độ phân giải cao thông qua tần số quét 1,6 MHz, hỗ trợ thành công cho các bác sĩ phẫu thuật trong việc phân biệt giữa khối u và mô khỏe mạnh theo thời gian thực và nâng cao độ chính xác của phẫu thuật. Hafez và cộng sự đã so sánh hiệu suất của kính hiển vi truyền thống và hệ thống hình ảnh vi phẫu độ nét cực cao (Exoscope) trong phẫu thuật bắc cầu mạch máu não thử nghiệm và phát hiện ra rằng mặc dù kính hiển vi có thời gian khâu ngắn hơn (P <0,001), nhưng Exoscope hoạt động tốt hơn về mặt phân bố chỉ khâu (P = 0,001). Ngoài ra, Exoscope cung cấp tư thế phẫu thuật thoải mái hơn và tầm nhìn chung, mang lại lợi thế về mặt sư phạm. Tương tự, Calloni và cộng sự đã so sánh ứng dụng của Exoscope và kính hiển vi phẫu thuật truyền thống trong việc đào tạo các bác sĩ nội trú phẫu thuật thần kinh. Mười sáu bác sĩ nội trú đã thực hiện các nhiệm vụ nhận dạng cấu trúc lặp đi lặp lại trên các mô hình sọ não bằng cả hai thiết bị. Kết quả cho thấy mặc dù không có sự khác biệt đáng kể về thời gian phẫu thuật tổng thể giữa hai loại, Exoscope hoạt động tốt hơn trong việc xác định các cấu trúc sâu và được hầu hết người tham gia đánh giá là trực quan và thoải mái hơn, có tiềm năng trở nên phổ biến trong tương lai. Rõ ràng, kính hiển vi phẫu thuật độ phân giải cực cao, được trang bị màn hình độ phân giải cao 4K, có thể cung cấp cho tất cả người tham gia hình ảnh phẫu thuật 3D chất lượng tốt hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp phẫu thuật, truyền đạt thông tin và cải thiện hiệu quả giảng dạy.

Phẫu thuật cột sống

Độ nét cực caokính hiển vi phẫu thuậtđóng vai trò then chốt trong lĩnh vực phẫu thuật cột sống. Bằng cách cung cấp hình ảnh ba chiều độ phân giải cao, chúng cho phép bác sĩ phẫu thuật quan sát cấu trúc giải phẫu phức tạp của cột sống rõ ràng hơn, bao gồm cả những bộ phận tinh vi như dây thần kinh, mạch máu và mô xương, từ đó nâng cao độ chính xác và an toàn của phẫu thuật. Về mặt điều trị vẹo cột sống, kính hiển vi phẫu thuật có thể cải thiện độ rõ nét của tầm nhìn phẫu thuật và khả năng thao tác tinh tế, giúp bác sĩ xác định chính xác cấu trúc thần kinh và mô bệnh lý trong ống sống hẹp, từ đó hoàn thành các thủ thuật giải áp và ổn định cột sống một cách an toàn và hiệu quả.

Sun và cộng sự đã so sánh hiệu quả và độ an toàn của phẫu thuật cổ trước hỗ trợ bằng kính hiển vi và phẫu thuật mở truyền thống trong điều trị cốt hóa dây chằng dọc sau của cột sống cổ. Sáu mươi bệnh nhân được chia thành nhóm hỗ trợ bằng kính hiển vi (30 trường hợp) và nhóm phẫu thuật truyền thống (30 trường hợp). Kết quả cho thấy nhóm hỗ trợ bằng kính hiển vi có điểm số mất máu trong phẫu thuật, thời gian nằm viện và đau sau phẫu thuật cao hơn so với nhóm phẫu thuật truyền thống, và tỷ lệ biến chứng thấp hơn ở nhóm hỗ trợ bằng kính hiển vi. Tương tự, trong phẫu thuật cố định cột sống, Singhatanadgige và cộng sự đã so sánh hiệu quả ứng dụng của kính hiển vi phẫu thuật chỉnh hình và kính lúp phẫu thuật trong phẫu thuật cố định thắt lưng xuyên lỗ liên hợp ít xâm lấn. Nghiên cứu bao gồm 100 bệnh nhân và cho thấy không có sự khác biệt đáng kể giữa hai nhóm về giảm đau sau phẫu thuật, cải thiện chức năng, mở rộng ống sống, tỷ lệ hợp nhất và các biến chứng, nhưng kính hiển vi cung cấp trường nhìn tốt hơn. Ngoài ra, kính hiển vi kết hợp với công nghệ AR được sử dụng rộng rãi trong phẫu thuật cột sống. Ví dụ, Carl và cộng sự Công nghệ AR đã được thiết lập trên 10 bệnh nhân bằng cách sử dụng màn hình hiển thị gắn trên đầu của kính hiển vi phẫu thuật. Kết quả cho thấy AR có tiềm năng ứng dụng lớn trong phẫu thuật thoái hóa cột sống, đặc biệt là trong các tình huống giải phẫu phức tạp và đào tạo nội trú.

 

Tóm tắt và triển vọng

So với kính hiển vi phẫu thuật truyền thống, kính hiển vi phẫu thuật độ phân giải siêu cao mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm nhiều tùy chọn phóng đại, nguồn sáng ổn định và mạnh mẽ, hệ thống quang học chính xác, khoảng cách làm việc mở rộng và chân đế chắc chắn, tiện dụng. Hơn nữa, các tùy chọn hình ảnh độ phân giải cao, đặc biệt là khả năng tích hợp với nhiều chế độ hình ảnh và công nghệ AR, hỗ trợ hiệu quả cho các ca phẫu thuật có hướng dẫn hình ảnh.

Mặc dù kính hiển vi phẫu thuật có nhiều ưu điểm, chúng vẫn phải đối mặt với những thách thức đáng kể. Do kích thước cồng kềnh, kính hiển vi phẫu thuật độ phân giải siêu cao gây ra một số khó khăn trong quá trình vận chuyển giữa các phòng phẫu thuật và định vị trong khi phẫu thuật, điều này có thể ảnh hưởng tiêu cực đến tính liên tục và hiệu quả của các quy trình phẫu thuật. Trong những năm gần đây, thiết kế cấu trúc của kính hiển vi đã được tối ưu hóa đáng kể, với bộ phận mang quang học và ống kính hai mắt hỗ trợ nhiều điều chỉnh nghiêng và xoay, cải thiện đáng kể tính linh hoạt trong vận hành của thiết bị và tạo điều kiện cho bác sĩ phẫu thuật quan sát và phẫu thuật ở tư thế tự nhiên và thoải mái hơn. Hơn nữa, sự phát triển liên tục của công nghệ màn hình đeo được cung cấp cho bác sĩ phẫu thuật hỗ trợ thị giác tiện dụng hơn trong các ca phẫu thuật vi phẫu, giúp giảm bớt sự mệt mỏi khi vận hành và cải thiện độ chính xác phẫu thuật cũng như khả năng duy trì hiệu suất của bác sĩ phẫu thuật. Tuy nhiên, do thiếu cấu trúc hỗ trợ, việc điều chỉnh tiêu cự thường xuyên là cần thiết, khiến độ ổn định của công nghệ màn hình đeo được kém hơn so với kính hiển vi phẫu thuật thông thường. Một giải pháp khác là sự phát triển của cấu trúc thiết bị theo hướng thu nhỏ và mô-đun hóa để thích ứng linh hoạt hơn với các tình huống phẫu thuật khác nhau. Tuy nhiên, việc giảm thể tích thường liên quan đến các quy trình gia công chính xác và các thành phần quang học tích hợp có chi phí cao, khiến chi phí sản xuất thực tế của thiết bị trở nên đắt đỏ.

Một thách thức khác của kính hiển vi phẫu thuật độ phân giải siêu cao là bỏng da do chiếu sáng công suất cao. Để tạo hiệu ứng hình ảnh sáng, đặc biệt là khi có nhiều người quan sát hoặc camera, nguồn sáng phải phát ra ánh sáng mạnh, có thể gây bỏng mô của bệnh nhân. Có báo cáo cho rằng kính hiển vi phẫu thuật nhãn khoa cũng có thể gây độc tính với ánh sáng trên bề mặt nhãn cầu và màng nước mắt, dẫn đến suy giảm chức năng tế bào nhãn cầu. Do đó, việc tối ưu hóa quản lý ánh sáng, điều chỉnh kích thước điểm và cường độ ánh sáng theo độ phóng đại và khoảng cách làm việc, đặc biệt quan trọng đối với kính hiển vi phẫu thuật. Trong tương lai, hình ảnh quang học có thể giới thiệu công nghệ hình ảnh toàn cảnh và tái tạo ba chiều để mở rộng trường nhìn và khôi phục chính xác bố cục ba chiều của khu vực phẫu thuật. Điều này sẽ cho phép bác sĩ hiểu rõ hơn về tình hình tổng thể của khu vực phẫu thuật và tránh bỏ sót thông tin quan trọng. Tuy nhiên, hình ảnh toàn cảnh và tái tạo ba chiều liên quan đến việc thu thập, ghi nhận và tái tạo hình ảnh độ phân giải cao theo thời gian thực, tạo ra một lượng dữ liệu khổng lồ. Điều này đặt ra yêu cầu cực kỳ cao về hiệu quả của các thuật toán xử lý hình ảnh, sức mạnh tính toán phần cứng và hệ thống lưu trữ, đặc biệt là trong quá trình phẫu thuật, nơi hiệu suất thời gian thực là rất quan trọng, khiến thách thức này càng trở nên nổi bật hơn.

Với sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ như hình ảnh y tế, trí tuệ nhân tạo và quang học tính toán, kính hiển vi phẫu thuật độ nét cực cao đã chứng minh tiềm năng to lớn trong việc nâng cao độ chính xác, độ an toàn và kinh nghiệm vận hành của phẫu thuật. Trong tương lai, kính hiển vi phẫu thuật độ nét cực cao có thể tiếp tục phát triển theo bốn hướng sau: (1) Về mặt sản xuất thiết bị, việc thu nhỏ và mô-đun hóa sẽ đạt được với chi phí thấp hơn, giúp có thể ứng dụng lâm sàng trên quy mô lớn; (2) Phát triển các chế độ quản lý ánh sáng tiên tiến hơn để giải quyết vấn đề tổn thương do ánh sáng gây ra do phẫu thuật kéo dài; (3) Thiết kế các thuật toán phụ trợ thông minh vừa chính xác vừa nhẹ để đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất tính toán của thiết bị; (4) Tích hợp sâu AR và các hệ thống phẫu thuật robot để cung cấp hỗ trợ nền tảng cho cộng tác từ xa, hoạt động chính xác và các quy trình tự động. Tóm lại, kính hiển vi phẫu thuật độ nét cực cao sẽ phát triển thành một hệ thống hỗ trợ phẫu thuật toàn diện tích hợp tính năng nâng cao hình ảnh, nhận dạng thông minh và phản hồi tương tác, giúp xây dựng một hệ sinh thái kỹ thuật số cho phẫu thuật trong tương lai.

Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về những tiến bộ trong các công nghệ chủ chốt phổ biến của kính hiển vi phẫu thuật độ phân giải siêu cao (UHD), tập trung vào ứng dụng và sự phát triển của chúng trong các quy trình phẫu thuật. Với độ phân giải ngày càng được cải thiện, kính hiển vi độ phân giải siêu cao đang đóng vai trò then chốt trong các lĩnh vực như phẫu thuật thần kinh, nhãn khoa, tai mũi họng và phẫu thuật cột sống. Đặc biệt, việc tích hợp công nghệ định vị chính xác trong phẫu thuật vào các ca phẫu thuật ít xâm lấn đã nâng cao độ chính xác và an toàn của các quy trình này. Nhìn về tương lai, khi trí tuệ nhân tạo và công nghệ robot phát triển, kính hiển vi độ phân giải siêu cao sẽ hỗ trợ phẫu thuật hiệu quả và thông minh hơn, thúc đẩy sự phát triển của các ca phẫu thuật ít xâm lấn và cộng tác từ xa, qua đó nâng cao hơn nữa tính an toàn và hiệu quả của phẫu thuật.