Sự phát triển của hình ảnh quang học trong kính hiển vi phẫu thuật dựa trên video

Trong y học, phẫu thuật chắc chắn là phương pháp cốt lõi để điều trị phần lớn các bệnh, đặc biệt là đóng vai trò then chốt trong việc điều trị sớm ung thư. Chìa khóa thành công của một ca phẫu thuật viên nằm ở khả năng quan sát rõ ràng các lát cắt bệnh lý sau khi bóc tách.Kính hiển vi phẫu thuậtđã được sử dụng rộng rãi trong phẫu thuật y khoa nhờ khả năng cảm nhận ba chiều mạnh mẽ, độ nét cao và độ phân giải cao. Tuy nhiên, cấu trúc giải phẫu của phần bệnh lý rất phức tạp và đa dạng, hầu hết đều nằm cạnh các mô cơ quan quan trọng. Các cấu trúc từ milimet đến micromet đã vượt xa phạm vi quan sát được bằng mắt thường. Hơn nữa, mô mạch máu trong cơ thể người rất hẹp và chật chội, ánh sáng không đủ. Bất kỳ sai lệch nhỏ nào cũng có thể gây hại cho bệnh nhân, ảnh hưởng đến hiệu quả phẫu thuật, thậm chí nguy hiểm đến tính mạng. Do đó, việc nghiên cứu và phát triểnHoạt độngkính hiển vivới độ phóng đại đủ lớn và hình ảnh trực quan rõ nét là chủ đề mà các nhà nghiên cứu vẫn đang tiếp tục khám phá sâu hơn.

Hiện nay, các công nghệ kỹ thuật số như hình ảnh và video, truyền tải thông tin và ghi hình đang bước vào lĩnh vực vi phẫu thuật với những ưu điểm mới. Những công nghệ này không chỉ ảnh hưởng sâu sắc đến lối sống của con người mà còn dần được tích hợp vào lĩnh vực vi phẫu thuật. Màn hình độ nét cao, camera, v.v. có thể đáp ứng hiệu quả các yêu cầu hiện tại về độ chính xác của phẫu thuật. Hệ thống video với bề mặt tiếp nhận là cảm biến CCD, CMOS và các cảm biến hình ảnh khác đã dần được ứng dụng vào kính hiển vi phẫu thuật. Kính hiển vi phẫu thuật videorất linh hoạt và thuận tiện cho bác sĩ thao tác. Việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến như hệ thống định vị, màn hình 3D, chất lượng hình ảnh độ nét cao, thực tế tăng cường (AR), v.v., cho phép nhiều người cùng chia sẻ góc nhìn trong quá trình phẫu thuật, giúp bác sĩ thực hiện các ca phẫu thuật trong khi phẫu thuật tốt hơn.

Hình ảnh quang học của kính hiển vi là yếu tố chính quyết định chất lượng hình ảnh của kính hiển vi. Hình ảnh quang học của kính hiển vi phẫu thuật video có các đặc điểm thiết kế độc đáo, sử dụng các thành phần quang học tiên tiến và công nghệ hình ảnh như cảm biến CMOS hoặc CCD có độ phân giải cao, độ tương phản cao, cũng như các công nghệ chính như zoom quang học và bù quang học. Những công nghệ này cải thiện hiệu quả độ rõ nét và chất lượng hình ảnh của kính hiển vi, mang lại sự đảm bảo thị giác tốt cho các hoạt động phẫu thuật. Hơn nữa, bằng cách kết hợp công nghệ hình ảnh quang học với xử lý kỹ thuật số, hình ảnh động thời gian thực và tái tạo 3D đã đạt được, mang lại cho bác sĩ phẫu thuật trải nghiệm hình ảnh trực quan hơn. Để cải thiện hơn nữa chất lượng hình ảnh quang học của kính hiển vi phẫu thuật video, các nhà nghiên cứu không ngừng khám phá các phương pháp hình ảnh quang học mới, chẳng hạn như hình ảnh huỳnh quang, hình ảnh phân cực, hình ảnh đa phổ, v.v., để nâng cao độ phân giải hình ảnh và độ sâu của kính hiển vi; Sử dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo để xử lý hậu kỳ dữ liệu hình ảnh quang học nhằm nâng cao độ rõ nét và độ tương phản của hình ảnh.

Trong các thủ thuật phẫu thuật sớm,kính hiển vi hai mắtchủ yếu được sử dụng như công cụ hỗ trợ. Kính hiển vi hai mắt là một dụng cụ sử dụng lăng kính và thấu kính để đạt được tầm nhìn lập thể. Nó có thể cung cấp nhận thức về chiều sâu và tầm nhìn lập thể mà kính hiển vi một mắt không có. Vào giữa thế kỷ 20, von Zehender là người tiên phong trong việc ứng dụng kính lúp hai mắt trong khám mắt y khoa. Sau đó, Zeiss giới thiệu kính lúp hai mắt với khoảng cách làm việc 25 cm, đặt nền móng cho sự phát triển của vi phẫu thuật hiện đại. Về khả năng hình ảnh quang học của kính hiển vi phẫu thuật hai mắt, khoảng cách làm việc của kính hiển vi hai mắt ban đầu là 75 mm. Với sự phát triển và đổi mới của các dụng cụ y khoa, kính hiển vi phẫu thuật đầu tiên OPMI1 đã ra đời, với khoảng cách làm việc có thể đạt tới 405 mm. Độ phóng đại cũng không ngừng tăng lên và các tùy chọn độ phóng đại cũng không ngừng mở rộng. Với sự tiến bộ không ngừng của kính hiển vi hai mắt, những ưu điểm của chúng như hiệu ứng lập thể sống động, độ rõ nét cao và khoảng cách làm việc xa đã khiến kính hiển vi phẫu thuật hai mắt được sử dụng rộng rãi trong nhiều khoa khác nhau. Tuy nhiên, không thể bỏ qua hạn chế về kích thước lớn và độ sâu nhỏ, và nhân viên y tế cần phải thường xuyên hiệu chỉnh và tập trung trong quá trình phẫu thuật, điều này làm tăng độ khó của phẫu thuật. Hơn nữa, việc bác sĩ phẫu thuật tập trung vào việc quan sát và phẫu thuật bằng dụng cụ thị giác trong thời gian dài không chỉ làm tăng gánh nặng thể chất mà còn không tuân thủ các nguyên tắc công thái học. Bác sĩ cần duy trì tư thế cố định khi thực hiện khám phẫu thuật cho bệnh nhân, đồng thời cũng cần phải điều chỉnh thủ công, điều này phần nào làm tăng độ khó của phẫu thuật.

Sau những năm 1990, hệ thống camera và cảm biến hình ảnh bắt đầu dần được tích hợp vào thực hành phẫu thuật, chứng minh tiềm năng ứng dụng đáng kể. Năm 1991, Berci đã phát triển một hệ thống video để hình ảnh hóa các khu vực phẫu thuật, với phạm vi khoảng cách làm việc có thể điều chỉnh từ 150-500 mm và đường kính vật thể quan sát được từ 15-25 mm, đồng thời duy trì độ sâu trường ảnh từ 10-20 mm. Mặc dù chi phí bảo trì ống kính và camera cao vào thời điểm đó đã hạn chế việc ứng dụng rộng rãi công nghệ này tại nhiều bệnh viện, các nhà nghiên cứu vẫn tiếp tục theo đuổi đổi mới công nghệ và bắt đầu phát triển các kính hiển vi phẫu thuật dựa trên video tiên tiến hơn. So với kính hiển vi phẫu thuật hai mắt, vốn cần thời gian dài để duy trì chế độ làm việc không đổi này, nó có thể dễ dàng dẫn đến mệt mỏi về thể chất và tinh thần. Kính hiển vi phẫu thuật loại video chiếu hình ảnh phóng đại lên màn hình, tránh tư thế xấu kéo dài của bác sĩ phẫu thuật. Kính hiển vi phẫu thuật dựa trên video giải phóng bác sĩ khỏi một tư thế duy nhất, cho phép họ phẫu thuật trên các vị trí giải phẫu thông qua màn hình độ nét cao.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI), kính hiển vi phẫu thuật đã dần trở nên thông minh hơn, và kính hiển vi phẫu thuật dựa trên video đã trở thành sản phẩm chủ đạo trên thị trường. Kính hiển vi phẫu thuật dựa trên video hiện nay kết hợp công nghệ thị giác máy tính và học sâu để tự động nhận dạng, phân đoạn và phân tích hình ảnh. Trong quá trình phẫu thuật, kính hiển vi phẫu thuật dựa trên video thông minh có thể hỗ trợ bác sĩ nhanh chóng xác định vị trí mô bệnh và cải thiện độ chính xác của phẫu thuật.

Trong quá trình phát triển từ kính hiển vi hai mắt đến kính hiển vi phẫu thuật video, không khó để nhận thấy các yêu cầu về độ chính xác, hiệu quả và an toàn trong phẫu thuật ngày càng cao. Hiện nay, nhu cầu về hình ảnh quang học của kính hiển vi phẫu thuật không chỉ giới hạn ở việc phóng đại các bộ phận bệnh lý mà còn ngày càng đa dạng và hiệu quả hơn. Trong y học lâm sàng, kính hiển vi phẫu thuật được sử dụng rộng rãi trong các ca phẫu thuật thần kinh và cột sống thông qua các mô-đun huỳnh quang tích hợp với thực tế tăng cường. Hệ thống định vị AR có thể hỗ trợ phẫu thuật nội soi cột sống phức tạp, và các tác nhân huỳnh quang có thể hướng dẫn bác sĩ loại bỏ hoàn toàn các khối u não. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc phát hiện tự động polyp dây thanh quản và bạch sản bằng kính hiển vi phẫu thuật siêu phổ kết hợp với các thuật toán phân loại hình ảnh. Kính hiển vi phẫu thuật video đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực phẫu thuật khác nhau như cắt tuyến giáp, phẫu thuật võng mạc và phẫu thuật bạch huyết bằng cách kết hợp với công nghệ hình ảnh huỳnh quang, hình ảnh đa phổ và xử lý hình ảnh thông minh.

So với kính hiển vi phẫu thuật hai mắt, kính hiển vi video có thể chia sẻ video nhiều người dùng, hình ảnh phẫu thuật độ nét cao và tiện dụng hơn, giúp giảm bớt sự mệt mỏi cho bác sĩ. Sự phát triển của hình ảnh quang học, số hóa và trí tuệ nhân tạo đã cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống quang học kính hiển vi phẫu thuật, và hình ảnh động thời gian thực, thực tế tăng cường và các công nghệ khác đã mở rộng đáng kể chức năng và mô-đun của kính hiển vi phẫu thuật dựa trên video.

Hình ảnh quang học của kính hiển vi phẫu thuật video trong tương lai sẽ chính xác, hiệu quả và thông minh hơn, cung cấp cho bác sĩ thông tin bệnh nhân toàn diện, chi tiết và ba chiều hơn, giúp bác sĩ định hướng phẫu thuật tốt hơn. Đồng thời, với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ và sự mở rộng của các lĩnh vực ứng dụng, hệ thống này cũng sẽ được ứng dụng và phát triển trong nhiều lĩnh vực hơn nữa.