Video tabanlı cerrahi mikroskoplarda optik görüntülemenin gelişimi

Tıp alanında cerrahi, şüphesiz hastalıkların büyük çoğunluğunun tedavisinde temel araçtır ve özellikle kanserin erken tedavisinde önemli bir rol oynar. Bir cerrahın ameliyatının başarısının anahtarı, diseksiyondan sonra patolojik kesitin net bir şekilde görüntülenmesinde yatar.Cerrahi mikroskoplarGüçlü üç boyutluluk, yüksek çözünürlük ve yüksek çözünürlük algıları nedeniyle tıbbi cerrahide yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak patolojik kısmın anatomik yapısı karmaşık ve girifttir ve çoğu önemli organ dokularına bitişiktir. Milimetreden mikrometreye kadar olan yapılar, insan gözünün görebildiği aralığın çok ötesine ulaşmıştır. Ayrıca, insan vücudundaki damar dokusu dar ve sıkışıktır ve aydınlatma yetersizdir. Herhangi bir küçük sapma hastaya zarar verebilir, cerrahi etkiyi etkileyebilir ve hatta hayatı tehlikeye atabilir. Bu nedenle, araştırma ve geliştirme çalışmaları devam etmektedir.İşletmemikroskoplaryeterli büyütme ve net görsel görüntülerle, araştırmacıların derinlemesine araştırmaya devam ettiği bir konudur.

Günümüzde görüntü ve video, bilgi iletimi ve fotoğraf kaydı gibi dijital teknolojiler, mikrocerrahi alanına yeni avantajlarla girmektedir. Bu teknolojiler, insan yaşam tarzlarını derinden etkilemekle kalmayıp, aynı zamanda mikrocerrahi alanına da giderek entegre olmaktadır. Yüksek çözünürlüklü ekranlar, kameralar vb., cerrahi doğruluk için mevcut gereksinimleri etkili bir şekilde karşılayabilmektedir. Alıcı yüzey olarak CCD, CMOS ve diğer görüntü sensörlerine sahip video sistemleri, cerrahi mikroskoplara giderek daha fazla uygulanmaktadır. Video cerrahi mikroskoplarıDoktorların kullanımı için oldukça esnek ve kullanışlıdır. Navigasyon sistemi, 3B ekran, yüksek çözünürlüklü görüntü kalitesi, artırılmış gerçeklik (AR) gibi cerrahi işlem sırasında birden fazla kişinin görüntü paylaşımını sağlayan gelişmiş teknolojilerin sunulması, doktorların ameliyat sırasında daha iyi performans göstermelerine yardımcı olur.

Mikroskop optik görüntüleme, mikroskop görüntüleme kalitesinin temel belirleyicisidir. Video cerrahi mikroskoplarının optik görüntülemesi, yüksek çözünürlüklü, yüksek kontrastlı CMOS veya CCD sensörler gibi gelişmiş optik bileşenler ve görüntüleme teknolojilerinin yanı sıra optik yakınlaştırma ve optik kompanzasyon gibi temel teknolojiler kullanan benzersiz tasarım özelliklerine sahiptir. Bu teknolojiler, mikroskopların görüntü netliğini ve kalitesini etkili bir şekilde iyileştirerek cerrahi operasyonlar için iyi bir görsel güvence sağlar. Ayrıca, optik görüntüleme teknolojisinin dijital işleme ile birleştirilmesiyle gerçek zamanlı dinamik görüntüleme ve 3B rekonstrüksiyon elde edilerek cerrahlara daha sezgisel bir görsel deneyim sağlanmıştır. Video cerrahi mikroskoplarının optik görüntüleme kalitesini daha da iyileştirmek için araştırmacılar, mikroskopların görüntü çözünürlüğünü ve derinliğini artırmak amacıyla floresan görüntüleme, polarizasyon görüntüleme, multispektral görüntüleme vb. gibi yeni optik görüntüleme yöntemlerini sürekli olarak araştırmaktadır. Görüntü netliğini ve kontrastını artırmak için optik görüntüleme verilerinin son işlenmesinde yapay zekâ teknolojisinden yararlanılmaktadır.

Erken cerrahi prosedürlerde,binoküler mikroskoplarÇoğunlukla yardımcı alet olarak kullanılmıştır. Binoküler mikroskop, stereoskopik görüş elde etmek için prizmalar ve mercekler kullanan bir alettir. Monoküler mikroskopların sahip olmadığı derinlik algısı ve stereoskopik görüş sağlayabilir. 20. yüzyılın ortalarında von Zehender, tıbbi oftalmik muayenelerde binoküler büyüteçlerin uygulanmasına öncülük etmiştir. Daha sonra Zeiss, 25 cm çalışma mesafesine sahip binoküler büyüteci tanıtarak modern mikrocerrahinin gelişiminin temelini atmıştır. Binoküler cerrahi mikroskoplarının optik görüntülemesi açısından, ilk binoküler mikroskopların çalışma mesafesi 75 mm idi. Tıbbi aletlerin gelişimi ve inovasyonuyla birlikte ilk cerrahi mikroskop OPMI1 tanıtılmış ve çalışma mesafesi 405 mm'ye ulaşabilmektedir. Büyütme de sürekli artmakta ve büyütme seçenekleri sürekli artmaktadır. Binoküler mikroskopların sürekli gelişmesiyle birlikte canlı stereoskopik etki, yüksek netlik ve uzun çalışma mesafesi gibi avantajları, binoküler cerrahi mikroskoplarının çeşitli bölümlerde yaygın olarak kullanılmasını sağlamıştır. Ancak, büyük boyutu ve küçük derinliğinin getirdiği sınırlama göz ardı edilemez ve tıbbi personelin ameliyat sırasında sık sık kalibrasyon ve odaklanma yapması gerekir; bu da operasyonun zorluğunu artırır. Ayrıca, uzun süre görsel alet gözlemi ve operasyona odaklanan cerrahlar, hem fiziksel yüklerini artırır hem de ergonomik prensiplere uymazlar. Doktorların hastalar üzerinde cerrahi muayene yaparken sabit bir duruş sergilemeleri gerekir ve manuel ayarlamalar da gerekir; bu da cerrahi operasyonların zorluğunu bir dereceye kadar artırır.

1990'lardan sonra kamera sistemleri ve görüntü sensörleri cerrahi uygulamaya kademeli olarak entegre olmaya başladı ve önemli uygulama potansiyeli gösterdi. 1991'de Berci, 150-500 mm'lik ayarlanabilir çalışma mesafesi aralığına ve 15-25 mm arasında gözlemlenebilir nesne çaplarına sahip, aynı zamanda 10-20 mm arasında bir alan derinliğini koruyan, cerrahi alanların görüntülenmesi için yenilikçi bir video sistemi geliştirdi. O dönemde lenslerin ve kameraların yüksek bakım maliyetleri bu teknolojinin birçok hastanede yaygın olarak uygulanmasını sınırlasa da, araştırmacılar teknolojik yenilikleri takip etmeye devam etti ve daha gelişmiş video tabanlı cerrahi mikroskoplar geliştirmeye başladı. Bu değişmeyen çalışma modunu korumak için uzun bir süre gerektiren binoküler cerrahi mikroskoplarıyla karşılaştırıldığında, kolayca fiziksel ve zihinsel yorgunluğa yol açabilir. Video tipi cerrahi mikroskop, büyütülmüş görüntüyü monitöre yansıtarak cerrahın uzun süreli kötü duruşunu önler. Video tabanlı cerrahi mikroskoplar, doktorları tek bir duruştan kurtararak, yüksek çözünürlüklü ekranlar aracılığıyla anatomik bölgelerde ameliyat yapmalarına olanak tanır.

Son yıllarda, yapay zekâ teknolojisinin hızla ilerlemesiyle birlikte cerrahi mikroskoplar giderek daha akıllı hale gelmiş ve video tabanlı cerrahi mikroskoplar piyasada ana akım ürünler haline gelmiştir. Mevcut video tabanlı cerrahi mikroskoplar, otomatik görüntü tanıma, segmentasyon ve analiz sağlamak için bilgisayarlı görme ve derin öğrenme teknolojilerini bir araya getirir. Cerrahi işlem sırasında, akıllı video tabanlı cerrahi mikroskoplar, doktorların hastalıklı dokuları hızla tespit etmesine ve cerrahi doğruluğu artırmasına yardımcı olabilir.

Binoküler mikroskoplardan video tabanlı cerrahi mikroskoplara geçiş sürecinde, cerrahide doğruluk, verimlilik ve güvenlik gereksinimlerinin her geçen gün arttığını görmek zor değildir. Günümüzde cerrahi mikroskopların optik görüntülemesine olan talep yalnızca patolojik parçaların büyütülmesiyle sınırlı değildir, giderek daha çeşitli ve verimli hale gelmektedir. Klinik tıpta cerrahi mikroskoplar, artırılmış gerçeklikle entegre floresan modülleri aracılığıyla nörolojik ve spinal cerrahilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. AR navigasyon sistemi, karmaşık spinal anahtar deliği cerrahisini kolaylaştırabilir ve floresan ajanlar doktorları beyin tümörlerini tamamen çıkarmaya yönlendirebilir. Ayrıca araştırmacılar, görüntü sınıflandırma algoritmalarıyla birleştirilmiş bir hiperspektral cerrahi mikroskop kullanarak ses teli poliplerinin ve lökoplakilerin otomatik tespitini başarıyla gerçekleştirmişlerdir. Video cerrahi mikroskopları, floresan görüntüleme, multispektral görüntüleme ve akıllı görüntü işleme teknolojileriyle birleştirilerek tiroidektomi, retina cerrahisi ve lenf cerrahisi gibi çeşitli cerrahi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Binoküler cerrahi mikroskoplarla karşılaştırıldığında, video mikroskoplar çok kullanıcılı video paylaşımı, yüksek çözünürlüklü cerrahi görüntüler sağlayabilir ve daha ergonomiktir, bu da doktor yorgunluğunu azaltır. Optik görüntüleme, dijitalleştirme ve zekânın gelişimi, cerrahi mikroskop optik sistemlerinin performansını büyük ölçüde artırmış ve gerçek zamanlı dinamik görüntüleme, artırılmış gerçeklik ve diğer teknolojiler, video tabanlı cerrahi mikroskopların işlevlerini ve modüllerini büyük ölçüde genişletmiştir.

Gelecekteki video tabanlı cerrahi mikroskopların optik görüntülemesi daha hassas, verimli ve akıllı olacak ve doktorlara cerrahi operasyonları daha iyi yönlendirmek için daha kapsamlı, ayrıntılı ve üç boyutlu hasta bilgileri sağlayacaktır. Bu arada, teknolojinin sürekli gelişmesi ve uygulama alanlarının genişlemesiyle birlikte, bu sistem daha fazla alanda uygulanıp geliştirilecektir.