پیشرفت‌های تکنولوژیکی و کاربردهای بالینی میکروسکوپ‌های جراحی با کیفیت بسیار بالا

 

میکروسکوپ‌های جراحینقش بسیار مهمی در زمینه‌های پزشکی مدرن، به ویژه در زمینه‌های با دقت بالا مانند جراحی مغز و اعصاب، چشم پزشکی، گوش و حلق و بینی و جراحی‌های کم تهاجمی، ایفا می‌کنند، جایی که به تجهیزات اساسی ضروری تبدیل شده‌اند. با قابلیت بزرگنمایی بالا،میکروسکوپ‌های عملیاتیبا ارائه یک نمای دقیق، جراحان می‌توانند جزئیاتی را که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند، مانند رشته‌های عصبی، رگ‌های خونی و لایه‌های بافت، مشاهده کنند و از این طریق به پزشکان کمک می‌کنند تا از آسیب رساندن به بافت‌های سالم در حین جراحی جلوگیری کنند. به خصوص در جراحی مغز و اعصاب، بزرگنمایی بالای میکروسکوپ امکان مکان‌یابی دقیق تومورها یا بافت‌های بیمار را فراهم می‌کند و حاشیه‌های برش واضح را تضمین می‌کند و از آسیب به اعصاب حیاتی جلوگیری می‌کند و در نتیجه کیفیت بهبودی پس از عمل بیماران را بهبود می‌بخشد.

میکروسکوپ‌های جراحی سنتی معمولاً مجهز به سیستم‌های نمایشگر با وضوح استاندارد هستند که قادر به ارائه اطلاعات بصری کافی برای پشتیبانی از نیازهای پیچیده جراحی می‌باشند. با این حال، با توسعه سریع فناوری پزشکی، به ویژه پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه فناوری بصری، کیفیت تصویربرداری میکروسکوپ‌های جراحی به تدریج به عامل مهمی در بهبود دقت جراحی تبدیل شده است. در مقایسه با میکروسکوپ‌های جراحی سنتی، میکروسکوپ‌های با وضوح بسیار بالا می‌توانند جزئیات بیشتری را ارائه دهند. با معرفی سیستم‌های نمایشگر و تصویربرداری با وضوح 4K، 8K یا حتی بالاتر، میکروسکوپ‌های جراحی با وضوح بسیار بالا، جراحان را قادر می‌سازند تا ضایعات کوچک و ساختارهای آناتومیکی را با دقت بیشتری شناسایی و دستکاری کنند و دقت و ایمنی جراحی را تا حد زیادی افزایش دهند. با ادغام مداوم فناوری پردازش تصویر، هوش مصنوعی و واقعیت مجازی، میکروسکوپ‌های جراحی با وضوح بسیار بالا نه تنها کیفیت تصویربرداری را بهبود می‌بخشند، بلکه پشتیبانی هوشمندانه‌تری برای جراحی ارائه می‌دهند و رویه‌های جراحی را به سمت دقت بالاتر و ریسک کمتر سوق می‌دهند.

 

کاربرد بالینی میکروسکوپ با وضوح بسیار بالا

با نوآوری مداوم در فناوری تصویربرداری، میکروسکوپ‌های فوق دقیق به لطف وضوح بسیار بالا، کیفیت تصویربرداری عالی و قابلیت‌های مشاهده پویا در زمان واقعی، به تدریج نقش محوری در کاربردهای بالینی ایفا می‌کنند.

چشم پزشکی

جراحی چشم نیاز به عمل دقیق دارد که استانداردهای فنی بالایی را تحمیل می‌کند.میکروسکوپ‌های جراحی چشمبرای مثال، در برش قرنیه با لیزر فمتوثانیه، میکروسکوپ جراحی می‌تواند بزرگنمایی بالایی را برای مشاهده اتاق قدامی، برش مرکزی کره چشم و بررسی موقعیت برش فراهم کند. در جراحی چشم، روشنایی بسیار مهم است. میکروسکوپ نه تنها جلوه‌های بصری بهینه را با شدت نور کمتر فراهم می‌کند، بلکه بازتاب نور قرمز ویژه‌ای نیز ایجاد می‌کند که به کل فرآیند جراحی آب مروارید کمک می‌کند. علاوه بر این، توموگرافی انسجام نوری (OCT) به طور گسترده در جراحی چشم برای تجسم زیرسطحی استفاده می‌شود. این روش می‌تواند تصاویر مقطعی ارائه دهد و بر محدودیت خود میکروسکوپ که به دلیل مشاهده از جلو نمی‌تواند بافت‌های ظریف را ببیند، غلبه کند. به عنوان مثال، کاپلر و همکارانش از یک صفحه نمایش 4K-3D و یک تبلت برای نمایش خودکار نمودار اثر OCT یکپارچه با میکروسکوپ (miOCT) (4D-miOCT) به صورت استریوسکوپی استفاده کردند. بر اساس بازخورد ذهنی کاربر، ارزیابی عملکرد کمی و اندازه‌گیری‌های کمی مختلف، آنها امکان استفاده از یک صفحه نمایش 4K-3D را به عنوان جایگزینی برای 4D-miOCT در میکروسکوپ نور سفید نشان دادند. علاوه بر این، در مطالعه لاتا و همکارانش، با جمع‌آوری موارد ۱۶ بیمار مبتلا به گلوکوم مادرزادی همراه با بیماری چشم گاوی، آنها از میکروسکوپی با عملکرد miOCT برای مشاهده روند جراحی در زمان واقعی استفاده کردند. با ارزیابی داده‌های کلیدی مانند پارامترهای قبل از عمل، جزئیات جراحی، عوارض بعد از عمل، حدت بینایی نهایی و ضخامت قرنیه، آنها در نهایت نشان دادند که miOCT می‌تواند به پزشکان در شناسایی ساختارهای بافتی، بهینه‌سازی عمل‌ها و کاهش خطر عوارض در حین جراحی کمک کند. با این حال، با وجود اینکه OCT به تدریج به یک ابزار کمکی قدرتمند در جراحی زجاجیه-شبکیه، به ویژه در موارد پیچیده و جراحی‌های جدید (مانند ژن درمانی) تبدیل می‌شود، برخی از پزشکان به دلیل هزینه بالا و منحنی یادگیری طولانی، این سوال را مطرح می‌کنند که آیا واقعاً می‌تواند کارایی بالینی را بهبود بخشد یا خیر.

گوش و حلق و بینی

جراحی گوش و حلق و بینی یکی دیگر از زمینه‌های جراحی است که از میکروسکوپ‌های جراحی استفاده می‌کند. به دلیل وجود حفره‌های عمیق و ساختارهای ظریف در اجزای صورت، بزرگنمایی و روشنایی برای نتایج جراحی بسیار مهم هستند. اگرچه آندوسکوپ‌ها گاهی اوقات می‌توانند دید بهتری از نواحی جراحی باریک ارائه دهند،میکروسکوپ‌های جراحی با وضوح بسیار بالادرک عمق را ارائه می‌دهند و امکان بزرگنمایی نواحی آناتومیک باریک مانند حلزون گوش و سینوس‌ها را فراهم می‌کنند و به پزشکان در درمان بیماری‌هایی مانند اوتیت میانی و پولیپ بینی کمک می‌کنند. به عنوان مثال، دوندار و همکارانش اثرات روش‌های میکروسکوپی و آندوسکوپی را برای جراحی استخوان رکابی در درمان اتواسکلروز مقایسه کردند و داده‌هایی را از ۸۴ بیمار مبتلا به اتواسکلروز که بین سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۰ تحت عمل جراحی قرار گرفته بودند، جمع‌آوری کردند. با استفاده از تغییر در اختلاف هدایت هوایی-استخوانی قبل و بعد از جراحی به عنوان شاخص اندازه‌گیری، نتایج نهایی نشان داد که اگرچه هر دو روش اثرات مشابهی بر بهبود شنوایی داشتند، اما کار با میکروسکوپ‌های جراحی آسان‌تر بود و منحنی یادگیری کوتاه‌تری داشتند. به طور مشابه، در یک مطالعه آینده‌نگر که توسط اشفق و همکارانش انجام شد، تیم تحقیقاتی پاروتیدکتومی با کمک میکروسکوپ را روی ۷۰ بیمار مبتلا به تومورهای غده پاروتید بین سال‌های ۲۰۲۰ تا ۲۰۲۳ انجام دادند و بر ارزیابی نقش میکروسکوپ‌ها در شناسایی و محافظت از عصب صورت تمرکز کردند. نتایج نشان داد که میکروسکوپ‌ها مزایای قابل توجهی در بهبود وضوح میدان جراحی، شناسایی دقیق تنه و شاخه‌های اصلی عصب صورت، کاهش کشش عصبی و هموستاز دارند و آنها را به ابزاری مهم برای افزایش میزان حفظ عصب صورت تبدیل می‌کنند. علاوه بر این، با پیچیده‌تر و دقیق‌تر شدن جراحی‌ها، ادغام AR و حالت‌های مختلف تصویربرداری با میکروسکوپ‌های جراحی، جراحان را قادر می‌سازد تا جراحی‌های هدایت‌شده با تصویر را انجام دهند.

جراحی مغز و اعصاب

کاربرد وضوح تصویر فوق‌العاده بالامیکروسکوپ‌های جراحی در جراحی مغز و اعصاباز مشاهده نوری سنتی به دیجیتالی شدن، واقعیت افزوده (AR) و کمک هوشمند تغییر یافته است. به عنوان مثال، دراکسینگر و همکارانش از یک میکروسکوپ همراه با یک سیستم MHz-OCT توسعه‌یافته خود استفاده کردند که تصاویر سه‌بعدی با وضوح بالا را از طریق فرکانس اسکن 1.6 مگاهرتز ارائه می‌داد و با موفقیت به جراحان در تشخیص بین تومورها و بافت‌های سالم در زمان واقعی کمک می‌کرد و دقت جراحی را افزایش می‌داد. حافظ و همکارانش عملکرد میکروسکوپ‌های سنتی و سیستم تصویربرداری میکروسکوپی با کیفیت بسیار بالا (اگزوسکوپ) را در جراحی بای‌پس عروق مغزی تجربی مقایسه کردند و دریافتند که اگرچه میکروسکوپ زمان بخیه کوتاه‌تری داشت (P<0.001)، اما اگزوسکوپ از نظر توزیع بخیه عملکرد بهتری داشت (P=0.001). علاوه بر این، اگزوسکوپ وضعیت جراحی راحت‌تر و دید مشترکی را فراهم می‌کرد که مزایای آموزشی را ارائه می‌داد. به طور مشابه، کالونی و همکارانش کاربرد اگزوسکوپ و میکروسکوپ‌های جراحی سنتی را در آموزش رزیدنت‌های جراحی مغز و اعصاب مقایسه کردند. شانزده رزیدنت با استفاده از هر دو دستگاه، وظایف تشخیص ساختاری تکراری را بر روی مدل‌های جمجمه انجام دادند. نتایج نشان داد که اگرچه تفاوت معنی‌داری در زمان کلی عمل بین این دو وجود نداشت، اما اگزوسکوپ در شناسایی ساختارهای عمیق عملکرد بهتری داشت و توسط اکثر شرکت‌کنندگان به عنوان دستگاهی شهودی‌تر و راحت‌تر تلقی شد و پتانسیل تبدیل شدن به جریان اصلی در آینده را دارد. بدیهی است که میکروسکوپ‌های جراحی با کیفیت فوق‌العاده بالا، مجهز به نمایشگرهای 4K با کیفیت بالا، می‌توانند تصاویر جراحی سه‌بعدی با کیفیت بهتری را در اختیار همه شرکت‌کنندگان قرار دهند و ارتباطات جراحی، انتقال اطلاعات و بهبود کارایی آموزش را تسهیل کنند.

جراحی ستون فقرات

کیفیت فوق‌العاده بالامیکروسکوپ‌های جراحینقش محوری در زمینه جراحی ستون فقرات دارند. با ارائه تصویربرداری سه بعدی با وضوح بالا، آنها جراحان را قادر می‌سازند تا ساختار آناتومیکی پیچیده ستون فقرات، از جمله قسمت‌های ظریف مانند اعصاب، رگ‌های خونی و بافت‌های استخوانی را با وضوح بیشتری مشاهده کنند و در نتیجه دقت و ایمنی جراحی را افزایش دهند. در زمینه اصلاح اسکولیوز، میکروسکوپ‌های جراحی می‌توانند وضوح دید جراحی و توانایی دستکاری دقیق را بهبود بخشند و به پزشکان کمک کنند تا ساختارهای عصبی و بافت‌های بیمار را در کانال باریک ستون فقرات به طور دقیق شناسایی کنند و در نتیجه با خیال راحت و مؤثر مراحل رفع فشار و تثبیت را انجام دهند.

سان و همکارانش اثربخشی و ایمنی جراحی قدامی گردن با کمک میکروسکوپ و جراحی باز سنتی را در درمان استخوان‌سازی رباط طولی خلفی ستون فقرات گردنی مقایسه کردند. شصت بیمار به گروه با کمک میکروسکوپ (30 مورد) و گروه جراحی سنتی (30 مورد) تقسیم شدند. نتایج نشان داد که گروه با کمک میکروسکوپ در مقایسه با گروه جراحی سنتی، میزان خونریزی حین عمل، مدت بستری در بیمارستان و درد پس از عمل بیشتری داشتند و میزان عوارض در گروه با کمک میکروسکوپ کمتر بود. به طور مشابه، در جراحی فیوژن ستون فقرات، سینگاتانادگیگ و همکارانش اثرات کاربرد میکروسکوپ‌های جراحی ارتوپدی و عینک‌های بزرگنمایی جراحی را در فیوژن ترانس فورامینال کمری با حداقل تهاجم مقایسه کردند. این مطالعه شامل 100 بیمار بود و هیچ تفاوت معنی‌داری بین دو گروه در تسکین درد پس از عمل، بهبود عملکرد، بزرگ شدن کانال نخاعی، میزان فیوژن و عوارض نشان نداد، اما میکروسکوپ میدان دید بهتری را فراهم کرد. علاوه بر این، میکروسکوپ‌های ترکیب شده با فناوری AR به طور گسترده در جراحی ستون فقرات استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، کارل و همکارانش فناوری واقعیت افزوده (AR) را در 10 بیمار با استفاده از نمایشگر میکروسکوپ جراحی نصب شده روی سر، مستقر کردند. نتایج نشان داد که واقعیت افزوده (AR) پتانسیل بالایی برای کاربرد در جراحی دژنراتیو ستون فقرات، به ویژه در شرایط آناتومیکی پیچیده و آموزش رزیدنت‌ها دارد.

 

خلاصه و چشم‌انداز

در مقایسه با میکروسکوپ‌های جراحی سنتی، میکروسکوپ‌های جراحی با کیفیت بسیار بالا مزایای بی‌شماری از جمله گزینه‌های بزرگنمایی چندگانه، روشنایی پایدار و روشن، سیستم‌های نوری دقیق، فواصل کاری طولانی و پایه‌های ارگونومیک پایدار ارائه می‌دهند. علاوه بر این، گزینه‌های تجسم با وضوح بالای آنها، به ویژه ادغام با حالت‌های مختلف تصویربرداری و فناوری AR، به طور مؤثر از جراحی‌های هدایت‌شده با تصویر پشتیبانی می‌کند.

علیرغم مزایای متعدد میکروسکوپ‌های جراحی، آنها هنوز با چالش‌های قابل توجهی روبرو هستند. میکروسکوپ‌های جراحی با کیفیت فوق‌العاده بالا به دلیل اندازه بزرگشان، مشکلات عملیاتی خاصی را در حین حمل و نقل بین اتاق‌های عمل و موقعیت‌یابی حین عمل ایجاد می‌کنند که ممکن است بر تداوم و کارایی روش‌های جراحی تأثیر منفی بگذارد. در سال‌های اخیر، طراحی ساختاری میکروسکوپ‌ها به طور قابل توجهی بهینه شده است، به طوری که حامل‌های نوری و محفظه‌های لنز دوچشمی آنها طیف وسیعی از تنظیمات شیب و چرخش را پشتیبانی می‌کنند و انعطاف‌پذیری عملیاتی تجهیزات را تا حد زیادی افزایش داده و مشاهده و عمل جراح را در موقعیتی طبیعی‌تر و راحت‌تر تسهیل می‌کنند. علاوه بر این، توسعه مداوم فناوری نمایشگرهای پوشیدنی، پشتیبانی بصری ارگونومیک‌تری را در طول عمل‌های میکروسکوپی در اختیار جراحان قرار می‌دهد و به کاهش خستگی عملیاتی و بهبود دقت جراحی و توانایی عملکرد پایدار جراح کمک می‌کند. با این حال، به دلیل عدم وجود ساختار پشتیبان، نیاز به فوکوس مجدد مکرر است که باعث می‌شود پایداری فناوری نمایشگرهای پوشیدنی نسبت به میکروسکوپ‌های جراحی معمولی پایین‌تر باشد. راه حل دیگر، تکامل ساختار تجهیزات به سمت کوچک‌سازی و ماژولارسازی است تا با انعطاف‌پذیری بیشتری با سناریوهای مختلف جراحی سازگار شود. با این حال، کاهش حجم اغلب شامل فرآیندهای ماشینکاری دقیق و اجزای نوری یکپارچه پرهزینه است که هزینه تولید واقعی تجهیزات را گران می‌کند.

یکی دیگر از چالش‌های میکروسکوپ‌های جراحی با کیفیت فوق‌العاده بالا، سوختگی پوست ناشی از نور با قدرت بالا است. برای ایجاد جلوه‌های بصری روشن، به ویژه در حضور چندین ناظر یا دوربین، منبع نور باید نور قوی ساطع کند که ممکن است بافت بیمار را بسوزاند. گزارش شده است که میکروسکوپ‌های جراحی چشم پزشکی همچنین می‌توانند باعث سمیت نوری در سطح چشم و لایه اشکی شوند و منجر به کاهش عملکرد سلول‌های چشمی شوند. بنابراین، بهینه‌سازی مدیریت نور، تنظیم اندازه نقطه و شدت نور با توجه به بزرگنمایی و فاصله کاری، برای میکروسکوپ‌های جراحی بسیار مهم است. در آینده، تصویربرداری نوری ممکن است فناوری‌های تصویربرداری پانوراما و بازسازی سه‌بعدی را برای گسترش میدان دید و بازیابی دقیق طرح سه‌بعدی ناحیه جراحی معرفی کند. این امر پزشکان را قادر می‌سازد تا وضعیت کلی ناحیه جراحی را بهتر درک کنند و از دست دادن اطلاعات مهم جلوگیری کنند. با این حال، تصویربرداری پانوراما و بازسازی سه‌بعدی شامل اخذ، ثبت و بازسازی تصاویر با وضوح بالا در زمان واقعی است که حجم عظیمی از داده‌ها را تولید می‌کند. این امر، به ویژه در حین جراحی که عملکرد در زمان واقعی بسیار مهم است، الزامات بسیار بالایی را بر کارایی الگوریتم‌های پردازش تصویر، قدرت محاسبات سخت‌افزاری و سیستم‌های ذخیره‌سازی تحمیل می‌کند و این چالش را برجسته‌تر می‌سازد.

با توسعه سریع فناوری‌هایی مانند تصویربرداری پزشکی، هوش مصنوعی و اپتیک محاسباتی، میکروسکوپ‌های جراحی با کیفیت بسیار بالا پتانسیل بالایی در افزایش دقت جراحی، ایمنی و تجربه عملیاتی نشان داده‌اند. در آینده، میکروسکوپ‌های جراحی با کیفیت بسیار بالا ممکن است در چهار جهت زیر به توسعه خود ادامه دهند: (1) از نظر تولید تجهیزات، کوچک‌سازی و ماژولارسازی باید با هزینه‌های پایین‌تر انجام شود و کاربرد بالینی در مقیاس بزرگ را ممکن سازد؛ (2) توسعه حالت‌های مدیریت نور پیشرفته‌تر برای رسیدگی به مسئله آسیب نور ناشی از جراحی طولانی مدت؛ (3) طراحی الگوریتم‌های کمکی هوشمند که هم دقیق و هم سبک باشند تا الزامات عملکرد محاسباتی تجهیزات را برآورده کنند؛ (4) ادغام عمیق سیستم‌های جراحی AR و رباتیک برای ارائه پشتیبانی پلتفرم برای همکاری از راه دور، عملیات دقیق و فرآیندهای خودکار. به طور خلاصه، میکروسکوپ‌های جراحی با کیفیت بسیار بالا به یک سیستم جامع کمک جراحی تبدیل خواهند شد که بهبود تصویر، تشخیص هوشمند و بازخورد تعاملی را ادغام می‌کند و به ایجاد یک اکوسیستم دیجیتال برای جراحی آینده کمک می‌کند.

این مقاله مروری بر پیشرفت‌های فناوری‌های کلیدی رایج میکروسکوپ‌های جراحی با کیفیت بسیار بالا، با تمرکز بر کاربرد و توسعه آنها در اعمال جراحی، ارائه می‌دهد. با افزایش وضوح، میکروسکوپ‌های با کیفیت بسیار بالا نقش محوری در زمینه‌هایی مانند جراحی مغز و اعصاب، چشم پزشکی، گوش و حلق و بینی و جراحی ستون فقرات ایفا می‌کنند. به ویژه، ادغام فناوری ناوبری دقیق حین عمل در جراحی‌های کم تهاجمی، دقت و ایمنی این روش‌ها را افزایش داده است. با نگاهی به آینده، با پیشرفت هوش مصنوعی و فناوری‌های رباتیک، میکروسکوپ‌های با کیفیت بسیار بالا، پشتیبانی جراحی کارآمدتر و هوشمندتری را ارائه می‌دهند و پیشرفت جراحی‌های کم تهاجمی و همکاری از راه دور را پیش می‌برند و در نتیجه ایمنی و کارایی جراحی را بیشتر افزایش می‌دهند.