Meditsiinilise endoskoobi must tehnoloogia (1) 4K/8K Ultra HD + 3D-pildistamine

Meditsiiniliste endoskoopide pilditehnoloogia on läbi teinud hüppelise arengu standardlahutusega (SD) kõrglahutusega (HD) ja nüüd 4K/8K ülikõrglahutusega + 3D stereoskoopilise pildistamiseni. See tehnoloogiline revolutsioon on oluliselt parandanud kirurgilist täpsust, kahjustuste tuvastamise määra ja arstide töökogemust. Järgnevalt antakse põhjalik ülevaade tehnilistest põhimõtetest, peamistest eelistest, kliinilistest rakendustest, tüüpilistest toodetest ja tulevastest suundumustest.

1. Tehnilised põhimõtted

(1) 4K/8K ülikõrglahutusega pildistamine

lahutusvõime:

4K: 3840 × 2160 pikslit (umbes 8 miljonit pikslit), mis on neli korda suurem kui 1080P (Full HD) resolutsioonil.

8K: 7680 × 4320 pikslit (umbes 33 miljonit pikslit) ja 4 korda suurem selgus.

Põhitehnoloogia:

Suure tihedusega CMOS-andur: suurem valgustundlik ala, mis parandab pildikvaliteeti hämaras keskkonnas.

HDR (kõrge dünaamiline ulatus): suurendab kontrasti heleda ja tumeda vahel, vältides ülesäritust või alavalgustust.

Pilditöötlusmootor: reaalajas müra vähendamine, servade täiustamine (näiteks Olympus VISERA 4K "Ultra HD signaalitöötlus").

(2) 3D-stereoskoopiline pildistamine

Rakendusmeetod:

Kahe objektiiviga süsteem: kaks sõltumatut kaamerat simuleerivad inimese silma ebavõrdsust ja sünteesivad 3D-pilte (näiteks Stryker1588 AIM).

Polariseeritud valgus/ajajaotusega ekraan: stereoskoopiline nägemine saavutatakse spetsiaalsete prillide abil (mõned laparoskoopilised süsteemid).

Põhilised eelised:

Sügavuse tajumine: hinnake täpselt organisatsiooniliste tasandite (näiteks närvide ja veresoonte) vahelist ruumilist suhet.

Vähendage visuaalset väsimust: lähemale loomulikule nägemisele, vähendage 2D-kirurgia "tasapinnalise operatsiooni" viga.

2. Peamised eelised (võrreldes traditsioonilise kõrglahutusega endoskoopiaga)

3. Kliinilise rakenduse stsenaariumid

(1) 4K/8K ülikõrglahutusega video põhirakendus

Kasvajate varajane diagnoosimine:

Kolorektaalse vähi sõeluuringul suudab 4K tuvastada pisikesi polüüpe, mille mõõtmed on <5 mm (mida traditsiooniline endoskoopia kergesti ei märka).

Koos kitsaribalise pildistamisega (NBI) on vähi varajase avastamise määr tõusnud üle 90%.

Kompleksne minimaalselt invasiivne kirurgia:

Laparoskoopiline radikaalne prostatektoomia: neurovaskulaarsete kimpude 4K selge kuvamine vähendab uriinipidamatuse riski.

Kilpnäärmeoperatsioon: korduva kõrinärvi 8K lahutusvõime kahjustuste vältimiseks.

(2) 3D-stereoskoopilise pildistamise põhirakendus

Kitsas ruumis töötamine:

Transnasaalne hüpofüüsi kasvaja resektsioon: vältige sisemise unearteri puudutamist 3D-nägemisega.

Ühe pordi laparoskoopiline kirurgia (LESS): sügavuse tajumine parandab instrumendi manipuleerimise täpsust.

Õmblus ja anastomoos:

Seedetrakti anastomoos: 3D-õmblus on täpsem ja vähendab lekke ohtu.

4. Tootjate ja toodete esindamine

5. Tehnilised väljakutsed ja lahendused

(1) Andmete hulk on dramaatiliselt suurenenud

Probleem: 4K/8K videoliiklus on tihe (4K nõuab ≥ 150 Mbps ribalaiust) ja traditsioonilistel seadmetel esineb edastuslatentsus.

Lahendus:

Kiudoptiline signaaliülekanne (näiteks Karl Storzi TIPCAM-protokoll).

Tihendusalgoritm (HEVC/H.265 kodeering).

(2) 3D-pearingluse probleem

Probleem: Mõned arstid on 3D-seadmete pikaajalisel kasutamisel altid väsimusele.

Lahendus:

Dünaamiline fookuskauguse reguleerimine (näiteks Strykeri AIM-süsteem, mis saab vahetada 2D ja 3D vahel).

Palja silmaga 3D-tehnoloogia (eksperimentaalne etapp, prille pole vaja).

(3) Kõrge hind

Probleem: 4K endoskoobisüsteemi hind võib ulatuda 3–5 miljoni jüaanini.

Läbimurde suund:

Kodumaine asendamine (näiteks meditsiiniliste 4K endoskoopide avamine hinnaga, mis on vaid 50% imporditud toodetest).

Modulaarne disain (ainult kaamera uuendamine, säilitades algse hostseadme).

6. Tulevased arengusuunad

8K populariseerimine + tehisintellekti täiustamine:

8K koos tehisintellektiga reaalajas kahjustuste märgistamiseks (näiteks Sony koostöö Olympusega 8K + tehisintellektiga endoskoopia arendamiseks).

3D holograafiline projektsioon:

Intraoperatiivne holograafiline pildinavigatsioon (näiteks endoskoopiliste andmete integreerimine Microsoft HoloLens 2-s).

Juhtmevaba 4K/8K edastus:

5G-võrk toetab 4K kirurgilist otseülekannet kaugjuhtimise teel (nagu seda katsetab Rahvavabastusarmee üldhaigla).

Paindlik 3D-endoskoop:

Paindlik 3D elektrooniline endoskoop (sobib kitsaste hingamisteede, näiteks bronhide ja sapijuhade jaoks).

kokku võtma

4K/8K+3D endoskoopiline tehnoloogia muudab minimaalselt invasiivse kirurgia standardit:

Diagnostilisel tasandil on varajase vähi avastamise määr märkimisväärselt suurenenud, vähendades diagnooside vahelejätmist.

Kirurgiline tase: 3D-nägemine vähendab operatsiooni raskusi ja lühendab õppimiskõverat.

Tulevikus juhatab tehisintellekti, 5G ja holograafilise tehnoloogiaga integreerimine sisse uue "intelligentse kirurgia" ajastu.