Lekársky endoskop Čierna technológia (1) 4K/8K Ultra HD+3D zobrazovanie

Zobrazovacia technológia lekárskych endoskopov prešla skokovým vývojom od štandardného rozlíšenia (SD) cez vysoké rozlíšenie (HD) až po stereoskopické zobrazovanie v rozlíšení 4K/8K s ultra vysokým rozlíšením a 3D. Táto technologická revolúcia výrazne zlepšila chirurgickú presnosť, mieru detekcie lézií a skúsenosti lekárov s operáciami. Nasledujúci text poskytuje komplexný úvod do technických princípov, základných výhod, klinických aplikácií, reprezentatívnych produktov a budúcich trendov.

1. Technické zásady

(1) Zobrazovanie v ultravysokom rozlíšení 4K/8K

rozlišovacia schopnosť:

4K: 3840 × 2160 pixelov (približne 8 miliónov pixelov), čo je 4-krát viac ako pri 1080P (Full HD).

8K: 7680 × 4320 pixelov (približne 33 miliónov pixelov) so 4-násobným zvýšením ostrosti.

Základná technológia:

CMOS snímač s vysokou hustotou: väčšia fotocitlivá plocha, zlepšujúca kvalitu obrazu v prostredí so slabým osvetlením.

HDR (vysoký dynamický rozsah): zvyšuje kontrast medzi svetlými a tmovými oblasťami, čím sa zabráni preexponovaniu alebo podexponovaniu.

Procesor na spracovanie obrazu: redukcia šumu v reálnom čase, vylepšenie hrán (ako napríklad „spracovanie signálu Ultra HD“ od Olympus VISERA 4K).

(2) 3D stereoskopické zobrazovanie

Spôsob implementácie:

Systém s dvoma šošovkami: Dve nezávislé kamery simulujú rozdielnosť ľudského oka a syntetizujú 3D obrazy (napríklad Stryker1588 AIM).

Zobrazenie s polarizovaným svetlom/časovým delením: Stereoskopické videnie sa dosahuje pomocou špeciálnych okuliarov (niektoré laparoskopické systémy).

Hlavné výhody:

Vnímanie hĺbky: Presne posúdiť priestorový vzťah medzi organizačnými úrovňami (ako sú nervy a cievy).

Znížte únavu zraku: bližšie k prirodzenému videniu, znížte chybu „operácie roviny“ pri 2D chirurgii.

2. Hlavné výhody (oproti tradičnej endoskopii s vysokým rozlíšením)

3. Scenáre klinického použitia

(1) Hlavná aplikácia ultra vysokého rozlíšenia 4K/8K

Včasná diagnostika nádorov:

Pri skríningu kolorektálneho karcinómu dokáže 4K identifikovať drobné polypy < 5 mm (ktoré sa pri tradičnej endoskopii ľahko prehliadnu).

V kombinácii s úzkopásmovým zobrazovaním (NBI) sa miera včasnej detekcie rakoviny zvýšila na viac ako 90 %.

Komplexná minimálne invazívna chirurgia:

Laparoskopická radikálna prostatektómia: Jasné 4K zobrazenie neurovaskulárnych zväzkov znižuje riziko močovej inkontinencie.

Operácia štítnej žľazy: 8K rozlíšenie rekurentného laryngeálneho nervu, aby sa predišlo poškodeniu.

(2) Hlavná aplikácia 3D stereoskopického zobrazovania

Prevádzka v úzkom priestore:

Transnazálna resekcia nádoru hypofýzy: Pri 3D videní sa vyhnite dotyku vnútornej krčnej tepny.

Jednoportová laparoskopická chirurgia (LESS): Vnímanie hĺbky zlepšuje presnosť manipulácie s nástrojmi.

Steh a anastomóza:

Gastrointestinálna anastomóza: 3D šitie je presnejšie a znižuje riziko úniku.

4. Zastupovanie výrobcov a produktov

5. Technické výzvy a riešenia

(1) Množstvo údajov sa dramaticky zvýšilo

Problém: Prenos dát v rozlíšení 4K/8K je vysoký (4K vyžaduje šírku pásma ≥ 150 Mb/s) a tradičné zariadenia majú latenciu prenosu.

Riešenie:

Prenos signálu optickými vláknami (ako napríklad protokol TIPCAM od Karla Storza).

Kompresný algoritmus (kódovanie HEVC/H.265).

(2) Problém so závratmi v 3D

Problém: Niektorí lekári sú náchylní na únavu pri dlhodobom používaní 3D.

Riešenie:

Dynamické nastavenie ohniskovej vzdialenosti (ako napríklad systém AIM od spoločnosti Stryker, ktorý dokáže prepínať medzi 2D a 3D).

3D technológia snímania voľným okom (experimentálna fáza, nie sú potrebné okuliare).

(3) Vysoké náklady

Problém: Cena 4K endoskopického systému môže dosiahnuť 3 až 5 miliónov juanov.

Prelomový smer:

Domáca substitúcia (napríklad otvorenie lekárskych 4K endoskopov za cenu len 50 % ceny dovážaných).

Modulárny dizajn (iba vylepšenie kamery, zachovanie pôvodného hostiteľa).

6. Trendy budúceho vývoja

Popularizácia 8K + vylepšenie umelej inteligencie:

8K v kombinácii s umelou inteligenciou pre označovanie lézií v reálnom čase (ako napríklad spolupráca spoločností Sony a Olympus na vývoji endoskopie s technológiou 8K+AI).

3D holografická projekcia:

Intraoperačná holografická obrazová navigácia (napríklad Microsoft HoloLens 2 integrujúca endoskopické údaje).

Bezdrôtový prenos v rozlíšení 4K/8K:

5G sieť podporuje vzdialené živé vysielanie chirurgických zákrokov v rozlíšení 4K (pilotný test vo Všeobecnej nemocnici Ľudovej oslobodzovacej armády).

Flexibilný 3D endoskop:

Flexibilný 3D elektronický endoskop (vhodný pre úzke dýchacie cesty, ako sú priedušky a žlčovody).

zhrnúť

Endoskopická technológia 4K/8K+3D mení štandard minimálne invazívnej chirurgie:

Na diagnostickej úrovni sa výrazne zvýšila miera detekcie včasnej rakoviny, čím sa znížil počet prehliadnutých diagnóz.

Chirurgická úroveň: 3D videnie znižuje operačnú náročnosť a skracuje krivku učenia.

V budúcnosti integrácia s umelou inteligenciou, 5G a holografickou technológiou prinesie novú éru „inteligentnej chirurgie“.