Ostatnia aktualizacja 04.02
Nowa technologia pokonuje wyzwania związane z odbiciem i dymem w endoskopii
Gdy chirurg wykonuje delikatną procedurę małoinwazyjną, obraz często jest zniekształcony przez oślepiające jasne plamy. Są to silne odbicia odbijające się od wilgotnych powierzchni tkanek, często zasłaniające krytyczne naczynia krwionośne lub nerwy. Alternatywnie, „dym chirurgiczny” generowany przez noże elektrochirurgiczne przecinające tkankę może szybko wypełnić pole widzenia, sprawiając, że cały obraz staje się zamglony i niewyraźny, jakby operowano za warstwą matowego szkła. Powoduje to nie tylko znaczne zmęczenie wzroku chirurga, ale także bezpośrednio zwiększa ryzyko procedury.
Jest to wyzwanie, z którym chirurdzy na całym świecie mierzą się każdego dnia. Jednak zespół badawczy z Zhejiang University i Zhejiang Laboratory opublikował właśnie przełomowe osiągnięcie w prestiżowym czasopiśmie Device, które obiecuje fundamentalnie zmienić tę sytuację: endoskop z utrzymaniem polaryzacji. Ta technologia pozwala lekarzom „widzieć przez” odbicia i dym, poprawiając klarowność obrazu w scenach dotkniętych dymem o 73%.
I. Dlaczego pole widzenia w chirurgii staje się niewyraźne w tradycyjnych endoskopach?
Endoskopy powszechnie stosowane dzisiaj w szpitalach znane są jako „endoskopy ze światłem białym”. Działają one jak miniaturowe kamery wprowadzane głęboko do ciała, emitując białe światło i rejestrując obrazy kolorowe, co czyni je bardzo intuicyjnymi.
Jednak ich słabości są równie oczywiste – są podatne zarówno na „odbicie”, jak i „dym”.
Odbicie (odbicie zwierciadlane):
Powierzchnia ludzkich tkanek (takich jak wilgotne narządy) działa jak małe lustro. Gdy jest oświetlana silnym źródłem światła endoskopu, odbija światło bezpośrednio z powrotem do obiektywu, tworząc jasne, intensywne plamy odblaskowe. Te zwierciadlane refleksy całkowicie zasłaniają szczegóły leżącej pod nimi tkanki.
Dym:
Kiedy chirurdzy używają urządzeń energetycznych, takich jak noże elektrochirurgiczne lub skalpele ultradźwiękowe, do cięcia tkanki lub osiągnięcia hemostazy, generują dym podobny do tego powstającego podczas spalania materiałów. Te drobne cząsteczki pozostają zawieszone w ograniczonej jamie ciała, silnie rozpraszając światło obrazowania. Prowadzi to do znacznego zmniejszenia kontrastu obrazu i utraty drobnych szczegółów w całym polu widzenia.
Aby sprostać tym wyzwaniom, naukowcy zwrócili się ku właściwościom polaryzacji światła.
Mówiąc najprościej, zwykłe światło można rozumieć jako grupę „fal” wibrujących i rozchodzących się we wszystkich kierunkach, podczas gdy światło spolaryzowane składa się z „fal” wibrujących tylko w jednym, określonym kierunku. Wykorzystując tę właściwość, teoretycznie możliwe jest rozróżnienie między silnym światłem odbitym bezpośrednio od powierzchni tkanki (które w dużej mierze zachowuje swoją polaryzację) a użytecznym sygnałem świetlnym rozproszonym z głębszych tkanek (którego polaryzacja jest zaburzona). Pozwala to systemowi na odfiltrowanie niepożądanych odbić lub przenikanie przez dym.
Jednak ta obiecująca koncepcja była poważnie ograniczona przez sam endoskop.
Aby wytrzymać sterylizację w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem, a także złożone środowisko wewnątrz ciała, najbardziej przednia soczewka wszystkich endoskopów medycznych jest uszczelniona i chroniona przez niezwykle twarde okienko ze szkła szafirowego. Problem polega na tym, że szafir jest kryształem dwójłomnym. Gdy światło przez niego przechodzi, rozszczepia się na dwie wiązki poruszające się z nieco różnymi prędkościami, wprowadzając „opóźnienie”, które zakłóca kierunek polaryzacji.
Jest to analogiczne do próby analizy czystości wody za pomocą specjalistycznego filtra (technologia obrazowania polaryzacyjnego), tylko po to, by odkryć, że sama rura wodna (endoskop) aktywnie miesza i zamętuje wodę. W rezultacie tradycyjne endoskopy nieodłącznie zakłócają obrazowanie polaryzacyjne, czyniąc tę technologię niepraktyczną do użytku klinicznego.
II. Technologia podstawowa: Zastosowanie zasady „minus razy minus daje plus” do wyposażenia endoskopów w „okulary przeciwsłoneczne z polaryzacją”
Ponieważ problem jest spowodowany przez okienko szafirowe, można zapytać: dlaczego go po prostu nie wymienić? Odpowiedź brzmi: nie. Twardość, szczelność i biokompatybilność szafiru są niezastąpione i stanowią krytyczną „czerwoną linię” dla bezpieczeństwa klinicznego.
Zespół z Uniwersytetu Zhejiang przyjął inne podejście i opracował genialne rozwiązanie, które wykorzystuje „włócznię wroga do ataku na tarczę wroga”: kompensację dwójłomności.
Zasada nie jest skomplikowana: ponieważ efekt dwójłomności szafiru zakłóca stan polaryzacji światła, zespół umieścił bezpośrednio za nim kryształ o przeciwnym i równym efekcie dwójłomności – fluorek magnezu. Szafir powoduje, że światło się „rozszczepia” i wprowadza pewne opóźnienie, podczas gdy fluorek magnezu „skręca” je z powrotem do pierwotnego stanu.
Dzięki precyzyjnym obliczeniom i symulacjom badacze zidentyfikowali optymalny „złoty podział” grubości między szafirem a fluorkiem magnezu (około 2,29:1). Kiedy promień spolaryzowanego światła przechodzi sekwencyjnie przez tę „złotą parę”, jego stan polaryzacji jest prawie idealnie zachowany, jakby nigdy nie został zakłócony.
Co jeszcze bardziej imponujące, to rozwiązanie oferuje wysoką tolerancję na błędy produkcyjne. Nawet przy odchyleniu kątowym do 2 stopni lub błędzie grubości w granicach 0,03 mm podczas instalacji, wydajność nadal znacznie przewyższa wydajność tradycyjnych endoskopów. To sprawia, że technologia jest wysoce wykonalna w produkcji wielkoskalowej.
III. Rzeczywista Wydajność: Odbicia „Znikają Natychmiast”, Dym „Widziany Przez”, Diagnostyka „Ulepszona”
Prototyp endoskopu utrzymującego polaryzację (PME), opracowany na tej podstawie, wykazał w eksperymentach rewolucyjną wydajność:
1. Eliminacja odbić w czasie rzeczywistym i kompletna
W eksperymentach z obrazowaniem jamy ustnej, nowy endoskop fizycznie wyeliminował 100% obszarów odbijających w czasie rzeczywistym, bez potrzeby czasochłonnego przetwarzania komputerowego.
W przeciwieństwie do tego, nawet najbardziej zaawansowane algorytmy przywracania obrazu AI dostępne obecnie potrzebują około 2 sekund na przetworzenie pojedynczego obrazu. Mogą one jedynie częściowo zredukować odbicia i często generują nieprawidłowe tekstury poprzez "halucynacje". Obrazy przechwycone bezpośrednio przez PME pokazują prawdziwy wygląd tkanek bez żadnych odblasków.
2. Przenikanie przez dym z 73% poprawą klarowności
W eksperymentach na myszach symulujących dym chirurgiczny, obraz z zwykłego endoskopu stał się całkowicie niewyraźny. Poprzez połączenie swojego unikalnego algorytmu obrazowania polaryzacyjnego, PME dokładnie szacuje i usuwa efekty dymu, znacząco poprawiając jakość obrazu (szczytowy stosunek sygnału do szumu) o 73%.
Tradycyjne algorytmy „usuwania zamglenia”, opierające się wyłącznie na analizie kolorów, cierpią z powodu poważnych zniekształceń kolorów w porównaniu, a ich odzyskiwanie szczegółów jest znacznie gorsze od rozwiązania PME.
3. Poza kolorem: Ujawnianie „tekstury” tkanki
Tradycyjne endoskopy działają jak „kamery kolorowe”, zdolne do pokazywania jedynie koloru i morfologii. Natomiast PME działa jak „kamera polaryzacyjna”, wykrywając różnice w informacjach o polaryzacji spowodowane zmianami w mikroskopowych strukturach tkanki (takich jak ułożenie włókien kolagenowych).
Wprowadza to zupełnie nową możliwość: identyfikację wczesnych zmian patologicznych, zanim nastąpią zmiany koloru. Na przykład, w niektórych wczesnych tkankach nowotworowych ułożenie włókien kolagenowych już się zmieniło, podczas gdy kolor pozostał niezmieniony. PME może uwypuklić te różnice za pomocą obrazów polaryzacyjnych, zapewniając lekarzom krytyczny dodatkowy wymiar diagnostyczny.
IV. Perspektywy na przyszłość: Wyposażenie chirurgii precyzyjnej w „mądre oko”
Kluczowym przełomem tych badań jest możliwość osiągnięcia innowacji technologicznej bez naruszania podstawowych zasad bezpieczeństwa urządzeń medycznych (zachowanie okienka szafirowego). Zamiast tego, dzięki pomysłowemu projektowi optycznemu, udaje się „połączyć obie zalety”.
Dla chirurgów oznacza to:
➤ Większe bezpieczeństwo: Jaśniejsze i stabilniejsze pole widzenia umożliwia precyzyjniejsze operacje, znacznie zmniejszając ryzyko przypadkowego uszkodzenia naczyń krwionośnych i nerwów.
➤ Wyższa wydajność: Redukuje czas poświęcony na wielokrotne wycieranie soczewki lub czekanie na rozproszenie dymu z powodu słabej widoczności, przyspieszając tym samym przepływ pracy chirurgicznej.
➤ Większa precyzja: Dostarczając informacji patologicznych wykraczających poza tradycyjne obrazy, pomaga chirurgom dokładniej określać marginesy guza podczas zabiegów, umożliwiając pełniejsze usunięcie. Obecnie zespół złożył wnioski patentowe oparte na tym osiągnięciu badawczym. Dzięki dalszemu rozwojowi inżynieryjnemu i badaniom klinicznym, ta „chińska” technologia endoskopowa z zachowaniem polaryzacji ma wejść na sale operacyjne w ciągu najbliższych kilku lat. Stanie się jaśniejszym i mądrzejszym „okiem” w rękach chirurgów, pozwalając większej liczbie pacjentów skorzystać z bezpieczniejszych i bardziej precyzyjnych procedur małoinwazyjnych.
Ta praca, ukończona przez badaczy, w tym Song Jiawei, Wang Daqian i Zhou Changjiang, nie tylko rozwiązuje długotrwałe wyzwanie techniczne w dziedzinie obrazowania endoskopowego, ale także stanowi ważną podstawę dla rozwoju inteligentnych systemów chirurgicznych i nawigacji chirurgicznej wspomaganej rozszerzoną rzeczywistością.
Informacje o publikacji:
Song i in., „Endoskop utrzymujący polaryzację do obrazowania chirurgicznego”, Device 3, 100871, 21 listopada 2025 r.
Inne wiadomości
Nowa technologia pokonuje wyzwania związane z odbiciem i dymem w endoskopiiPodczas gdy chirurg wykonuje delikatną procedurę małoinwazyjną, obraz jest często zamazany przez oślepiające jasne plamy. Są to silne odbicia odbijające się od wilgotnych powierzchni tkanek, często zasłaniające krytyczne naczynia krwionośne lub nerwy. A
Ostatnia aktualizacja 04.02
Zapraszamy do odwiedzenia Reescope na CMEF 20269 kwietnia, na China International Medical Equipment Fair (CMEF), Reescope zaprezentuje nowe produkty.
Do zobaczenia w Szanghaju!
Ostatnia aktualizacja 03.31
Top 7 światowych firm produkujących roboty chirurgiczneThese surgical robot hardware and software systems are precisely integrated, combining mechanical operational accuracy with advanced software operating systems. This enables surgeons to perform procedures through small incisions while viewing the sur
Ostatnia aktualizacja 03.30
Dlaczego urządzenia endoskopowe stają się coraz bardziej niewyraźne – przyczyny i rozwiązaniaJako profesjonaliści w branży endoskopowej, najczęstszym zdaniem, jakie słyszymy podczas obsługi posprzedażnej na miejscu, jest: Ten endoskop staje się coraz bardziej niewyraźny – czy możecie na niego spojrzeć i sprawdzić, czy można go wyregulować, aby znów był wyraźny?
Wielu użytkowników natychmiast
Ostatnia aktualizacja 03.20
WhatsApp