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神经外科和眼科中的融合光学 - 更大三维聚焦区域

创新的显微镜技术结合了高分辨率和更大的景深

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神经外科医生和眼科医生处理精细结构、深或狭窄的腔体以及具有至关重要功能的微小结构。因此,手术区域的清晰三维视图对手术结果和患者安全至关重要。到目前为止,增加景深以获得更大三维聚焦区域只能通过降低分辨率来实现。一项新技术能够克服这一挑战。

在显微镜学中,景深由数值孔径和放大倍数之间的关系决定。为了获得最佳的视觉效果,现代显微镜的调节功能在景深和分辨率之间产生了最佳平衡——这两个参数在理论上是反向相关的。特别是在低放大倍数下,通过减小数值孔径,即减小光圈,可以显著增加景深。然而,数值孔径越小,横向分辨率越低。因此,找到分辨率和景深的最佳平衡一直是一个挑战。

手术显微镜的光学方法 - 景深增加 30% 以上

一种复杂的光学方法,解决了分辨率与景深之间的反向关系,即融合光学。该技术由徕卡显微系统公司为工业立体显微镜开发,现在也可用于神经外科和眼科显微镜。融合光学技术在光学路径中使用两种不同大小的光圈:一个大光圈提供高分辨率,而一个小光圈提供更大的景深。人脑将这两幅独立的图像结合成一个既具有高分辨率又具有高景深的单一印象。因此,景深可以增加超过 30%。

研究证明了 FusionOptics 的有效性

在开发这项新技术的过程中,徕卡显微系统与苏黎世大学和瑞士联邦理工学院的神经信息学研究所的丹尼尔·基珀博士合作。进行了一项研究,以调查视觉信号的双眼组合。结果表明,人脑能够利用来自双眼的最佳信息,以构成最佳的空间图像。这一点在图像是通过双眼获取,还是每只眼睛提供完全不同的信息时都是成立的。目前,全球约有 8000 台配备 FusionOptics 技术的徕卡显微镜在要求严格的生产和研究应用中使用。M530 OH6 显微镜是市场上第一款采用这种独特技术的外科显微镜,提供高分辨率和更大的景深,带来最佳视野。最近,Proveo 8、M530 OHX 和 PROvido 眼科显微镜也加入了这一行列。

在 Kiper 的研究中,测试对象观察围绕中心注视点排列的补丁。这些区域要么有格栅,要么是均匀的。为了在双眼之间产生空间感知的差异,需要双眼视差——两只眼睛必须接触到不同的刺激。这是通过特殊的立体眼镜实现的,可以将不同的测试图像投影到每只眼睛上。在一系列试验中,测试对象看到在不同深度平面上变化的网格补丁排列。在每幅图像可见 1,000 毫秒后,受试者报告他们看到网格补丁的位置,以及它们是出现在中心注视点的前面还是后面。插图展示了视觉刺激的示意图。A:测试图像的四种可能感知。测试对象指定网格出现的位置,以及它们是出现在注视点的前面还是后面。B:来自测试系列的一个例子,展示不同的双眼刺激(对应于 A 中的感知图像 3)。网格呈现给同一只眼睛或不同的眼睛。一些补丁也在一只眼睛中偏移显示(白色箭头)。

解剖细节的清晰 3D 图像

对于外科医生来说,FusionOptics 可以帮助简化手术工作流程,因为更大的聚焦区域减少了重新对焦的需求。结合先进的照明和复消色差光学,外科医生能够更清晰地看到更多的解剖细节,特别是在深腔底部,这有助于他准确操控工具,并对自己的手术操作充满信心。

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