国际医疗器械设计与制造技术展览会

专注于为医疗器械研发与生产服务

2023年6月1-3日 | 苏州国际博览中心B1-E1号馆

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2023年苏州医疗器械展会Technology | 全息技术的原理、发展及其在医疗领域的应用

2023-01-09

近年来,随着生活水平的提高,人们对生活质量和身体健康的关注度越来越高。然而,各类疾病年轻化态势已成为不争的事实。疾病的早期发现、精确诊断是进行有效治疗的关键。作为生物医学检测、分析的核心仪器——光学显微镜,在早期筛查、细胞培养、药物研发等过程中发挥着举足轻重的作用。近年来全息产业可通过全息化感知、创造化再现、情感化链接,推动我国传统文化、民族文化的数字化传播,延长传统文化的数字生命。
2023年苏州医疗器械展会Medtec China了解到随着生命科学问题的深入研究,检验医学对检测手段需求的提高,光学显微成像技术获得了突飞猛进的发展,产生了一系列新的光学显微镜,如相衬显微镜、微分干涉相衬显微镜、荧光显微镜、激光共聚焦显微镜。这些显微镜与传统的明场显微镜对比,可以获得更高的成像分辨率和成像质量,为疾病诊断尤其是重大恶性疾病的早期诊断提供影像学依据。

一、全息现实技术定义及原理

      全息术,又称全息3D,是一种记录被摄物体反射(或透射)光波中全部消息(振幅、相位)的照相技术,随着计算机技术的发展,全息现实技术可以用一种利用计算机图形视觉技术实现三维物体衍射再现的技术。衍射再现的重建图像信息可以在计算机位置反馈与参考光的记录下进行空间信息的重建,实现全息影像。

 

二、全息现实技术在医疗领域中的应用

      全息现实技术通过计算机计算可进行三维全息重建,实现多维度、任意角度、全息影像化和感知交互化的一种呈现交互形式,通过硬件终端的交互技术拓展人的视觉感知能力,实现虚拟物体的真实再现,能达到触手可及的人机交互效果。中医学中,就有全息医学的概念,全息医学结合现代及传统医学理论,构成了全息医学的框架。全息医学的研究,在药物带来毒副作用日益受到人重视的今天,具有重大的理论意义,而且具有极高的实用价值。

(1)医疗影像全息显示

全息医学概念还属于传统医学范畴,随着科技的进步,全息现实技术快速发展,全息现实技术可以运用到工程、艺术、建筑等多个领域,帮助行业发展。然而,全息现实技术三维空间以及可透视特点与医疗手术、解剖堪称“完美”的实践手段。作为一项重要的职业,手术医生需要具备专业的理论知识和丰富的手术操作技术,而手术操作技术受硬件条件、手术对象的制约,医生只能通过2D检测图像和观摩手术操作录像学习手术技术,来确定最佳手术方案。

 

       全息现实技术正在向病患管理、医疗运营维护、检测诊断、治疗康复等环节渗透。我们注意到越来越多初创科技公司将全息现实技术应用于手术、医疗实验中,通过全息桌面,将传统的二维图像信息立体化,可以帮助手术医生在3D可视化环境中进行手术练习。进一步,全息桌面具备拉大、缩小、实时数据输入等功能,帮助医疗学者进行医疗科研。

 

(2)全球首例“5G+全息”远程诊疗

2020年9月9日,5G全息远程医学应用平台的启动,是解放军总医院(301)海南医院、三亚市海棠区卫健委、江苏省泰州市海陵区卫健委在医联体框架下合作的关键一步。启动仪式当天,三方代表和技术支持方代表莅临现场,并观摩了5G全息远程诊疗方式。
5G技术应用到医疗领域已取得不少成绩,早在2019年3月,解放军总医院神经外科主任医师凌至培教授就成功完成了全国首例5G远程脑起搏器植入手术。5G技术使得上级医院专家不用出门,即可远程指导多台手术并进行远程会诊。
新型全息远程医疗系统,是在“5G远程诊疗系统”的基础上,通过全息影像展示及全息直播互动技术,实现远程全息医疗影像实时传输,为远程患者展现更真实生动的诊疗画面,实现了5G从“手术”到“门诊”应用领域拓展。
身在三亚的凌至培教授通过全息投影的方式虚拟出镜,为远在2500公里之外的泰州帕金森病患者进行全息门诊。现场声音画面实时活动,就医体验与现场门诊无异。无论是交流讨论,还是诊视患者等,异地同屏画面相当逼真,且互动过程没有感受到时延,网速飞快、画质高清、交谈流畅、互动自然,处处体现出超常的“现场真实感”。远程异地同屏诊疗结束后,凌至培还与患者成功“云握手”。

(3)手术定位引导

智能手术定位引导系统,拥有实时重现,自动匹配,模拟手术工具,实时跟踪等功能设计,真正意义上实现了数字模型与真人融合,虚拟与现实结合,全程透视术中穿刺实况,为医生实现了全程手术路径导航。

2023年苏州医疗器械展会Medtec China中亮相的研发和设计服务企业,包括上海威固、上海药明康德、巨翊科技、上海瀚赛、诺达思(北京)信息技术、北京卓杰亿品、洛可可创新设计集团等多家企业,他们将在现场带来展品包括OSSD-BGA SATA nano 、医疗器械测试业务、临床前大动物实验、行为观察记录分析系统等。点击快速预登记。

混合现实技术 (mixed reality technology,简称 MR)目前在辅助腹腔镜肾脏手术、肝脏分段切除、骨科脊柱等手术中应用广泛,但在神经治疗方面相关研究较少,例如目前疼痛治疗多以神经毁损性阻滞为主要治疗手段,精确寻找责任神经是治疗的前提条件,而各类神经多以骨性出孔为标志,隐蔽性大。引导技术多以CT, DSA 和超声引导为主,CT不能实现全程实时引导且反复照射辐射剂量大,DSA 全程引导放射剂量大,对于较小骨性标记物展示不清,超声技术学习曲线长,对于深部骨性标记物展示困难,且挤占术野,对于此类问题,MR智能手术定位引导系统,实现了实时跟踪智能定位,全程透视手术区,可减少组织损伤、降低危险性,使穿刺术更加精确可靠。
作为人体最大的内脏器官及消化腺,肝脏对于人类的作用不言而喻。根据近年来的统计数据,肝癌已经成为我国第二大肿瘤致死病因,对于 60 岁以下的人群来说,肝癌仍然是最常见和致死率最高的癌症。
目前,对于主流的肝脏治疗方式依然是通过手术来进行肝脏肿瘤的消除。
然而由于肝脏内部血管的分布较为丰富,并且肝脏相对于其他人体组织内部解剖结构复杂多变,这使得传统的肝脏肿瘤开腔切除手术与其他外科治疗手术对比要求更加高、操作的风险更大、病人在治疗的过程中出血更多。此外,由于肝脏血管的复杂分布,在手术操作过程中肝脏的主要血管非常容易被误伤,从而引发次生医疗事故。
手术导航是热消融手术的重要组成部分,而准确的术中导航信息则是手术成功与否的关键。在计算机辅助的外科治疗方案中,热消融技术充当着手术引导者的作用,可以很好地帮助医生进行肿瘤位置的判断,从而使得医生能够对术前规划好的路径进行术中穿刺并实现术中肝脏肿瘤的精准消融。在热消融手术过程中,由于医生无法直接肉眼看到肝脏内部肿瘤,因此越精确的术中实时肿瘤导航信息越有助于医生实现肿瘤的完全穿刺。同时,越完整的术中肿瘤周边异构组织信息(如血管等)的提供越有利于避免在穿刺时造成额外手术伤害,保证手术的成功率。
2023年苏州医疗器械展会Medtec China同期会议“第六届医疗器械设计论坛”特邀业内权威嘉宾将特邀嘉宾,来现场讲解医械研发设计过程中的重难点。

(4)虚拟手术训练

VR虚拟手术训练系统是针对于某种特定医学手术,利用虚拟现实技术搭建一个虚拟手术模拟场景,医生和培训学员借助虚拟现实设备在场景中进行手术训练、操作、计划的智能系统。虚拟现实技术可以使医务工作者沉浸在虚拟的场景内,通过视听感知学习各种手术实际操作,模拟临床手术过程。VR虚拟手术训练系统目前可以实现VR包皮环切手术、VR胆囊切除手术、VR阑尾切除腹腔镜模拟手术、VR阑尾切除手术、VR全子宫切除手术、VR小儿腹股沟斜疝手术、VR子宫下段刨宫产模拟手术7大软件实际操作系统。
为医院节省了培训医务人员的费用和提高了培训的效率,降低实习人员在进行实际手术操作时失误的风险。对医学教育和医院实际工作起着重要的意义。
(5)全息显微成像
近年来,发光二极管(LED)与图像传感器等光电器件、现代数字计算机和智能手机的快速革新为计算光学显微镜的快速发展提供了新的机遇与空间。其中,“片上无透镜显微成像技术”因其体积小型化、成本低廉化等特点成为极具应用前景的研究领域。无透镜片上显微成像技术是一种无需借助任何透镜,直接将待测物体置于或者将其紧靠传感器表面进行成像的高通量显微成像技术。“无透镜”(lens-free),即不采用传统光学透镜对样品进行成像。无透镜设计可降低系统成本、简化设备结构,并避免成像视场与成像分辨率之间的矛盾。

无透镜显微镜的优势

无透镜片上显微成像技术主要分为三类,即接触式投影成像技术、基于衍射的无透镜显微成像技术和深度学习技术。投影式成像中,样品直接放置于传感器表面,空间相干性有限的光源直接照射相位物体,样品的投影直接由图像传感器采集。这种方法无需任何重构方法,不仅可以用于静态物体的成像还可以用于细胞分裂、运动以及其他特性的监测。
文章来源: 新赛道投资调研