一種特殊的手術顯微鏡，用于照亮血液、細菌生物膜、軟骨和軟組織
中耳炎癥通常會引發膽脂瘤，這是一種侵襲性慢性中耳炎。為了檢測膽脂瘤和細菌生物膜并安全去除它們，新的合作項目“BetterView”正在研制一種特殊的手術顯微鏡。這種所謂的 SWIR 顯微鏡系統使用短波紅外光。目的是照亮血液、細菌生物膜、軟骨和軟組織；在空間上顯示它們；并使它們彼此區分開來。參與該項目的七家合作機構包括比勒費爾德大學和比勒費爾德醫院，后者是組成大學醫院 OWL 的醫院之一。該研究由慕尼黑外科成像醫療技術公司協調。該項目總共將花費410萬歐元。
微創手術采用最小的皮膚切口，因此在手術過程中幾乎不會對組織造成任何傷害。光學顯微鏡可幫助外科醫生檢查他們將要進行手術的區域。它們照亮手術區域并將高分辨率圖像傳輸到屏幕上。然而，到目前為止，外科顯微鏡幾乎只使用可見光譜范圍內的光。當前可用的顯微鏡??在表面被出血或被細菌污染時會達到其極限。為了讓外科醫生在這種情況下有一個清晰的視野，新的“BetterView”項目正在開發新的 SWIR 手術顯微鏡。SWIR 代表短波紅外線。
短波紅外光傳感器最近才變得容易獲得
比勒費爾德物理學院的 Thomas Huser 教授說：“先進一代的圖像傳感器現在可以為手術顯微鏡配備新功能：實時處理和顯示短波紅外光譜中的圖像。”大學。Huser 是生物醫學光子學方面的專家，負責開發新型顯微鏡方法。他與他的團隊一起構建和使用高分辨率顯微鏡，同時開發圖像處理軟件。
帶有傳感器的顯微鏡（例如 SWIR 手術顯微鏡）首先必須自動分析和處理記錄的圖像信號。
為了讓手術顯微鏡能夠顯示短波紅外信號，Huser 和他的團隊正在開發他們自己的軟件，可以過濾掉短波紅外光譜之外的光，并計算出圖像的三維視圖。'此外，軟件需要產生顏色對比。這種彩色標記可以很容易地區分神經和軟組織，”Huser 解釋道。該軟件必須實時顯示視頻圖像，以便手術室的外科醫生可以精確地工作，并且可以毫不拖延地看到他們的干預對手術領域的影響。
在大學醫院 OWL 使用新顯微鏡進行研究
為了在實踐中測試 SWIR 手術顯微鏡，該項目最初將使用它來治療膽脂瘤——一種中耳慢性產生膿液的炎癥。該顯微鏡將在 Klinikum Bielefeld 的 OWL 大學醫院耳鼻喉科、頭頸外科進行測試。該診所在全國范圍內進行最多的膽脂瘤手術——每年 650 次手術。
“如果膽脂瘤仍未得到治療，它可能會導致嚴重的損害，”比勒費爾德醫院耳鼻喉科、頭頸外科大學主任和醫學院成員 Holger Sudhoff 教授說，他是醫學博士、博士、FRCS、FRCPath貓頭鷹。“在這種情況下，慢性炎癥會破壞三個聽小骨，因此受影響的人會在那個耳朵里變得聽力困難，”Sudhoff 解釋說。在后期，炎癥還可導致面癱、腦膜炎和顱內膿腫。膽脂瘤通常伴有嚴重的骨破壞，可由中耳感染或延伸到中耳的鼓膜回縮引起。
普通外科顯微鏡的極限
僅在人類可見光范圍內工作的手術顯微鏡通常用于診斷、手術和后續護理。“它們幫助我們確定是否形成了細菌生物膜，”Sudhoff 說。如果膽脂瘤被細菌發炎，它會生長得更快并更嚴重地損害相鄰的骨骼。然而，細菌定植的擴散程度通常在標準顯微鏡下是不可見的，例如，出血會掩蓋生物膜。
除了顯微鏡檢查，專家還使用計算機斷層掃描 (CT) 和磁共振成像 (MRI) 來診斷膽脂瘤。然而，這無法區分中耳中可能的液體和膽脂瘤。磁共振成像也用于為手術做準備。雖然它提供了比 CT 更高的分辨率，但缺點是它不能足夠精確地顯示聽小骨的細節。
用顯微鏡徹底消滅細菌侵擾
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項目團隊期望新的 SWIR 顯微鏡具有許多優勢。它透視血液和區分受細菌感染的組織、骨骼、神經和軟組織的能力尤為重要。來自醫療技術公司慕尼黑外科成像 (MSI) 的項目協調員 Hans Kiening 博士說：“在手術過程中，這將使外科醫生能夠看到中耳仍然存在剩余細菌定植的位置。” “這使他們能夠完全去除可能導致新膽脂瘤發展的感染區域。” MSI 提供的手術顯微鏡已經在手術中使用并提供高分辨率圖像。新項目是建立在這一發展之上的。
與傳統顯微鏡相比，未來的短波紅外顯微鏡也將能夠看穿軟組織。這也使得檢查光學隱藏區域成為可能。然后，外科醫生將能夠查看內耳中的骨骼材料是否已被細菌定植或損壞。此外，顯微鏡應提高患者的安全性。如果外科醫生能夠準確地看到和區分內耳，那么損傷敏感結構（如面神經或內耳迷路）的風險就會降低。
聯邦教育和研究部為 BetterView 聯合項目提供 273 萬歐元的資金，作為“檢測和對抗微生物污染的光子方法”資助計劃的一部分（資助編號：13N15827）。其中，374,000 歐元用于比勒費爾德大學，478,000 歐元用于比勒費爾德診所。該項目的運行時間為 2022 年 1 月至 2024 年 12 月，由醫療技術公司慕尼黑外科成像 (MSI) 協調。除了比勒費爾德大學和比勒費爾德診所，合作項目的其他成員還有位于慕尼黑亥姆霍茲中心的亥姆霍茲先鋒校園、漢諾威萊布尼茨大學、相機系統制造商 PCO AG 和激光制造商 Omicron-Laserage Laserprodukte GmbH。
慢性病在醫學院 OWL 的研究中發揮著重要作用。這些疾病會持續很長時間，通常難以治療或無法完全治愈。慢性病是德國和其他工業化國家最常見的健康問題之一。醫學院 OWL 正在與他們打交道，作為其研究概況“殘疾人和慢性病患者的醫學”的一部分。