تتطلب مجموعة متنوعة من المناظير كاميرا فيديو لنقل الصورة إلى الشاشة. في الحقيقة، هذه المناظير ليست سوى سلسلة من أنظمة العدسات التي تساعد في تركيز وتركيز الضوء خلال الأنبوب الطويل. مثل كاميرات SLR الرقمية الحديثة، فإن جودة الصورة تعتمد لا على شريحة ميغابكسل المختلفة والتصميم فقط، ولكن أيضًا على نظام العدسات الزجاجية البصرية.

الألياف الضوئية وأهميتها للجراحة بالمناظير

لم تُحل هذه المشكلة حتى السبعينات، عندما أصبحت إضاءة الألياف الضوئية خياراً قابلاً للتطبيق. سمح استخدام الألياف الضوئية كوسيلة نقل بأن يتم وضع مصدر الإضاءة بعيداً عن المنظار نفسه، مما أدى إلى تقليص كبير في كمية الحرارة المنقولة إلى الرأس. تم تطوير أول منظار ضوئي معروف في السبعينات لكنه لم يكن ناجحًا بسبب جودة الألياف الضوئية المتاحة في ذلك الوقت. ساهم العديد من المخترعين في تحسين قدرات النقل للألياف الضوئية، بما في ذلك الهولندي ابراهيم فان هيل، والفيزيائي البريطاني هارولد هوكينز، والأمريكي براين أوبراين. في البداية، كانت تستخدم لنقل الضوء، وأخيرًا تم استخدام حزم مدمجة من الألياف الضوئية لنقل الصور، مما أدى إلى تطوير المناظير المرنة، حيث حصل أوبراين على براءة اختراع لمنظار ضوئي في عام.

حدثت قفزة كبيرة أخرى في تصميم المناظير في السبعينات عندما، بعد مراقبة الحاجة المستمرة لصورة صلبة محسنة أثناء عمله على الألياف الضوئية، قدم هارولد هوكينز تصميم عدسة قضيب ثوري. كانت المناظير السابقة تتكون من سلسلة من العدسات، مفصولة بفجوات هوائية، موجودة داخل أنبوب معدني. للحفاظ على قطر صغير مفيد للمنظار، كان يجب أن تكون العدسات نفسها صغيرة جدًا، لكن تصنيعه كعدسات بعيدة كانت صعبة للغاية في ذلك الوقت، مما أدى إلى جودة ضعيفة، ونتائج غير واضحة. استخدم تصميم هوكينز قضبان زجاجية بدلاً من الفجوات الهوائية، مما أزال الحاجة إلى العدسات بالكامل. كانت وضوح وتفتيح الصور الناتجة تصل إلى ثمانين مرة أكبر من تلك التي تقدمها الأجهزة المماثلة في ذلك الوقت. علاوة على ذلك، سمح نظام العدسة القضيبية بتصنيع أقطار أصغر من المناظير، مما أتاح نقل الضوء عبر حلقة خارجية، ومهد الطريق لتقنيات الجراحة الحديثة قليلة التوغل.

جهاز الكاميرا الكواشف CCD وكيف يساعد في تحسين الرؤية

تتوفر الكاميرات الطبية التناظرية منذ منتصف السبعينات، ولكنها كانت في البداية ثقيلة جدًا ولا يمكن تعقيمها، مما يحد من استخدامها في التطبيقات الجراحية. حدثت قفزة كبيرة في عام، عندما تم تقديم أول كاميرا طبية على الحالة الصلبة. استنادًا إلى شريحة سيليكون تُسمى جهاز الكاميرا الكواشف (CCD)، كانت هذه الكاميرات الرقمية خفيفة، قابلة للتعقيم، وتقدم استقرارًا لونيًا محسّنًا. تُستخدم أجهزة CCD الآن بشكل شائع في العديد من المنتجات الاستهلاكية بما في ذلك الكاميرات الرقمية وكاميرات الويب. تتكون من شريحة سيليكون مغطاة بمستشعرات الصور، تعرف بالبكسلات، التي تحول الطاقة الضوئية الواردة من المشهد المرئي إلى إشارة رقمية يمكن تخزينها أو معالجتها أو نقلها بكفاءة وموثوقية أكبر من نظيرها التناظري.

اليوم، يتكون نظام المنظار النموذجي من أربعة مكونات رئيسية: كاميرات رقمية واحدة أو أكثر، مصدر ضوء، شاشة، والمنظار نفسه.

نظام الكاميرات الروبوتية هو كاميرتان في واحدة

تتطلب رؤية العمق، أو القدرة على التفريق بين عمق الصورة، عينين تنظران إلى نفس الصورة مع اختلاف قليل بين الاثنين. التباين العيني هو الفرق بين موضع العين اليسرى واليمينية في الإنسان. يستخدم النظام الروبوتي كاميرتين ونظامي عدسة مختلفين يعملان تقريبًا بشكل متوازي ولكن مع اختلاف بسيط. يتم إنتاج الرؤية ثلاثية الأبعاد في الروبوت بطريقة مشابهة جدًا لعمل العقل البشري.

يمكن أن تستخدم الكاميرات أنواعًا مختلفة من العدسات، بما في ذلك العدسات القابلة للتكبير أو العدسات الثابتة القابلة للتبديل، ويمكن أن تكون بتصميم شريحة واحدة أو ثلاث شريحة. تحتوي الكاميرات ذات الشريحة الواحدة على مجسات للضوء الأحمر والأخضر والأزرق مضمنة في شريحة CCD واحدة. تستخدم التصاميم ثلاثية الشريحة موشورًا موجودًا في وحدة رأس الكاميرا لتقسيم الصورة الواردة إلى مكوناتها الحمراء والخضراء والزرقاء، وتوجيه تلك الأشعة الضوئية إلى ثلاث شرائح CCD مختلفة. يمكن أن توفر الصورة الناتجة جودة فائقة من حيث تعريف اللون والوضوح، ولكن الكاميرات ذات الثلاث شرائح أغلى وزنًا وأكثر وزنًا من نظيراتها ذات الشريحة الواحدة. الوزن عامل مهم حيث يتم تركيب الكاميرا عادةً مباشرة فوق المنظار، ويمكن أن تجعل الكamيرا الأثقل الأداة أكثر صعوبة في المناورة.

تعزيزات رقمية إضافية

بمجرد أن تم تحويل الصورة إلى صيغة رقمية، قد تخضع لعمليات معالجة إضافية، حيث تقدم بعض الأنظمة ميزات مثل التصفية، وتقليل الضوضاء، وضبط الألوان، وتعزيز الصورة. يتم بعد ذلك إرسال تغذية الفيديو الناتجة إلى شاشة، حيث يمكن أن يتم مشاهدتها من قبل الجراح وبقية الفريق الجراحي. تُستخدم الآن شاشات الأنظمة المسطحة عالية الدقة بشكل شائع، وبعضها يتضمن وظائف شاشة تعمل باللمس معقمة، مما يمنح الجراح التحكم الكامل في نظام التصوير عبر الشاشة.

يمكن أيضًا توجيه الصور إلى عدسة عين أو شاشة تتصل بالرأس. يتم استخدام هذا الخيار الأخير بواسطة أنظمة ثلاثية الأبعاد التي تستخدم زوجاً من الكاميرات لالتقاط صورة ستيريوسكوبيكية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تسجيل مخرجات الفيديو، أو حتى مشاهدتها عن بُعد عبر بث مباشر عبر الإنترنت، مما يفتح مجموعة من الفرص في مجالات العمل عن بُعد والتعاون.

عادة ما يتم تزويد الإضاءة بواسطة مصباح متوهج، مع طاقة تتراوح بين 250 و300 واط. كما هو الحال في عهد بروك، تولد هذه المصابيح كمية كبيرة من الحرارة في شكل ضوء تحت الأحمر (IR). وبالتالي، مطلوب فلتر حراري لتقليل كمية الأشعة تحت الحمراء المنتقلة إلى جهاز المنظار الجراحي. تشمل معظم الأنظمة كذلك دوائر تسمح للجراح بضبط مستويات الضوء يدويًا، من أجل مراعاة عوامل مثل التفضيل الشخصي واختلاف ظروف الإضاءة المحيطة. تتوفر أيضًا أنظمة ضبط تلقائي. تستخدم هذه الأنظمة إشارة سطوع مشتقة من مخرجات الفيديو لتحديد ما إذا كانت الصورة مفرطة التعريض، وبالتالي تعديل شدة مصدر الضوء وفقًا لذلك.

الضوء يوفر مسار المعلومات

توضح صورة ملتقطة مع غالق طويل تدهور الضوء في كابلات الضوء للأنظمة السابقة للمنظار التي تم relegated إلى المختبر. عندما تكون جودة الصورة ليست مثالية أثناء حالة المنظار، قد تكون هناك العديد من المصادر للمشكلة. يمكن أن تكون المشكلة في المنظار (أو نظام العدسات)، الكاميرا (الجهاز الذي يسجل)، الشاشة (الجهاز الذي يعرض المعلومات)، أو كابل الضوء الذي يوفر كمية الضوء اللازمة لإضاءة البطن بالكامل من خلال فتحة صغيرة جدًا.

تستخدم عدسة مكثفة لتركيز الضوء من المصباح إلى شعاع ضيق عند مدخل الكابل، حيث يتم نقله إلى الجهاز المنظار عبر كابل جل أو كابل ضوئي. تتكون كابلات الجل من غلاف معدني مملوء بالجيل البلوري السائل، ينتهي كل طرف منه بكريستال كوارتز. تُكون كابلات الألياف الضوئية من حزم مدعومة من الألياف الضوئية، محاطة بعدة طبقات من الغلاف المرن الوقائي. كل من نوعي الكابلات يقدم مستوى عالي جدًا من انتقال الضوء ولكنهما ليستا مرنتين، بينما يمكن أن توفر كابلات الجل نتائج أفضل من حيث السطوع ودرجة حرارة اللون، إلا أنها أكثر عرضة للكسر بسبب صلابة الغلاف المعدني الخارجي.