一种特殊的手术显微镜，用于照亮血液、细菌生物膜、软骨和软组织
中耳炎症通常会引发胆脂瘤，这是一种侵袭性慢性中耳炎。为了检测胆脂瘤和细菌生物膜并安全去除它们，新的合作项目“BetterView”正在研制一种特殊的手术显微镜。这种所谓的 SWIR 显微镜系统使用短波红外光。目的是照亮血液、细菌生物膜、软骨和软组织；在空间上显示它们；并使它们彼此区分开来。参与该项目的七家合作机构包括比勒费尔德大学和比勒费尔德医院，后者是组成大学医院 OWL 的医院之一。该研究由慕尼黑外科成像医疗技术公司协调。该项目总共将花费410万欧元。
微创手术采用最小的皮肤切口，因此在手术过程中几乎不会对组织造成任何伤害。光学显微镜可帮助外科医生检查他们将要进行手术的区域。它们照亮手术区域并将高分辨率图像传输到屏幕上。然而，到目前为止，外科显微镜几乎只使用可见光谱范围内的光。当前可用的显微镜在表面被出血或被细菌污染时会达到其极限。为了让外科医生在这种情况下有一个清晰的视野，新的“BetterView”项目正在开发新的 SWIR 手术显微镜。SWIR 代表短波红外线。
短波红外光传感器最近才变得容易获得
比勒费尔德物理学院的 Thomas Huser 教授说：“先进一代的图像传感器现在可以为手术显微镜配备新功能：实时处理和显示短波红外光谱中的图像。”大学。Huser 是生物医学光子学方面的专家，负责开发新型显微镜方法。他与他的团队一起构建和使用高分辨率显微镜，同时开发图像处理软件。
带有传感器的显微镜（例如 SWIR 手术显微镜）首先必须自动分析和处理记录的图像信号。
为了让手术显微镜能够显示短波红外信号，Huser 和他的团队正在开发他们自己的软件，可以过滤掉短波红外光谱之外的光，并计算出图像的三维视图。'此外，软件需要产生颜色对比。这种彩色标记可以很容易地区分神经和软组织，”Huser 解释道。该软件必须实时显示视频图像，以便手术室的外科医生可以精确地工作，并且可以毫不拖延地看到他们的干预对手术领域的影响。
在大学医院 OWL 使用新显微镜进行研究
为了在实践中测试 SWIR 手术显微镜，该项目最初将使用它来治疗胆脂瘤——一种中耳慢性产生脓液的炎症。该显微镜将在 Klinikum Bielefeld 的 OWL 大学医院耳鼻喉科、头颈外科进行测试。该诊所在全国范围内进行最多的胆脂瘤手术——每年 650 次手术。
“如果胆脂瘤仍未得到治疗，它可能会导致严重的损害，”比勒费尔德医院耳鼻喉科、头颈外科大学主任和医学院成员 Holger Sudhoff 教授说，他是医学博士、博士、FRCS、FRCPath猫头鹰。“在这种情况下，慢性炎症会破坏三个听小骨，因此受影响的人会在那个耳朵里变得听力困难，”Sudhoff 解释说。在后期，炎症还可导致面瘫、脑膜炎和颅内脓肿。胆脂瘤通常伴有严重的骨破坏，可由中耳感染或延伸到中耳的鼓膜回缩引起。
普通外科显微镜的极限
仅在人类可见光范围内工作的手术显微镜通常用于诊断、手术和后续护理。“它们帮助我们确定是否形成了细菌生物膜，”Sudhoff 说。如果胆脂瘤被细菌发炎，它会生长得更快并更严重地损害相邻的骨骼。然而，细菌定植的扩散程度通常在标准显微镜下是不可见的，例如，出血会掩盖生物膜。
除了显微镜检查，专家还使用计算机断层扫描 (CT) 和磁共振成像 (MRI) 来诊断胆脂瘤。然而，这无法区分中耳中可能的液体和胆脂瘤。磁共振成像也用于为手术做准备。虽然它提供了比 CT 更高的分辨率，但缺点是它不能足够精确地显示听小骨的细节。
用显微镜彻底消灭细菌侵扰
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项目团队期望新的 SWIR 显微镜具有许多优势。它透视血液和区分受细菌感染的组织、骨骼、神经和软组织的能力尤为重要。来自医疗技术公司慕尼黑外科成像 (MSI) 的项目协调员 Hans Kiening 博士说：“在手术过程中，这将使外科医生能够看到中耳仍然存在剩余细菌定植的位置。” “这使他们能够完全去除可能导致新胆脂瘤发展的感染区域。” MSI 提供的手术显微镜已经在手术中使用并提供高分辨率图像。新项目是建立在这一发展之上的。
与传统显微镜相比，未来的短波红外显微镜也将能够看穿软组织。这也使得检查光学隐藏区域成为可能。然后，外科医生将能够查看内耳中的骨骼材料是否已被细菌定植或损坏。此外，显微镜应提高患者的安全性。如果外科医生能够准确地看到和区分内耳，那么损伤敏感结构（如面神经或内耳迷路）的风险就会降低。
联邦教育和研究部为 BetterView 联合项目提供 273 万欧元的资金，作为“检测和对抗微生物污染的光子方法”资助计划的一部分（资助编号：13N15827）。其中，374,000 欧元用于比勒费尔德大学，478,000 欧元用于比勒费尔德诊所。该项目的运行时间为 2022 年 1 月至 2024 年 12 月，由医疗技术公司慕尼黑外科成像 (MSI) 协调。除了比勒费尔德大学和比勒费尔德诊所，合作项目的其他成员还有位于慕尼黑亥姆霍兹中心的亥姆霍兹先锋校园、汉诺威莱布尼茨大学、相机系统制造商 PCO AG 和激光制造商 Omicron-Laserage Laserprodukte GmbH。
慢性病在医学院 OWL 的研究中发挥着重要作用。这些疾病会持续很长时间，通常难以治疗或无法完全治愈。慢性病是德国和其他工业化国家最常见的健康问题之一。医学院 OWL 正在与他们打交道，作为其研究概况“残疾人和慢性病患者的医学”的一部分。