Aké sú aplikácie diód v chirurgických navigátoroch?

一, Fotodióda: „Neurálny vnímanie“ pre budovanie optických polohovacích systémov
1. zo základných funkcií chirurgického navigátora je sledovanie priestorovej polohy chirurgických nástrojov v reálnom čase-, ktoré sa spolieha na presné rozpoznanie označených bodov pomocou optického polohovacieho systému. Fotodióda, ako hlavný senzor systému, premieňa odrazené svetelné signály na elektrické signály prostredníctvom fotoelektrického efektu, čím poskytuje priestorové súradnicové údaje pre navigačný systém.

Príjem signálu v technológii pasívneho sledovania odrazu
V pasívnych sledovacích systémoch založených na svetelných-diódach (LED) alebo reflexných guličkách je do infračervenej kamery integrované pole fotodiód, ktoré prijíma svetelné signály vyžarované reflexnými značkami na chirurgických nástrojoch. Napríklad aktívny optický navigačný systém Stryker využíva trojskupinový dizajn detektora, ktorý zachytáva viacuhlové odrazené svetlo cez fotodiódy a zlepšuje presnosť polohovania na 0,3 mm. Tento dizajn efektívne rieši problém slepého uhla tradičných duálnych detektorových systémov optimalizáciou rozloženia fotodiód a algoritmov spracovania signálu.

2. Kalibrácia dynamického referenčného rámca v reálnom čase
Mierny posun polohy pacienta počas operácie môže spôsobiť chyby v navigácii, preto je potrebné priebežne kalibrovať priestorové súradnice prostredníctvom dynamického referenčného rámca. Fotodiódy hrajú v tomto procese dvojakú úlohu: po prvé, ako označovacie body na referenčnom rámci, dosahujú sledovanie polohy tým, že odrážajú špecifické vlnové dĺžky infračerveného svetla; Po druhé, ako komponent detektora monitoruje zmeny intenzity svetla v operačnej oblasti a pomáha systému pri identifikácii deformácie tkaniva. Napríklad neurochirurgický navigačný systém excelim-04 vyvinutý Univerzitou Fudan dosahuje kompenzáciu-presunu mozgového tkaniva počas operácie v reálnom čase vložením vysokocitlivých fotodiód do referenčného rámca.

3. Synchronizácia signálu pre multimodálnu fúziu obrazu
Moderné chirurgické navigátory podporujú fúzne zobrazenie CT, MRI a intraoperačných röntgenových snímok, čo si vyžaduje fotodiódové pole na synchrónny zber projekčných signálov z rôznych modalít snímok. Úpravou vlnovej dĺžky odozvy a šírky pásma fotodiódy dokáže systém rozlíšiť medzi röntgenovými fluorescenčnými signálmi z C- ramena a signálmi označenia viditeľným svetlom, čím sa zabezpečí časopriestorová konzistencia 3D modelu rekonštrukcie. Napríklad prenosný inteligentný navigačný systém predstavený nemocnicou Peking Union Medical College Hospital používa prispôsobené fotodiódové moduly na skrátenie času registrácie obrazu vo viacerých-režimoch zo 120 sekúnd tradičného zariadenia na 15 sekúnd.

2, Diódy vyžarujúce svetlo: Vytvorenie „vizuálneho enginu“ pre vysoko presnú navigáciu
Svetelné -diódy (LED) ako súčasť zdroja svetla chirurgických navigačných zariadení poskytujú stabilné a kontrolovateľné svetelné podmienky, čím vytvárajú základ pre optické určovanie polohy a získavanie snímok. Jeho aplikačné scenáre pokrývajú tri hlavné oblasti: značkové osvetlenie, osvetlenie chirurgického poľa a spektrálnu analýzu.

1. Optimalizácia vlnovej dĺžky osvetlenia značkovacieho bodu
V pasívnych sledovacích systémoch musia LED diódy vyžarovať špecifické vlnové dĺžky infračerveného svetla (zvyčajne 850 nm alebo 940 nm), aby sa zabránilo interferencii so zorným poľom chirurgického tímu. Navigačný systém Stryker využíva úzkopásmové pole LED, ktoré presne riadi distribúciu intenzity svetla, aby sa zachoval vysoký kontrast reflexných značiek v komplexnom pozadí. Okrem toho môže technológia pulznej modulácie LED ďalej potláčať rušenie okolitého svetla, ako je zvýšenie pomeru signálu-k{5}}šumu na viac ako 40 dB prostredníctvom modulácie štvorcových vĺn 1 kHz.

2. Spektrálny návrh osvetlenia operačného poľa
Chirurgické navigačné zariadenie musí integrovať funkciu bez tieňového svetla, aby lekárom poskytlo jasné zorné pole. LED diódy preukázali významné výhody v tejto oblasti: po prvé, kombináciou viacerých čipov je možné nastaviť farebnú teplotu (4000K-6000K), aby zodpovedala potrebám farebného podania rôznych typov tkanív; Po druhé, prijatie sekundárneho optického dizajnu (ako je pole šošoviek a reflexná miska) môže zvýšiť mieru využitia svetelnej účinnosti na viac ako 85 %, čím sa výrazne zníži vplyv tepelného žiarenia na oblasť chirurgického zákroku. Napríklad ortopedický navigačný systém S8 predstavený nemocnicou First People's Hospital of Nantong City má LED chirurgické svetlo, ktoré dokáže dosiahnuť osvetlenie 160 000 luxov na pracovnú vzdialenosť 40 cm, pričom povrchová teplota sa zvýši len o 2,3 stupňa.

3. Predĺženie vlnovej dĺžky pre spektrálnu analýzu
Niektoré špičkové{0}}navigačné systémy integrujú-funkcie organizačnej analýzy v reálnom čase, vyžarujú špecifické vlnové dĺžky svetla prostredníctvom LED diód (napríklad 540 nm zelené svetlo na detekciu kyslíka v krvi a 630 nm červené svetlo na zobrazovanie prietoku krvi) a využívajú fotodiódy na prijímanie odrazených spektier na dosiahnutie monitorovania fyziologických parametrov počas operácie. Modul LED medicínskej kvality vyvinutý spoločnosťou Shihua High Tech Semiconductor poskytuje kritickú podporu pri rozhodovaní pre neurochirurgiu a kardiovaskulárnu chirurgiu presným riadením vlnovej dĺžky (Δλ menej než alebo rovné 5 nm), aby sa dosiahla chyba merania saturácie krvi kyslíkom menšia alebo rovná 2 %.

3, Špeciálna dióda: inovatívny nástroj na prelomenie technologických prekážok
Okrem tradičných fotodiód a LED diód, špeciálne diódy, ako sú lavínové diódy (APD) a laserové diódy (LD), ukazujú potenciálne aplikácie v oblasti chirurgickej navigácie.

1. Lavínová dióda: zlepšuje citlivosť detekcie slabého svetla
Pri hlbokom chirurgickom zákroku (ako je korekcia skoliózy) môže odrazený svetelný signál v označenom bode zoslabiť v dôsledku útlmu tkaniva. Lavínové diódy zosilňujú fotoprúd 100-1000 krát prostredníctvom lavínového multiplikačného efektu vnútorných nosičov náboja, čím výrazne zvyšujú schopnosť systému detekovať slabé svetlo. Napríklad očný navigačný systém Zeiss CALLISTO využíva pole APD na predĺženie vzdialenosti sledovania rohov rohovky z 30 cm v tradičných systémoch na 60 cm.

2. Laserová dióda: dosiahnutie vysokej{1}}presnosti merania vzdialenosti
Laserové diódy (LD) môžu poskytnúť informácie o hĺbke chirurgickým navigátorom tým, že vyžarujú laserové lúče s úzkou šírkou čiary a kombinujú ich s princípmi{0}}času{1}}letu (ToF) alebo fázového rozdielu. Navigačný modul LD predstavený nemocnicou Zhuhai Ximalin Shunchao Eye Hospital kontroluje chybu polohovania fakoemulzifikačnej ihly pre operáciu sivého zákalu v rozmedzí ± 0,05 mm meraním časového rozdielu medzi laserovou emisiou a príjmom odrazu (s presnosťou 0,1 ps).

3. Zenerova dióda: zabezpečenie stability systému
Chirurgické navigačné zariadenia vyžadujú extrémne vysokú stabilitu napájania a kolísanie napätia môže spôsobiť posun obrazu alebo zlyhanie polohovania. Zenerove diódy stabilizujú vstupné napätie na prednastavenú hodnotu (ako je 5 V ± 0,1 V) prostredníctvom reverzných charakteristík, čím poskytujú spoľahlivé pracovné podmienky pre fotodiódové polia a jednotky na spracovanie obrazu. Napríklad neurochirurgický navigačný systém Angelplan-CAS-1000 využíva viacúrovňovú reguláciu napätia, ktorá umožňuje systému udržiavať presnosť polohovania v rozmedzí 0,5 mm, aj keď napätie siete kolíše o ± 20 %.