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课堂 | 融合光学（FusionOptics）在神经外科和眼科手术中的应用
徕卡FusionOptics创新光学技术，同时实现高分辨率和大景深。
神经外科医生和眼科医生经常要与精细结构、深邃或狭窄的腔穴以及具有重要功能的微小组织打交道。因此，清晰的术野三维立体视图对于手术效果和患者安全是不可或缺的。迄今的立体显微镜光学设计，为了能够在焦点处获得景深更大的三维立体区域，只能牺牲分辨率。
在显微技术中，景深由数值孔径与放大倍数之间的关系决定。为了获得尽可能好的视觉效果，传统显微镜在景深和分辨率之间需保持最佳平衡—— 两个参数理论上呈负相关。特别是在低放大倍数下，缩小光圈（即减小数值孔径）可以显著增大景深。但数值孔径越小，横向分辨率越低。因此，寻求分辨率和景深之间的最佳平衡一直是一个挑战。
全新的手术显微镜光学技术 ——
景深增大高达40%
FusionOptics融合光学技术是解决分辨率和景深之间负相关关系的精细光学方法。该项技术是最早由徕卡显微系统开发并用于工业立体显微镜技术，现在应用于神经外科和眼科显微镜。
FusionOptics融合光学技术使用两个不同的光路：一条光路提供高分辨率，一条光路提供大景深，人脑将两个独立的图像融合为一个立体的图像，可兼顾到高分辨率和大景深。因此，景深可以增加40%。
FusionOptics技术的原理：
1.两个独立的光束路径。
2.一个光束路径提供景深。
3.另一个光束路径提供高分辨率。
4.大脑将两个图像合并为一个最佳的空间三维立体图像。
研究证明了FusionOptics融合光学的有效性
在开发这项新技术的过程中，徕卡显微系统与苏黎世大学神经信息学研究所和瑞士联邦理工学院的Daniel Kiper博士携手合作。开展了一项研究，目的是探讨视觉信号的双目合并。
结果表明，人脑可以利用双眼得到的信息，构建出一个最佳的空间图像。无论图像是通过双眼获得还是每只眼睛提供截然不同的信息，所获得的图像都是真实的。
至今，徕卡显微系统采用FusionOptics融合光学技术生产的8000余台体视显微镜，正在全球范围内应用于高标准的生产和科研中。
用于神经外科的Leica M530 OH6显微镜是市面上第一台融合光学手术显微镜。它应用这项独特的创新技术获得了具有高分辨率和大景深的最佳三维立体视图。最近推出的Proveo 8眼科显微镜也同样配置了此项傲人的技术。
在Kiper的研究中，受试者对放置在中央固定点周围的圆形区域进行观察。圆形区域内用格栅格填充，或者保持颜色一致。
为了使双眼的空间感知产生差异，需要形成一定的双眼像差 —— 两只眼睛受到的刺激信号不同。这可以通过使用特殊的立体眼镜而实现，戴上这种眼镜，单独的测试图像可以投射到每一只眼睛。
在一系列试验中，受试者看见不同深度平面中变化的圆形栅格区域组合。观察每个图像1,000 毫秒之后，受试者需告知在何处看到栅格区域，以及它们出现在中央固定点之前还是之后。插图为视觉刺激简图。
A：四种可能的测试图像感知。受试者指出栅格出现在哪里，它们出现在固定点前方还是后方。
B：系列试验中不同双目刺激示例（对应于A的第3个图像）。栅格出现在同一只眼睛或不同眼睛视场下。还在单眼视场中移动一些栅格区域（白色箭头）。
清晰的解剖三维立体图像
FusionOptics融合光学可以帮助外科医生简化手术流程，大景深使得再聚焦时间明显减少。结合先进的照明和复消色差光学元件，外科医生能够清晰地看到更多解剖结构细节，尤其是深腔底部手术，从而帮助他们精准的操控仪器，使其对自己的手术动作充满信心。
参考文献：Kiper et al.未发表数据。
关于徕卡显微系统Leica Microsystems 徕卡显微系统是全球显微科技与分析科学仪器之领导厂商，总部位于德国维兹拉(Wetzlar, Germany)。主要提供显微结构与纳米结构分析领域的研究级显微镜等专业科学仪器。自公司十九世纪成立以来，徕卡以其对光学成像的极致追求和不断进取的创新精神始终得到业界广泛认可。徕卡在复合显微镜、体视显微镜、数码显微系统、激光共聚焦扫描显微系统、电子显微镜样品制备和医疗手术显微技术等多个显微光学领域处于全球领先地位。 徕卡显微系统在全球有七大产品研发与生产基地，在二十多个国家拥有服务支持中心。徕卡在全球一百多个国家设有区域分公司或销售分支机构，并建有遍及全球的完善经销商服务网络体系。
