3D腹腔鏡在外科手術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)展

陳曦，肖遙

(南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院，廣州510220)

腹腔鏡手術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)開放手術(shù)具有創(chuàng)口小、出血少、疼痛輕、術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)，因而深受外科醫(yī)生和患者的青睞。近年來，腹腔鏡手術(shù)已成為外科手術(shù)的主力軍，然而傳統(tǒng)的2D腹腔鏡缺乏層次感，難以呈現(xiàn)立體解剖結(jié)構(gòu)，使術(shù)者對(duì)操作距離的感知減弱，立體視覺丟失，從而增加操作難度，延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間，增加術(shù)后并發(fā)癥。近年來，外科醫(yī)生逐漸嘗試將3D腹腔鏡應(yīng)用在外科手術(shù)中，通過佩戴3D眼鏡，術(shù)者能夠增強(qiáng)對(duì)操作時(shí)深度和距離的感知，從而減少操作失誤，同時(shí)有助于提升腹腔鏡初學(xué)者的操作技能。現(xiàn)將3D腹腔鏡在外科手術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)展綜述如下。

1 3D腹腔鏡

1803年，Phillipe Bozzini發(fā)明了“Lichtleiter”用來觀察人體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這就是腹腔鏡技術(shù)的起源。從此，醫(yī)生們開始用2D視角的腹腔鏡輔助診治工作。20世紀(jì)70年代，研究者通過攝像機(jī)將鏡頭看到的人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影像傳遞到顯示屏，使術(shù)者有了雙眼視覺，腹腔鏡技術(shù)的發(fā)展由此起步[1]。20世紀(jì)80年代后期，人類進(jìn)行了第一臺(tái)腹腔鏡下膽囊切除術(shù)[1]，此后，腹腔鏡手術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用于臨床。隨著2D腹腔鏡的普及，它的局限性開始顯現(xiàn)，其中最引人關(guān)注的是術(shù)者操作時(shí)對(duì)距離的感知減弱。傳統(tǒng)的2D腹腔鏡將圖像信息壓縮在一個(gè)平面內(nèi)，我們只能通過透視投影、遮擋以及陰影等方法來推測(cè)圖片內(nèi)物體的景深信息。此外，物體的遮擋關(guān)系和陰影也可以用來判斷遠(yuǎn)近關(guān)系，但這必須建立在知道光源位置的基礎(chǔ)上。通常，人腦默認(rèn)光源來自上方，但在腹腔鏡操作中，當(dāng)光源不可見時(shí)，便不容易利用遮擋關(guān)系和陰影來判斷位置關(guān)系[2]。因此，人們轉(zhuǎn)而運(yùn)用不同的圖像獲取和處理及放映技術(shù)，使術(shù)者能夠產(chǎn)生立體視覺的3D腹腔鏡技術(shù)開始發(fā)展。

1838年，Charles Wheatstone[3]首次提出了立體視覺的概念。他用自己發(fā)明的“Whe atstone立體鏡”證實(shí)了他的立體視覺理論：通過向受試者的雙眼分別放映不同的兩張圖像，并不斷調(diào)整兩張圖像的距離和大小等因素，使得受試者最終看到一個(gè)物體的三維圖像。這就為日后3D腹腔鏡的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。立體視覺產(chǎn)生于雙眼接受兩個(gè)不同的圖像后在視覺中樞的整合，目前大多數(shù)3D腹腔鏡的成像利用了人眼雙眼視覺形成的過程。根據(jù)偏振成像原理，通過腹腔鏡鏡頭前端的雙攝像頭同時(shí)拍攝圖像，形成兩個(gè)獨(dú)立的視頻文件，然后再對(duì)采集的圖像信號(hào)進(jìn)行特殊處理，通過改變液晶調(diào)制屏的偏振狀態(tài)，使兩個(gè)不同的偏振調(diào)制狀態(tài)分別與左、右二路光學(xué)系統(tǒng)獲得的圖像同時(shí)呈現(xiàn)在屏幕上，當(dāng)術(shù)者戴上一副左右眼與液晶屏幕偏振狀態(tài)一致的無源偏振眼鏡時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生真實(shí)的三維視覺效果[4]。

2 3D腹腔鏡在外科手術(shù)中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)2D腹腔鏡手術(shù)中，由于圖像信息被壓縮在一個(gè)平面內(nèi)，真實(shí)的解剖結(jié)構(gòu)在顯示屏上無法直接體現(xiàn)，術(shù)者只能通過運(yùn)用透視投影、遮擋效應(yīng)或運(yùn)動(dòng)視差等技巧來間接判斷解剖關(guān)系。但是對(duì)于初學(xué)者來說，在對(duì)實(shí)際的解剖結(jié)構(gòu)不夠熟悉的情況下，傾向于通過手術(shù)器械碰觸組織來獲得空間解剖信息，這很容易造成操作失誤或誤傷組織器官[2]。目前，3D腹腔鏡技術(shù)日趨完善并已廣泛應(yīng)用于臨床。國(guó)內(nèi)外已有大量臨床試驗(yàn)證實(shí)，相比于2D腹腔鏡，3D腹腔鏡不僅能減少術(shù)者操作的失誤、減少術(shù)中出血、減輕術(shù)后并發(fā)癥，而且也是腹腔鏡初學(xué)者或年輕醫(yī)生提升操作能力的重要工具。3D腹腔鏡目前在肝膽外科、胃腸外科、泌尿外科等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，并有大量臨床試驗(yàn)證實(shí)了3D腹腔鏡的優(yōu)勢(shì)，如提高術(shù)者操作的精確度、減少術(shù)中出血及組織損傷、縮短手術(shù)時(shí)間、提高手術(shù)效率、減少術(shù)后并發(fā)癥等，其主要原因是3D腹腔鏡可通過增強(qiáng)手術(shù)視野的景深感，使術(shù)者對(duì)解剖結(jié)構(gòu)有更清晰準(zhǔn)確的視覺感受，從而提高術(shù)者操作的準(zhǔn)確度和速度，減少出錯(cuò)次數(shù)[5，6]。

2.1 3D腹腔鏡在肝膽外科手術(shù)中的應(yīng)用 肝膽外科是最早將3D腹腔鏡用于手術(shù)的領(lǐng)域之一。Velayutham等[7]對(duì)20例腹腔鏡下肝切除術(shù)進(jìn)行了回顧性分析，其中5例進(jìn)行了3D腹腔鏡肝切除術(shù)，10例采用了2D腹腔鏡肝切除術(shù)，結(jié)果顯示，3D腹腔鏡肝切除術(shù)的手術(shù)時(shí)間明顯短于2D腹腔鏡手術(shù)。在此之后，Kawai等[4]也進(jìn)行臨床試驗(yàn)，并證實(shí)了3D腹腔鏡相比傳統(tǒng)2D腹腔鏡可以縮短肝切除術(shù)的手術(shù)時(shí)間。此外，S rensen等[5]也對(duì)一系列3D腹腔鏡與2D腹腔鏡對(duì)照下肝切除術(shù)的臨床試驗(yàn)進(jìn)行了綜述，最后得出結(jié)論，3D腹腔鏡相比于2D腹腔鏡可以提高術(shù)者的操作速度并減少操作失誤。

2.2 3D腹腔鏡在胃腸外科手術(shù)中的應(yīng)用 胃腸外科是3D腹腔鏡的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。但由于腹腔鏡手術(shù)以其小切口、微創(chuàng)化的特點(diǎn)較為不利于惡性腫瘤的根治，目前惡性腫瘤的治療仍以大切口開放性手術(shù)為主。盡管沒有得到廣泛應(yīng)用，3D腹腔鏡在胃腸腫瘤手術(shù)治療方面的優(yōu)勢(shì)也已得到臨床試驗(yàn)證實(shí)。鄭民華等[8]對(duì)3D腹腔鏡在胃癌根治術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，他指出在2D腹腔鏡下，胃網(wǎng)膜右靜脈與胃網(wǎng)膜右動(dòng)脈、胰腺下緣的解剖關(guān)系難以清晰顯示，導(dǎo)致術(shù)者清掃第6組淋巴結(jié)時(shí)容易出現(xiàn)操作失誤而致出血；同樣，清掃第5組淋巴結(jié)時(shí)也常因胃十二指腸動(dòng)脈、肝總動(dòng)脈、肝固有動(dòng)脈和胃右動(dòng)脈的解剖關(guān)系不夠清晰而造成術(shù)中出血；但在3D腹腔鏡下，各血管和淋巴結(jié)的立體解剖結(jié)構(gòu)顯示更加清晰，可以使術(shù)者更精細(xì)的解剖血管、清掃淋巴結(jié)，從而減少了術(shù)中出血，減輕術(shù)后并發(fā)癥，降低了中轉(zhuǎn)開腹的比率。陶凱雄等[9]將58位結(jié)腸癌患者分為2組，分別用3D腹腔鏡和2D腹腔鏡進(jìn)行結(jié)腸切除術(shù)，結(jié)果顯示3D腹腔鏡手術(shù)時(shí)間明顯短于2D腹腔鏡手術(shù)時(shí)間。

2.3 3D腹腔鏡在泌尿外科手術(shù)中的應(yīng)用 Kinoshita等[10]將122例前列腺癌患者分為2組，分別運(yùn)用高清3D和2D腹腔鏡進(jìn)行前列腺癌根治術(shù)，結(jié)果表明，經(jīng)驗(yàn)豐富的術(shù)者可以利用3D腹腔鏡縮短膀胱尿道吻合時(shí)間，3D組患者的主觀可行性和滿意度評(píng)分顯著高于2D組；同時(shí)3D系統(tǒng)下手術(shù)亦可減輕術(shù)者的疲勞感，提高舒適度。梁朝朝等[11,12]對(duì)比3D腹腔鏡和2D腹腔鏡下前列腺癌根治術(shù)的多項(xiàng)研究，結(jié)果表明，3D腹腔鏡所顯示的解剖層級(jí)更清晰，可以使術(shù)者更精細(xì)地分離和縫合，縮短手術(shù)時(shí)間并提高手術(shù)效率，在減少術(shù)中出血、控制術(shù)后早期尿流中亦有一定的作用。

3 3D腹腔鏡在模擬教學(xué)中的應(yīng)用

由于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育條件有限，對(duì)傳統(tǒng)的開放手術(shù)難以進(jìn)行大范圍的模擬教學(xué)，年輕醫(yī)生大型手術(shù)的學(xué)習(xí)曲線較長(zhǎng)。2D腹腔鏡由于難以呈現(xiàn)真實(shí)的立體解剖關(guān)系，術(shù)者只能根據(jù)透視投影、遮擋效應(yīng)或運(yùn)動(dòng)視差等技巧判斷景深，定位不夠精確，進(jìn)一步加大了初學(xué)者的學(xué)習(xí)難度，延長(zhǎng)了年輕醫(yī)生的學(xué)習(xí)曲線[13]。3D腹腔鏡技術(shù)利用了人眼立體成像的原理產(chǎn)生更接近立體真實(shí)的視覺，而使術(shù)者在手術(shù)中操作更精準(zhǔn)，減少了操作失誤，從而使腹腔鏡初學(xué)者的學(xué)習(xí)曲線更短，有利于年輕醫(yī)生早日掌握腹腔鏡手術(shù)操作。

Kanaji等[14]比較了3D和2D腹腔鏡下胃大切手術(shù)中術(shù)者的操作情況，證實(shí)了利用3D腹腔鏡操作時(shí)，術(shù)者對(duì)腹腔動(dòng)脈周圍淋巴結(jié)的清掃和利用縫合技術(shù)進(jìn)行消化道重建等較高難度的操作技能有所提升，而這正是歸因于3D腹腔鏡對(duì)解剖結(jié)構(gòu)的真實(shí)還原，使術(shù)者可以在切線方向視角進(jìn)行操作，由此可見3D腹腔鏡技術(shù)對(duì)術(shù)者操作能力提升所起的作用。Guanà等[15]對(duì)20位無腹腔鏡操作經(jīng)驗(yàn)的兒外科住院醫(yī)師進(jìn)行模擬教學(xué)，其中10位住院醫(yī)師用2D腹腔鏡模擬訓(xùn)練器進(jìn)行操作，另外10位用3D腹腔鏡模擬訓(xùn)練器進(jìn)行操作，兩組醫(yī)生在相同任務(wù)(如鏡下剪紙等)下進(jìn)行操作，結(jié)果顯示用3D腹腔鏡操作的醫(yī)生完成任務(wù)更快且完成率更高，學(xué)習(xí)曲線更短；除此之外，使用3D腹腔鏡的醫(yī)生主觀上感覺操作更加輕松。同樣，在國(guó)內(nèi)也有類似的模擬教學(xué)研究。徐漢江等[16]對(duì)18名腹腔鏡初學(xué)者采用最新的3D偏正立體顯示腹腔鏡系統(tǒng)依次完成4項(xiàng)基本腹腔鏡操作試驗(yàn)，與2D模式下相比，外科初學(xué)者在3D模式下完成每項(xiàng)試驗(yàn)的平均時(shí)間和錯(cuò)誤次數(shù)均明顯下降，表明先進(jìn)的偏正3D腹腔鏡系統(tǒng)明顯提高了腹腔鏡初學(xué)者學(xué)習(xí)腹腔鏡基本操作技能的能力。

3D腹腔鏡能夠加深初學(xué)者對(duì)手術(shù)的理解，縮短學(xué)習(xí)曲線，且年輕醫(yī)生的成長(zhǎng)越快，學(xué)習(xí)曲線越短[17]。然而，這種作用只能體現(xiàn)在腹腔鏡初學(xué)者的操作中，經(jīng)驗(yàn)較豐富的臨床醫(yī)師則對(duì)2D和3D腹腔鏡操作無明顯差異，可能的原因是專家已經(jīng)適應(yīng)了在2D環(huán)境下工作，能夠通過經(jīng)驗(yàn)和技巧在2D環(huán)境下獲得足夠的景深信息?？偟膩碚f，腹腔鏡初學(xué)者可以通過3D腹腔鏡的模擬訓(xùn)練來提高操作的精確度，縮短學(xué)習(xí)曲線為外科臨床科室年輕醫(yī)師提供了培養(yǎng)的新手段。

綜上所述，3D腹腔鏡在最近的十幾年內(nèi)迅猛發(fā)展，在國(guó)內(nèi)國(guó)外應(yīng)用廣泛，得到了外科醫(yī)生的認(rèn)可和青睞。目前，3D腹腔鏡在臨床外科手術(shù)中的應(yīng)用已逐漸趨向成熟，國(guó)內(nèi)外一系列的臨床試驗(yàn)已證實(shí)3D腹腔鏡手術(shù)對(duì)于幫助術(shù)者進(jìn)行精細(xì)操作、減小手術(shù)創(chuàng)傷、縮短手術(shù)時(shí)間具有重要作用。同時(shí)，3D腹腔鏡在年輕醫(yī)生的基礎(chǔ)技能教學(xué)中也起著舉足輕重的作用。利用3D腹腔鏡模擬器進(jìn)行模擬教學(xué)，可以改善腹腔鏡初學(xué)者對(duì)腔鏡操作的主觀感受，提高操作精確度，縮短學(xué)習(xí)曲線，有利于年輕醫(yī)生的手術(shù)技能培養(yǎng)。然而，3D腹腔鏡目前還存在一些不足，如術(shù)者佩戴偏振光眼鏡的不便。有研究[5]表明，佩戴3D眼鏡進(jìn)行腹腔鏡操作會(huì)使術(shù)者產(chǎn)生不適反應(yīng)，如視覺疲勞、眩暈甚至惡心等癥狀。但是大多數(shù)術(shù)者表示這些不適感能夠接受，有經(jīng)驗(yàn)的術(shù)者可以根據(jù)術(shù)中的情況靈活選擇，改變使用時(shí)間，減輕不適感[17]。此外，在胃腸外科手術(shù)中，3D腹腔鏡的雙攝像頭位置較為固定，無法隨意轉(zhuǎn)換視角，因此鏡頭后方的組織結(jié)構(gòu)易被遮擋，從而造成創(chuàng)傷[16]。總的來說，3D腹腔鏡的優(yōu)勢(shì)已得到臨床試驗(yàn)的證實(shí)，將是未來外科手術(shù)中的主流。但是這項(xiàng)技術(shù)還不夠完善且未完全普及，研究者們正在進(jìn)一步的探索中。