微型攝像機(jī)GoPro在整復(fù)外科手術(shù)錄像中的應(yīng)用

陳筑昕 劉 凱

微型攝像機(jī)GoPro在整復(fù)外科手術(shù)錄像中的應(yīng)用

陳筑昕 劉 凱

目的探討將微型攝像機(jī)GoPro運(yùn)用于整復(fù)外科手術(shù)的視頻錄制方法，并總結(jié)較為適合的設(shè)置參數(shù)。方法術(shù)者通過(guò)專(zhuān)用頭帶將GoPro Hero4 Silver版攝像機(jī)固定于額部，以保證拍攝畫(huà)面重現(xiàn)術(shù)者視野，并由助手通過(guò)GoPro APP連線(xiàn)，按術(shù)者要求遠(yuǎn)程調(diào)控?cái)z像機(jī)。以上述方法錄制4臺(tái)手術(shù)，分別為血管瘤介入手術(shù)、鼻再造術(shù)、瞼袋切除術(shù)和耳軟骨移植+假體隆鼻術(shù)，其中案例3由術(shù)者佩戴手術(shù)專(zhuān)用頭燈，案例4加裝外置放大鏡。結(jié)果案例1：GoPro設(shè)置參數(shù)，視頻分辨率1 080 p、60 fps、自動(dòng)低光模式、窄角視野、屏幕分辨率16∶9，介入導(dǎo)管所連接的顯示屏在拍攝畫(huà)面中出現(xiàn)曝光過(guò)度。后面的案例中設(shè)置窄角視野、點(diǎn)測(cè)光以及白平衡校正，以匹配光照亮度較高的手術(shù)區(qū)域的錄制。案例2：得到了高質(zhì)量的錄像畫(huà)面，適合用于教學(xué)及技術(shù)交流等展示。案例3：術(shù)者佩戴手術(shù)專(zhuān)用頭燈，攝制畫(huà)面亮度較高。案例4：加裝放大鏡之后為微距拍攝，視頻畫(huà)面更為集中。結(jié)論使用GoPro Hero4錄像是簡(jiǎn)單輕便且成本適中的，可高度還原術(shù)者視角的手術(shù)視頻獲取方法。建議設(shè)置參數(shù)為窄角視野、點(diǎn)測(cè)光以及白平衡校正，如此即可匹配光照亮度較高的手術(shù)區(qū)域的錄制，從而獲得細(xì)節(jié)清晰的高質(zhì)量手術(shù)視頻。

手術(shù)錄像微型攝像機(jī)整復(fù)外科

利用視頻記錄手術(shù)過(guò)程，可高效如實(shí)地回顧評(píng)估手術(shù)，多元化分享案例，并豐富醫(yī)學(xué)教學(xué)模式。然而，大多數(shù)醫(yī)院的手術(shù)室并未常規(guī)配有錄像設(shè)備，以術(shù)者視角錄制的視頻更是少見(jiàn)。隨著攝影器材的更新?lián)Q代，高畫(huà)質(zhì)影像在獲取方法上也是日新月異。國(guó)外已有使用Contour helmet camera（Contour LLC，Provo，Utah）[1-3]以及GoPro Hero 3+Black版（GoPro，San Mateo，Calif）[4-5]錄制手術(shù)過(guò)程的報(bào)道。近期新一代GoPro Hero 4問(wèn)世，性能上較前全面提升，有著極高的細(xì)節(jié)表現(xiàn)力。本文旨在探討將微型攝像機(jī)GoPro運(yùn)用于整復(fù)外科手術(shù)的視頻錄制方法，并總結(jié)較為適合的設(shè)置參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料

GoPro是運(yùn)動(dòng)專(zhuān)用攝像機(jī)市場(chǎng)的領(lǐng)軍者，在防抖防震、保證畫(huà)面穩(wěn)定性及順暢程度上的表現(xiàn)相當(dāng)卓越，而且可安裝外加配件，以滿(mǎn)足不同的拍攝需求，因而受到很多戶(hù)外或極限運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者的青睞。GoPro尺寸為8 mm×40 mm×21 mm，約一個(gè)火柴盒的大小，僅重83克（圖1），其Hero 4 Silver版本多了一小塊液晶顯示屏，更便于操作。720 p-4 K的視頻分辨率可滿(mǎn)足高標(biāo)準(zhǔn)的需求。GoPro搭載f2.8 mm定焦鏡頭，有1 200萬(wàn)像素的照片拍攝，并可完成每秒30張的高速連拍。盡管無(wú)法變焦，但內(nèi)建3種FOV設(shè)置（超寬、標(biāo)準(zhǔn)、窄角），可依次將畫(huà)面更為集中。此外，GoPro Hero 4 Silver版的錄音效果亦優(yōu)于前代。在續(xù)航能力方面，1 160 mA的電池可以在2.7 K和1 080 p的畫(huà)質(zhì)下連續(xù)拍攝100 min左右[5]，在不外接電源的情況下能夠滿(mǎn)足常規(guī)整復(fù)外科手術(shù)關(guān)鍵步驟的手術(shù)時(shí)長(zhǎng)。Hero 4的Wi-Fi速度提升了50%，加裝藍(lán)牙模塊，可以高速連接GoPro App或智能遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。GoPro App將智能手機(jī)或平板電腦作為取景器進(jìn)行遠(yuǎn)程取景，該軟件可以對(duì)相機(jī)的所有功能和設(shè)定進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)整，亦可回放視頻。當(dāng)連接于終端時(shí)配以密碼加密形式，可以更好地保護(hù)拍攝內(nèi)容以及患者的隱私。

圖1 專(zhuān)用遠(yuǎn)程遙控器（左）和GoPro Hero 3+Black版（右）Fig.1 GoPro wifi remote(left)and the action camera GoPro Hero 3+Black edition(right)

1.2 方法

術(shù)者以專(zhuān)用頭帶佩戴GoPro Hero 4 Silver版相機(jī)（圖2），并連接已安裝GoPro App的平板電腦作為取景器進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，錄制4場(chǎng)手術(shù)，分別是血管瘤導(dǎo)管介入手術(shù)、瞼袋切除術(shù)、鼻再造術(shù)和耳軟骨移植+假體隆鼻術(shù)。在瞼袋切除術(shù)中，術(shù)者額外佩戴了手術(shù)專(zhuān)用頭燈，在耳軟骨移植+假體隆鼻術(shù)中則在相機(jī)鏡頭處外置了52 mm放大鏡。患者術(shù)前均已簽署知情同意書(shū)，視頻未有除術(shù)區(qū)以外的部位入鏡。

圖2 GoPro Hero4 Silver相機(jī)（左），附專(zhuān)用頭帶（中）和52 mm放大鏡（右）Fig.2 The action camera GoPro Hero4 silver edition(left), with the head band(middle)and the 52 mm macro lens (right)

2 結(jié)果

2.1 案例1：血管瘤導(dǎo)管介入手術(shù)

術(shù)者佩戴專(zhuān)用頭帶固定的GoPro Hero 4 Silver版相機(jī)，由助手在平板電腦上打開(kāi)GoPro App與相機(jī)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接，將平板電腦作為取景器進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。將拍攝參數(shù)設(shè)置為：視頻分辨率1 080 p、60 fps，窄角視野，屏幕分辨率16∶9，自動(dòng)低光模式，以手術(shù)室燈光作為拍攝光源。術(shù)區(qū)拍攝畫(huà)面清晰，而當(dāng)術(shù)者抬頭查看介入導(dǎo)管所連接的顯示屏?xí)r，顯示屏在錄制的影像中出現(xiàn)曝光過(guò)度（圖3）。手術(shù)過(guò)程從導(dǎo)管放置至給藥結(jié)束，總計(jì)50 min，在電池充滿(mǎn)電的情況下是可以完整錄完全程的。頭部佩戴相機(jī)未令術(shù)者有任何不適感。

圖3 案例1：顯示屏畫(huà)面出現(xiàn)明顯過(guò)曝Fig.3 Case 1:the intervention display screen shown in the footage was overexposed

2.2 案例2：鼻再造術(shù)

術(shù)者GoPro相機(jī)的佩戴、連接及設(shè)置與案例1相同，在平板電腦作為取景器進(jìn)行查看的同時(shí)發(fā)現(xiàn)畫(huà)面曝光過(guò)度。隨即調(diào)整設(shè)置為點(diǎn)測(cè)光模式，畫(huà)面白平衡得到改善（圖4）。由于鼻再造手術(shù)時(shí)間較長(zhǎng)，故中途由助手通過(guò)GoPro App根據(jù)術(shù)者的要求起止錄像過(guò)程，分段錄制重點(diǎn)步驟，總計(jì)時(shí)長(zhǎng)90 min。手術(shù)視頻畫(huà)質(zhì)高清，錄音亦清楚，極具細(xì)節(jié)張力的表現(xiàn)非常適合于術(shù)式教學(xué)、技術(shù)交流時(shí)使用[6]。

圖4 案例2：畫(huà)面白平衡得到改善Fig.4 Case 2:the white balance was improved

2.3 案例3：瞼袋切除術(shù)

術(shù)者佩戴手術(shù)用頭燈，其余配置同案例2。由于增加了頭燈作為額外光源，后期在剪輯的過(guò)程中畫(huà)面亮度較高，整體視頻畫(huà)面細(xì)節(jié)較案例2欠佳。

2.4 案例4：耳軟骨移植及假體隆鼻術(shù)

術(shù)者佩戴加裝外置52 mm放大鏡的GoPro相機(jī)[7-9]，相機(jī)設(shè)置參數(shù)同案例2。加裝放大鏡之后為微距拍攝，視頻畫(huà)面更為集中（圖5），錄像畫(huà)面與術(shù)者佩戴頭鏡之后所見(jiàn)放大的手術(shù)視野畫(huà)面是一致的。

圖5 案例4：微距拍攝從而刻畫(huà)更多細(xì)節(jié)Fig.5 Case 4:macro photography captured more details

3 討論

上述案例的選擇是基于整復(fù)外科手術(shù)中，術(shù)者所需記錄的影像需求。案例1中，血管瘤介入手術(shù)需要術(shù)者在術(shù)區(qū)及顯示屏上來(lái)回查看，不同光源對(duì)所錄制的視頻畫(huà)面會(huì)產(chǎn)生一定影響。案例2為鼻再造手術(shù)，是整復(fù)外科最為經(jīng)典的手術(shù)之一，極具教學(xué)意義，以術(shù)者視角進(jìn)行精確清晰的記錄，能更好地還原手術(shù)過(guò)程。頭燈是常見(jiàn)的獲取額外光源的手術(shù)設(shè)備，所以案例3選擇瞼袋切除術(shù)，以探討在較為深部的術(shù)區(qū)使用GoPro記錄的情況。整形美容手術(shù)中，術(shù)者常需佩戴專(zhuān)用頭鏡放大術(shù)區(qū)，故在案例4中加裝外置放大鏡以求真實(shí)呈現(xiàn)術(shù)者視角即視畫(huà)面。

通過(guò)分析實(shí)際獲取的視頻畫(huà)面（圖6），我們認(rèn)為GoPro在手術(shù)錄像上有以下特點(diǎn)：①GoPro在極限運(yùn)動(dòng)錄影中，以防抖、防震功能著稱(chēng)，而手術(shù)過(guò)程中，術(shù)者的頭部也難免一定程度的晃動(dòng)，因而GoPro以其優(yōu)秀的穩(wěn)定性可以完美地解決這個(gè)問(wèn)題。②盡管GoPro標(biāo)志性的超廣角定焦鏡頭、廣闊視野的記錄，在手術(shù)視頻的錄制上并不適用，但可通過(guò)參數(shù)的設(shè)置，及加裝外置放大鏡，來(lái)獲取視野較小但更為集中的術(shù)區(qū)影像。③自動(dòng)對(duì)焦對(duì)于GoPro是沒(méi)有意義的，官方的合焦范圍是5 cm至無(wú)限遠(yuǎn)，5 cm以外的拍攝都是清楚的，并不會(huì)因?yàn)閿z像頭與術(shù)區(qū)間距隨術(shù)者頭部移動(dòng)的變化，使攝制過(guò)程中出現(xiàn)不斷的自動(dòng)調(diào)試而導(dǎo)致視頻清晰度的不穩(wěn)定。④特色的Protune模式，是一種完全發(fā)揮相機(jī)潛力的高級(jí)設(shè)定模式，開(kāi)啟后可以對(duì)視頻和照片拍攝進(jìn)行手動(dòng)參數(shù)調(diào)整，如白平衡、ISO和曝光補(bǔ)償?shù)?，同時(shí)該模式可以盡量減少壓縮，從而提高畫(huà)質(zhì)。這需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、術(shù)區(qū)的光源等，進(jìn)行個(gè)體化的設(shè)置。

圖6 電腦播放視頻畫(huà)面Fig.6 Screenshot of GoPro video

GoPro對(duì)于整復(fù)外科手術(shù)而言，仍有不足之處，需要進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)：①?gòu)?fù)雜、耗時(shí)的手術(shù)，對(duì)電池續(xù)航力的要求較高，不夠持久的錄制時(shí)間依舊是致命的短板。雖然有加裝電池，但是額外增加的重量會(huì)加重術(shù)者頭部的負(fù)重而產(chǎn)生不適感。將移動(dòng)電源固定于術(shù)者腰部，可對(duì)GoPro持續(xù)供電，然而外接充電線(xiàn)需充分固定，否則會(huì)增加破壞無(wú)菌原則的風(fēng)險(xiǎn)。另外，腰部捆綁移動(dòng)電源或多或少地限制術(shù)者的活動(dòng)[6]。②通過(guò)連接GoPro App，在平板電腦上即時(shí)傳送的畫(huà)質(zhì)并不高清，實(shí)時(shí)直播手術(shù)過(guò)程的效果是不理想的。而官方販?zhǔn)鄣臒o(wú)線(xiàn)高清顯示屏費(fèi)用較高，外接HDMI導(dǎo)出畫(huà)面面臨的問(wèn)題如上述充電線(xiàn)一樣，除了需滿(mǎn)足無(wú)菌條件下充分固定以外，同樣限制了術(shù)者的活動(dòng)。

隨著技術(shù)交流、醫(yī)學(xué)教學(xué)、術(shù)程記錄等需求的增加，手術(shù)錄像儼然成為時(shí)下備受青睞的多媒體模式。由于造價(jià)、空間等限制，手術(shù)室并沒(méi)有常規(guī)配備錄像設(shè)備，這也使得可穿戴式的微型攝影設(shè)備在手術(shù)錄像中大有發(fā)展前景。

在幻燈演示等傳統(tǒng)模式的技術(shù)交流中，聽(tīng)眾處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，單純的圖文理解很容易導(dǎo)致疲勞感，從而喪失學(xué)習(xí)興趣?？纱┐魇降奈⑿蛿z影設(shè)備與手術(shù)錄像結(jié)合，所得到的術(shù)者視角的影像記錄，可提供強(qiáng)大的實(shí)時(shí)交互。此外，整復(fù)外科手術(shù)精細(xì)，可視范圍較小，運(yùn)用可穿戴式的微型攝影設(shè)備克服了傳統(tǒng)手術(shù)錄像方法中畫(huà)面模糊和晃動(dòng)等缺點(diǎn)，還增強(qiáng)了視覺(jué)沖擊的效果。將手術(shù)錄像應(yīng)用于臨床教學(xué)中，可以使手術(shù)變得更加直觀(guān)和易懂，使學(xué)生對(duì)整復(fù)外科手術(shù)產(chǎn)生更大的興趣，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

現(xiàn)有的傳統(tǒng)手術(shù)視頻教學(xué)錄像是二維畫(huà)面，由于解剖關(guān)系的復(fù)雜性以及手術(shù)經(jīng)驗(yàn)的欠缺，觀(guān)看者感受不到明確的方向和景深[10]，因此有必要將手術(shù)錄像與3D、VR等技術(shù)相結(jié)合，使觀(guān)看者不但有平面的認(rèn)知，還有立體的感受，增加學(xué)習(xí)的興趣[11]。目前，微型攝像機(jī)探索該功能。以GoPro為例，其推出了一個(gè)名為“GoPro Dual HERO System”的附助工具，是能夠放置兩部GoPro的防水殼，同時(shí)連接兩部相機(jī)，并且通過(guò)系統(tǒng)連動(dòng)操作，然后通過(guò)GoPro Studio，將這些影像結(jié)合，成為3D立體影像。

所以，我們認(rèn)為，運(yùn)用多媒體提供的豐富素材，在教學(xué)的深度、思維的擴(kuò)散、臨床與基礎(chǔ)知識(shí)的理解聯(lián)系方面可達(dá)到重大的提升。

另外，術(shù)中錄像亦是客觀(guān)而真實(shí)地記錄患者知情同意權(quán)執(zhí)行情況的有效方法，適合新形式下的知情同意醫(yī)療制度。目前，民事訴訟法規(guī)定醫(yī)療實(shí)施方承擔(dān)舉證責(zé)任，而傳統(tǒng)的術(shù)前告知及手術(shù)同意書(shū)簽名方式也存有一定弊端。因此，使用錄音和錄像的方式，有利于保存客觀(guān)的事實(shí)依據(jù)[12]。比起傳統(tǒng)的錄像設(shè)備，可穿戴式的微型攝影設(shè)備體積小巧，架設(shè)簡(jiǎn)單，是一種更為實(shí)用的錄像方法。

一套理想的整復(fù)外科手術(shù)攝影設(shè)備，應(yīng)具備以下幾點(diǎn)[13]：①高清的畫(huà)質(zhì)、清晰的錄音、適當(dāng)?shù)囊曇胺秶?、精?zhǔn)的中央對(duì)焦，以及可調(diào)節(jié)的變焦；②可便捷舒適地穿戴，且不影響無(wú)菌原則和術(shù)者操作，簡(jiǎn)單易用；③有高清的輸出和簡(jiǎn)單易行的配套后期剪輯軟件；④價(jià)格合理。GoPro Hero 4 Silver版小巧方便、價(jià)格合理、可獲取高質(zhì)量視頻，能基本符合上述條件和臨床應(yīng)用要求。將設(shè)置參數(shù)為窄角視野、點(diǎn)測(cè)光、白平衡校正，這樣能夠匹配亮度高的手術(shù)區(qū)域的錄制，從而取得細(xì)節(jié)高清的手術(shù)視頻。綜上所訴，GoPro在整復(fù)外科的醫(yī)學(xué)教學(xué)、技術(shù)交流、手術(shù)記錄等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Application of Mini Camera GoPro Hero 4 in Video Capture of Plastic and Reconstructive Surgery Procedures

CHEN Chuhsin,LIU Kai.Department of Plastic and Reconstructive Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011,China.Corresponding author:LIU Kai(E-mail:drkailiu@126.com)．

ObjectiveTo explore the application of GoPro in recording plastic surgery for documentary and tutorial purposes,thus obtaining optimal parameters for operative shoots.MethodsThe GoPro HERO 4 Silver Edition camera was head-mounted on the surgeon and oriented to the surgeon＇s perspective using the GoPro App.The camera was used to record：hemangioma interventional surgery(1 case),nasal reconstruction procedure(1 case),pouch resection(1 case)and rhinoplasty with autologous ear cartilage graft(1 case).During case 3,the surgeon was equipped with an additional headlamp. For case 4 the GoPro was mounted with a macro lens to zoom up close on the surgical field.ResultsCamera settings for case 1 were as follows：1 080 p video resolution;60 fps;low-light mode on;narrow field of view;16∶9 aspect ratio.The intervention display screen shown in the footage was overexposed.Within case 2 to case 4,the parameters mentioned above were adjusted to a narrow field of view,which enabled the camera’s automatic white balance to better compensate for bright lights focused on the surgical field.The video captured in Case 2 was adequate for teaching or presenting.During case 3 the lighting contrast resulted in limited exposure due to the headlamp.For case 4,macro photography captured more details. ConclusionThe GoPro HERO 4 Silver Edition camera enables high-quality,cost-effective video recording of plastic and reconstructive operation.When set to a narrow field of view and automatic white balance,the camera is able to sufficiently compensate for the contrasting light environment of the operating room and capture high-resolution and detailed video.

Surgical video recording;Mini camera;Plastic and reconstructive surgery

R622

A

1673－0364（2017）02－0098－04

2016年12月7日；

2016年1月23日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2017.02.012

200011上海市上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院整復(fù)外科。

劉凱（E-mail：drkailiu@126.com）。