沈華強(qiáng) 戚仕濤 朱興喜*

傳統(tǒng)的鎮(zhèn)痛及麻醉技術(shù)通常建立在藥物的基礎(chǔ)之上，不僅使用不方便，而且還要忍受藥物帶來的不良反應(yīng)，甚至造成抗藥性，降低麻醉效力，有些麻醉藥物會使人體對其產(chǎn)生強(qiáng)烈的依賴性。藥物麻醉與鎮(zhèn)痛雖然目前仍是主流，但無論是其麻醉效力還是安全性已越來越不能夠滿足醫(yī)療安全的需求。我國傳統(tǒng)的針灸麻醉、西方的催眠麻醉以及局部冰凍麻醉等非藥物麻醉方式均未得到過臨床使用的認(rèn)可。由于這些麻醉方式使用太過復(fù)雜，很難推廣，其效力并未達(dá)到取代藥物麻醉的高度。麻醉輔助及鎮(zhèn)痛系統(tǒng)的研制成功地解決了上述問題。

1 麻醉輔助及鎮(zhèn)痛系統(tǒng)研制目的

藥物麻醉的優(yōu)勢和效果顯而易見，且效力持久。而麻醉輔助及鎮(zhèn)痛系統(tǒng)的研制是使其成為藥物麻醉的一種輔助或補(bǔ)充，達(dá)到以下目的：①麻醉效果顯著，能夠用于輕度和中度疼痛的抑制；②術(shù)前能作為藥物麻醉的一種補(bǔ)充，減少麻醉藥物的用量；③能夠取代部分鎮(zhèn)痛藥，降低患者的痛苦；④使用方便，易于推廣。

2 麻醉輔助及鎮(zhèn)痛系統(tǒng)原理

從20世紀(jì)70年代開始，腎上腺素能受體激動劑在臨床上被用來治療高血壓和藥物及乙醇的戒斷癥狀。這類藥物能夠產(chǎn)生抗焦慮、鎮(zhèn)靜、抗交感及鎮(zhèn)痛等多種作用，因此可用于手術(shù)期間以滿足麻醉的不同需要[1]。目前，在西方國家將可樂定、右美托咪啶和替扎尼定3種腎上腺素能受體激動劑應(yīng)用于臨床術(shù)中麻醉，多年的使用充分肯定了腎上腺素的疼痛抑制的效果[2-3]。

腎上腺素制劑是人體腎上腺能夠自發(fā)產(chǎn)生的。如果人置身于危險之中，或者受到外來視覺及其他刺激則會降低對疼痛的敏感度[4]。如當(dāng)人從高處墜落時，處于自救會分泌大量的腎上腺素，即使因落地而受傷嚴(yán)重，只要處于清醒狀態(tài)也可能感覺不到疼痛。因?yàn)槟I上腺素的分泌而起到了麻醉作用，其降低了神經(jīng)的敏感度[5]。而這些刺激大部分通過視覺來感知，如果利用先進(jìn)的計算機(jī)虛擬技術(shù)現(xiàn)實(shí)在手術(shù)臺上的患者面前重建類似坐過山車或坐飛機(jī)掠地飛行的驚險畫面，并以動態(tài)三維的形式真實(shí)呈現(xiàn)在患者面前，將極大刺激患者的腎上腺素分泌，以達(dá)到通過腎上腺素鎮(zhèn)痛的目的[6-7]。

充分利用人體自發(fā)產(chǎn)生的腎上腺素來抑制疼痛，其作用應(yīng)該優(yōu)于外來腎上腺素，且風(fēng)險更小。在此基礎(chǔ)之上研制麻醉輔助及鎮(zhèn)痛系統(tǒng)，通過電腦模擬三維環(huán)境，并將這一環(huán)境通過先進(jìn)的顯示系統(tǒng)顯示出來，讓人感覺置身其中，真實(shí)而又刺激的三維環(huán)境激發(fā)人體內(nèi)產(chǎn)生大量的腎上腺素，從而起到麻醉輔助及鎮(zhèn)痛的作用[8]。

3 麻醉輔助及鎮(zhèn)痛系統(tǒng)設(shè)計

麻醉輔助及鎮(zhèn)痛系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成，由于整套系統(tǒng)依賴于高度真實(shí)的數(shù)字三維模擬影像，使患者置身于高度真實(shí)的三維環(huán)境之中。因此，需要先進(jìn)的三維顯示系統(tǒng)、高速運(yùn)行的計算機(jī)系統(tǒng)以及用于三維模擬的軟件系統(tǒng)。其中最為關(guān)鍵的就是三維顯示系統(tǒng)，其顯示效果直接關(guān)系到整套系統(tǒng)的使用效果[9]。

3.1 頭戴式三維眼鏡顯示

近年來，三維顯示技術(shù)已經(jīng)開始從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入民用及醫(yī)療領(lǐng)域，達(dá)芬奇機(jī)器人的顯示系統(tǒng)使用的是一套優(yōu)秀的三維顯示器。目前，三維顯示技術(shù)已相當(dāng)成熟，由于頭戴式三維眼鏡可以輕松產(chǎn)生三維的畫面，有很好的效果，且患者在任何姿勢下都可以使用，方便簡捷。因此，采用頭戴式三維眼鏡顯示系統(tǒng)(如圖1所示)。

圖1 三維眼鏡顯示器外形

(1)三維顯示原理：通過人的兩眼之間大約有6 cm的距離，能感知到眼前的世界是三維的，因此在觀看除了正前方的物體外，兩只眼睛必然有角度的不同，這個差別在大腦中就能自動形成上下、左右、前后、遠(yuǎn)近的區(qū)別，從而產(chǎn)生立體視覺。如果能制作出同一場景、影像的不同側(cè)面(僅有微小的視差)讓雙眼各看一邊，那么在大腦中就能自動形成立體影像的場景。同樣，擺放兩臺攝像機(jī)拍攝的一組圖像，通過一種顯示器，將兩個攝像機(jī)拍攝的影像根據(jù)時間軸分別顯示到人的兩個眼鏡前，則能夠在人的大腦中重現(xiàn)三維影像[10]。

(2)三維眼鏡的結(jié)構(gòu)：根據(jù)人眼三維視覺原理，對三維眼鏡設(shè)計如圖2所示。

圖2 三維眼鏡結(jié)構(gòu)原理簡圖

在三維眼鏡的中間放置一塊高分辨率的液晶顯示模塊，液晶的左側(cè)半塊用來顯示左眼的圖像內(nèi)容，右側(cè)半塊顯示右眼所看到的圖像，通過一塊全反射棱鏡分割，且棱鏡負(fù)責(zé)將圖像分別反射到兩個眼球所對應(yīng)的獨(dú)立光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)數(shù)組透鏡對圖像的調(diào)整繼而反射到人的兩個眼球之中形成三維視覺。

3.2 計算機(jī)圖形工作站

計算機(jī)圖形工作站既是一套硬件系統(tǒng)，也是軟件系統(tǒng)的載體，是用來將形成的三維信號傳送至三維眼鏡顯示器，因此其形成的信號質(zhì)量直接關(guān)系到眼鏡顯示器的顯示效果，其性能直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的運(yùn)行。

表1 臨床試驗(yàn)對比表

圖形工作站要輸出高質(zhì)量的三維圖像必須具備很好的運(yùn)算性能，因此必須是一臺高性能的普通計算機(jī)，決定其性能的是CPU、內(nèi)存、主板以及顯示卡。CPU采用酷睿系列，而顯卡采用英偉達(dá)的專業(yè)級顯卡，以保證三維畫面產(chǎn)生的連續(xù)與真實(shí)性。

(1)軟件平臺：選用軟件平臺應(yīng)能夠充分發(fā)揮出所采用的硬件系統(tǒng)的性能，輸出高質(zhì)量的三維圖像。操作系統(tǒng)采用效率更高、功能更強(qiáng)的Windows 7操作系統(tǒng)，三維圖像輸出采用高效率的英偉達(dá)三維驅(qū)動程序，充分發(fā)揮出顯卡的性能，在三維頭戴式眼鏡上顯示逼真的三維環(huán)境。

(2)刺激視頻：經(jīng)過多次試驗(yàn)，各種虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中虛擬掠地飛行對人體刺激最為激烈，但對于不同的個體承受能力，虛擬高速駕駛賽車的環(huán)境相對刺激平緩，能夠起到一定作用。

4 臨床試驗(yàn)

麻醉輔助及鎮(zhèn)痛系統(tǒng)最大的作用、最能直觀反映效能的用途是鎮(zhèn)痛。在胃癌中期患者的臨床試驗(yàn)中，該患者癌痛明顯，且不能忍受，睡眠受干擾，要求服用鎮(zhèn)痛藥物。試驗(yàn)以24 h為一次，6 d交替進(jìn)行3次對比。第一日服用藥物鎮(zhèn)痛，藥物采用強(qiáng)痛定60 mg，第二日采用麻醉輔助鎮(zhèn)痛系統(tǒng)10 min/次，對比疼痛干擾程度、對止痛的依賴程度。

試驗(yàn)表明，麻醉輔助鎮(zhèn)痛系統(tǒng)具有鎮(zhèn)痛的有效性，其鎮(zhèn)痛效果的持續(xù)時間與藥物鎮(zhèn)痛有一定差距，且基本無不良反應(yīng)，因此可以通過多次使用來延長止痛效果。如果與止痛藥搭配使用可使藥物的使用量明顯減少，不良反應(yīng)減輕，同時延緩人體抗藥性產(chǎn)生的時間。癌癥患者試用是一個極端的環(huán)境，60 min的鎮(zhèn)痛時間對于癌癥患者來說的確太短，但其意義不側(cè)重于長期的止痛，而更傾向于輔助麻醉。對于一臺簡單的介入手術(shù)、內(nèi)窺鏡手術(shù)等，其作用極為明顯。

5 結(jié)語

隨著研究的深入，麻醉輔助鎮(zhèn)痛系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展?jié)摿Γ绕涫侨S視頻的更新，進(jìn)一步提高眼鏡顯示器的顯示效果，加入其他輔助刺激，如穴位電刺激、聲音刺激等則可進(jìn)一步加強(qiáng)效果。隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非藥物麻醉或鎮(zhèn)痛將作為藥物麻醉的補(bǔ)充在某些方面取代藥物麻醉。

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