房學(xué)東

提到三維(3D)，人們往往第一聯(lián)想到的都是3D立體電影，這種新式的立體感給人一種身臨其境的感覺(jué)，那么在醫(yī)療技術(shù)日益更新的現(xiàn)在，3D系統(tǒng)能否應(yīng)用在手術(shù)上呢，答案是顯而易見的，不但可以應(yīng)用在手術(shù)上，還可以使術(shù)者對(duì)手術(shù)的空間及定位感更加準(zhǔn)確。由于在二維(2D)成像系統(tǒng)缺乏足夠的深度感已經(jīng)限制了腹腔鏡的發(fā)展，尤其手術(shù)中腹腔鏡的移動(dòng)、解剖結(jié)構(gòu)的大小、陰影及紋理的改變等間接的影響了術(shù)者對(duì)深度感、空間定位以及準(zhǔn)確度的判斷，所以腹腔鏡手術(shù)逐漸走入3D世界是勢(shì)在必行的。

一、3D腹腔鏡的發(fā)展史

邁入21世紀(jì)，外科發(fā)展主要的方向是細(xì)致微創(chuàng)，從久遠(yuǎn)的開刀手術(shù)到只需在患者身上開幾個(gè)“小洞”，把腹腔鏡設(shè)備伸到患者體腔內(nèi)，通過(guò)傳輸?shù)奖O(jiān)視器中的圖像，操作腹腔鏡器械來(lái)完成手術(shù)。然而，2D的高清平面顯示，不能夠滿足術(shù)者對(duì)解剖的要求，對(duì)已經(jīng)熟練運(yùn)用2D技術(shù)進(jìn)行外科手術(shù)的中國(guó)醫(yī)生而言，通過(guò)3D高清腹腔鏡系統(tǒng)，將踏入一個(gè)完全還原肉眼感受的立體手術(shù)時(shí)代。早在1980年，GF.Buess教授就指出，立體視覺(jué)在微創(chuàng)手術(shù)中的重要性。他開發(fā)了一種雙通道光學(xué)系統(tǒng)用于他的經(jīng)肛門內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)(TEM)中。此外，用于眼科、神經(jīng)外科、耳鼻喉科(ENT)的手術(shù)顯微鏡提供了一個(gè)雙目視圖。嘗試通過(guò)顯微鏡使用相機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)失敗的原因在于外科醫(yī)生喜歡視覺(jué)提供的良好空間印象和直觀視圖。與此同時(shí)，幾個(gè)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)研究了在外科醫(yī)生的工作中使用各種3D系統(tǒng)的效果。因?yàn)檫@些早期的原型涉及一些技術(shù)缺陷，有圖像質(zhì)量的損失。Muller-Richter等人得出結(jié)論，已發(fā)表的研究只有一半顯示了使用3 D的真正優(yōu)勢(shì)。然而，最新的技術(shù)發(fā)展保證了高定義3D可視化可提供與目前2 D系統(tǒng)相同的質(zhì)量。然而，2D的高清平面顯示，不能夠滿足術(shù)者對(duì)解剖的要求，對(duì)已經(jīng)熟練運(yùn)用2D技術(shù)進(jìn)行外科手術(shù)的中國(guó)醫(yī)生而言，通過(guò)3D高清腹腔鏡系統(tǒng)，將踏入一個(gè)完全還原肉眼感受的立體手術(shù)時(shí)代。

二、3D腹腔鏡原理

腹腔鏡手術(shù)包括：導(dǎo)光束，攝像頭，主機(jī)，光源，氣腹機(jī)以及監(jiān)視器。3D腹腔鏡的原理：3D腹腔鏡是模仿人體左眼和右眼而采用的雙CCD攝像技術(shù)。兩組CCD采集光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，左CCD晶片與右CCD晶片如人體的左眼和右眼，兩組圖像組成在一起而產(chǎn)生3D效果。攝像頭將兩組數(shù)字信號(hào)傳輸至3D攝像主機(jī)。3D主機(jī)將處理過(guò)的手術(shù)視頻信號(hào)傳輸至并顯示在3D監(jiān)視器上。通過(guò)在屏幕上加放偏光板，可以向觀看者輸送偏振方向不同的畫面，當(dāng)畫面經(jīng)過(guò)偏振眼鏡時(shí)，由于偏振式眼鏡的每個(gè)鏡片只能接受一個(gè)偏振方向的畫面，這樣人的左右眼就能接收兩組畫面，再經(jīng)過(guò)大腦立體合成立體影像。

3D高清可視化監(jiān)控顯示兩個(gè)獨(dú)立的影像，一個(gè)用于左眼，一個(gè)用于右眼，并通過(guò)特殊的過(guò)濾器眼鏡傳給相應(yīng)的眼睛[1]。3D高清系統(tǒng)通過(guò)波長(zhǎng)分離這兩種圖像。在這里，每種圖像由三原色紅色、綠色和藍(lán)色的部分光譜組成。用于左眼圖像的部分光譜是不同于右眼圖像的，并且是借助干涉濾光片生成的。通過(guò)這些方式，圖像被編碼，并且可以通過(guò)眼鏡分配到相應(yīng)的眼睛。新攝像系統(tǒng)有反光板在觀測(cè)儀中間，用來(lái)選擇性的使光路改變。用這個(gè)反光板，左右眼成的像都可以被捕捉。這些像被傳送到3D監(jiān)測(cè)儀中的格式變換器和圖像加工控制器(可以使得兩個(gè)像在30HZ的頻數(shù)下分開)。每個(gè)像都傳送到監(jiān)測(cè)儀上或者投影到屏幕上(用特殊投影儀進(jìn)行偏振處理)。參與者可以通過(guò)偏振鏡片看到3D像，這種鏡片并沒(méi)有比正常鏡片重。

三、3D腹腔鏡的優(yōu)勢(shì)

3D腹腔鏡手術(shù)為術(shù)者還原了一個(gè)真實(shí)視覺(jué)中的三維立體手術(shù)視野，相當(dāng)于術(shù)者及助手進(jìn)入患者體內(nèi)進(jìn)行操作，可以在各種臟器之間查找有病變的部位，再進(jìn)行精確的切除及重建。當(dāng)手術(shù)中需要縫合打結(jié)的時(shí)候，往往需要準(zhǔn)確的判斷縫合位置的深淺，此時(shí)3D呈現(xiàn)的立體影像對(duì)術(shù)者而言具有十分大的幫助，可以很清晰的分辨空間臟器的深度感及立體感。真實(shí)3D效果極大提高了復(fù)雜手術(shù)操作的精度、同時(shí)縮短了簡(jiǎn)單手術(shù)操作的時(shí)間。可能在目前進(jìn)行的大多數(shù)手術(shù)中，3D高清技術(shù)使在不導(dǎo)致?lián)p傷的基礎(chǔ)上加快工作速度成為可能。然而，在復(fù)雜手術(shù)操作中，3D高清技術(shù)增加了患者的安全性。隨著使用3D高清技術(shù)進(jìn)行常規(guī)開腹的復(fù)雜手術(shù)的嘗試不斷增加，這一結(jié)果至少將增加二者的相關(guān)性。新的3D攝影系統(tǒng)通過(guò)更靈敏的對(duì)深度的感覺(jué)和很少的眩暈增加了腹腔鏡檢查的準(zhǔn)確性。作者希望3D腹腔鏡檢查系統(tǒng)能提供更好的深度感覺(jué)和準(zhǔn)確性。腹腔鏡手術(shù)的引入對(duì)胃腸外科患者帶來(lái)了新的理念及利益，同時(shí)，不可否認(rèn)的是對(duì)胃腸外科手術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。常規(guī)的2D腹腔鏡已經(jīng)受限于缺乏深度感和空間定位。這一缺點(diǎn)可能會(huì)影響手術(shù)效果、手術(shù)時(shí)間或并發(fā)癥的發(fā)生。深度感、空間分辨率和精確度可通過(guò)三維(3D)視覺(jué)得到改善。特別是在復(fù)雜的任務(wù)中，如內(nèi)縫合和精確解剖等需要高超的技藝以及深度感。為了補(bǔ)償這一缺憾，二維成像技術(shù)使用類似運(yùn)動(dòng)視差、相對(duì)位置、解剖結(jié)構(gòu)大小、明暗的陰影、組織學(xué)分級(jí)等，積累腹腔鏡手術(shù)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣邌窝鄣奶崾綶2-3]?？梢约僭O(shè)這些適應(yīng)能夠說(shuō)明與2D成像相關(guān)的高級(jí)視覺(jué)中樞再校準(zhǔn)的解讀與永久輸入所造成的精神疲勞和緊張的原因。3D視覺(jué)提供了增加的深度感和精確度的優(yōu)勢(shì)，并分別輸入兩個(gè)獨(dú)立的圖像使之在皮層水平達(dá)到神經(jīng)總和。

以往比較2D和3D成像的研究，由于受限于當(dāng)時(shí)所用的技術(shù)，許多研究均表明其性能上沒(méi)有差異。偏光眼鏡為每只眼睛提供獨(dú)立的影像，左右眼分別從攝像機(jī)上獲取獨(dú)立的影像，每個(gè)圖像都是真正的全高清分辨。Falk and associates顯示，與KARL STORZ內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)相似的da Vinci機(jī)器人的三維系統(tǒng)，使用能夠增加峰值速度、加速性能并降低減速率的運(yùn)動(dòng)分析來(lái)縮短性能時(shí)間。與2D視覺(jué)相比，使用3D視覺(jué)能夠使操作者達(dá)到更精確的調(diào)整。3D成像系統(tǒng)最突出優(yōu)勢(shì)在于深度覺(jué)和空間方位。而使用3D的術(shù)者均表示其具有更好的空間分辨率和深度感的主觀印象支持了這一假設(shè)。這樣的優(yōu)勢(shì)在實(shí)際條件下可能更為真實(shí)，如內(nèi)縫合或困難的剝離等復(fù)雜而詳細(xì)的技能，盡管這是一個(gè)主觀的判斷，但所有使用3D系統(tǒng)的專家仍表示，3D系統(tǒng)可以減少傳統(tǒng)2D系統(tǒng)所產(chǎn)生的精神疲勞和緊張，因此更為舒適。

綜上所述，“在腹腔鏡3D出現(xiàn)之前，外科手術(shù)診療經(jīng)歷了傳統(tǒng)的開放式手術(shù)以及目前常見的2D腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)[4-5]。而3D系統(tǒng)結(jié)合了兩者的優(yōu)勢(shì)：首先能夠呈現(xiàn)傳統(tǒng)手術(shù)的立體感、層次感；其次可減少對(duì)患者的生理創(chuàng)傷，使手術(shù)更精準(zhǔn)、更安全”。3D成像系統(tǒng)能夠改善腹腔鏡操作中的空間定位和深度感，尤其對(duì)于專業(yè)的腹腔鏡外科醫(yī)生。相信在未來(lái)的幾年當(dāng)中，腹腔鏡手術(shù)將進(jìn)入3D時(shí)代。這項(xiàng)技術(shù)綜合了光學(xué)、影像醫(yī)療科技，能完整地呈現(xiàn)手術(shù)視野的空間立體感，從而節(jié)約手術(shù)時(shí)間，提高手術(shù)效果，或?qū)⒊蔀槭中g(shù)發(fā)展的一次革新。

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