艾 星，滕競(jìng)飛

專家論壇

3D腹腔鏡技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、主要優(yōu)勢(shì)及臨床應(yīng)用

艾 星，滕競(jìng)飛

微創(chuàng)外科；腹腔鏡手術(shù)；3D腹腔鏡

微創(chuàng)外科是外科領(lǐng)域發(fā)展的主旋律。自1987年Mouret首創(chuàng)腹腔鏡膽囊切除術(shù)以來[1]，腹腔鏡技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，微創(chuàng)外科也借此取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。腹腔鏡手術(shù)以其損傷小、出血少、術(shù)后恢復(fù)快等諸多優(yōu)勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)開放手術(shù)造成了巨大沖擊，被譽(yù)為外科手術(shù)的“第二次革命”。隨著手術(shù)技術(shù)的嫻熟及腔鏡設(shè)備的完善，腹腔鏡手術(shù)的適應(yīng)證逐漸拓寬，幾乎涵蓋了全部外科手術(shù)，目前已被廣泛應(yīng)用于普通外科、泌尿外科、婦產(chǎn)科、胸外科等。

然而，標(biāo)準(zhǔn)腔鏡手術(shù)最大的缺點(diǎn)就是其術(shù)野為平面圖像，手術(shù)醫(yī)師只能根據(jù)腔鏡的移動(dòng)、解剖結(jié)構(gòu)的大小、紋理梯度、線條透視、離焦模糊等心理感知因素判斷景深。因此，標(biāo)準(zhǔn)腔鏡手術(shù)要求術(shù)者要有豐富的經(jīng)驗(yàn)和嫻熟的操作技巧，這無疑增加了手術(shù)難度及失誤發(fā)生率。如何在腔鏡手術(shù)中展示術(shù)野三維結(jié)構(gòu)信息是克服上述缺點(diǎn)的發(fā)展方向。近年來，3D腹腔鏡技術(shù)的發(fā)展克服了上述弊端[2，3]。在3D腹腔鏡下，手術(shù)視野更清晰，解剖層次更明顯，操作更簡便，大大提高了腔鏡手術(shù)的可操作性和安全性。

1 發(fā)展?fàn)顩r

生理?xiàng)l件下，立體視覺的實(shí)現(xiàn)源于雙目視差。首先，雙眼均向感興趣的物體聚焦；其次，大腦將左、右眼圖像相似部分進(jìn)行匹配并產(chǎn)生視差信息；最后，基于視差信息，左、右眼圖像融合為一張3D圖像。立體成像技術(shù)由Charles Wheatstone在1838年發(fā)明，其基本原理是：(1)建立左右不同視角的圖像；(2)在顯示設(shè)備上呈現(xiàn)左右圖像；(3)阻礙左眼接收右眼圖像信號(hào)，同時(shí)阻礙右眼接收左眼圖像信號(hào)?；谏鲜鲈恚?D成像得以實(shí)現(xiàn)。

第一代3D腹腔鏡于1991年開始應(yīng)用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[4]，1992年進(jìn)入臨床，應(yīng)用于膽囊切除術(shù)。當(dāng)時(shí)的3D系統(tǒng)通過將兩組不同的圖片以毫秒級(jí)間隔分別呈現(xiàn)給左右眼來實(shí)現(xiàn)立體視覺，其頻率為50～60 Hz，醫(yī)師需佩戴沉重的頭套式顯示器來實(shí)現(xiàn)3D效果[5]。由于該系統(tǒng)存在較多不足而備受詬病，如：(1)視角變化時(shí)視差不明顯；(2)放大倍數(shù)隨距離變化而改變；(3)有效立體范圍?。?4)圖像暗分辨率低；(5)術(shù)者易出現(xiàn)眩暈、視疲勞、惡心等，因此第一代3D腹腔鏡系統(tǒng)并未廣泛應(yīng)用于臨床[6-8]。

第二代3D腹腔鏡通過兩個(gè)獨(dú)立的攝像系統(tǒng)采集不同視角的圖像，并在高清顯示器上成像，醫(yī)師只需佩戴3D偏光眼鏡即可實(shí)現(xiàn)立體視覺[9]。其設(shè)備組成主要包括高清顯示器、3D攝像頭控制系統(tǒng)、3D攝像系統(tǒng)、立體內(nèi)鏡、光纖、冷光源和3D眼鏡(圖1)。其中，攝像系統(tǒng)可分為單通道攝像頭/鏡頭(在遠(yuǎn)離手術(shù)部位的攝像頭處分割圖像)和雙通道攝像頭/鏡頭(在靠近手術(shù)部位的鏡頭處分割圖像)兩種模式。新一代3D腹腔鏡系統(tǒng)使用方便，真實(shí)地模擬了人眼立體成像過程，臨床應(yīng)用效果良好。

2 主要優(yōu)勢(shì)

第一代3D腹腔鏡系統(tǒng)由于技術(shù)不成熟、圖像質(zhì)量差，與標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡相比并沒有太多優(yōu)勢(shì)。McDougall等[8]招募了22名經(jīng)驗(yàn)豐富的泌尿外科和婦科醫(yī)師，通過在3D和2D腹腔鏡下給活體豬行腎臟切除術(shù)和膀胱頸懸吊術(shù)，以評(píng)估兩種腔鏡系統(tǒng)的效果。研究發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡相比，3D腹腔鏡下分離組織的速度及縫合、打結(jié)等復(fù)雜操作的水平均未見明顯提高。Hanna等[6]比較了兩種腹腔鏡系統(tǒng)在膽囊切除術(shù)中的效果，發(fā)現(xiàn)兩種腹腔鏡系統(tǒng)下手術(shù)時(shí)間與操作失誤率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而術(shù)者在應(yīng)用3D腹腔鏡術(shù)后更易出現(xiàn)視疲勞、頭痛、面部不適等不良反應(yīng)。隨著光學(xué)系統(tǒng)的改進(jìn)和數(shù)字高清信號(hào)系統(tǒng)的出現(xiàn)，第二代3D腹腔鏡的圖像質(zhì)量顯著提高，在微創(chuàng)手術(shù)中凸顯出其優(yōu)勢(shì)。

圖1 Viking 3D高清腹腔鏡系統(tǒng)設(shè)備組成

2.1 術(shù)野距離的判斷更加容易 在標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡手術(shù)中，對(duì)深度的感知主要依賴術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)，而3D腹腔鏡系統(tǒng)還原了真實(shí)視覺中的立體手術(shù)視野，從而使組織抓取、解剖、分離、止血、縫扎、吻合等精準(zhǔn)定位得以完美體現(xiàn)，降低了手術(shù)難度，同時(shí)可減少術(shù)中出血量及周邊神經(jīng)、組織的誤傷[10]。Lusch等[11]通過對(duì)術(shù)者在不同腔鏡系統(tǒng)下一系列體外訓(xùn)練任務(wù)的完成情況進(jìn)行評(píng)估后發(fā)現(xiàn)，3D腹腔鏡系統(tǒng)可以降低失誤率，提高抓鉗的準(zhǔn)確性，改善縫合操作表現(xiàn)等。此外，在視覺效果上它還可以顯著提高術(shù)者景深和空間位置感，降低圖像扭曲變形程度。類似的結(jié)果在其他研究中也屢見報(bào)道[9，12-16]。研究還發(fā)現(xiàn)，3D腹腔鏡的優(yōu)勢(shì)與術(shù)者操作水平無關(guān)，包括腔鏡手術(shù)專家在內(nèi)的所有外科醫(yī)師均可受益[9,17,18]。

2.2 手術(shù)操作更加精準(zhǔn) 許多臟器，如前列腺、直腸等位置較深，周圍組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開放手術(shù)操作困難。而標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡手術(shù)缺乏層次，且放大倍數(shù)有限，對(duì)于精細(xì)操作難度較大。3D腹腔鏡則可以較好地解決這一問題。以Viking 3D高清腹腔鏡為例，6個(gè)高清彩色CCD晶體、兩路1928×1080P高清HD-SDI輸出視頻、實(shí)時(shí)3D高清晰度圖像使畫面干凈，色彩真實(shí)；隨景深可調(diào)整的焦距使手術(shù)部位結(jié)構(gòu)清晰，長時(shí)觀看無明顯不適感；4倍放大可以更清晰地顯示血管搏動(dòng)、組織分層、病灶邊界、神經(jīng)等，使定位更加精準(zhǔn)。術(shù)中一旦發(fā)生出血，醫(yī)師可迅速找到出血點(diǎn)進(jìn)行止血。3D腹腔鏡的上述特點(diǎn)使該系統(tǒng)更有利于進(jìn)行高難度、高精細(xì)度的手術(shù)操作。

2.3 縮短學(xué)習(xí)曲線 標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡技術(shù)對(duì)于初學(xué)者來說需要較長的學(xué)習(xí)時(shí)間，而3D腹腔鏡技術(shù)無需長時(shí)間特殊訓(xùn)練即可掌握。Bhayani等[19]通過對(duì)比24名腹腔鏡初學(xué)者在標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡和3D高清腹腔鏡下操作表現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，3D腹腔鏡組較標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡組操作時(shí)間明顯縮短，同時(shí)，術(shù)者認(rèn)為使用3D腹腔鏡較標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡更容易操作。Patel等[20]將15名腹腔鏡初學(xué)者隨機(jī)分組，并分別應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及3D腹腔鏡系統(tǒng)完成線性切割縫合、曲線切割縫合、管狀縫合、背深靜脈復(fù)合體縫合及輸尿管膀胱吻合訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)3D腹腔鏡組手術(shù)時(shí)間和準(zhǔn)確度均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡組。這些結(jié)果表明，3D腹腔鏡系統(tǒng)更適合于腔鏡手術(shù)初學(xué)者，并可以為他們從臨床解剖過渡到實(shí)踐操作提供更好的幫助，使他們更快地掌握腔鏡操作技術(shù)。

3 臨床應(yīng)用

3D腹腔鏡系統(tǒng)幾乎適用于各科微創(chuàng)手術(shù)，其中在泌尿外科、普通外科和婦科中應(yīng)用較為廣泛，得到了術(shù)者的一致認(rèn)可和重視。

3.1 在泌尿外科的應(yīng)用 李漢忠等[21]應(yīng)用3D腹腔鏡完成了腎上腺腫瘤切除術(shù)、腎囊腫去頂減壓術(shù)、根治性腎切除術(shù)、腎部分切除術(shù)、腎盂輸尿管成形術(shù)、根治前列腺切除術(shù)和全膀胱切除術(shù)共62例，發(fā)現(xiàn)3D腹腔鏡可降低手術(shù)難度，縮短手術(shù)時(shí)間。Aykan等[22]在一項(xiàng)回顧性研究中發(fā)現(xiàn)，3D腹腔鏡前列腺癌根治術(shù)與2D腹腔鏡前列腺癌根治術(shù)相比，尿道膀胱吻合時(shí)間及手術(shù)總時(shí)間顯著縮短，術(shù)中出血量顯著減少；此外，早期恢復(fù)排尿控制的患者顯著增多，提示3D腹腔鏡在前列腺癌根治術(shù)中具有顯著優(yōu)勢(shì)。

3.2 在普通外科的應(yīng)用 范應(yīng)芳等[23]報(bào)道，在3D腹腔鏡下膽囊切除術(shù)中，下腹部諸臟器前后縱深感明顯，肝臟下緣、膽囊、肝總管等均可立體顯現(xiàn)，解剖更清晰，操作更精準(zhǔn)。Bilgen等[24]對(duì)3D腹腔鏡與標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡下膽囊切除術(shù)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，3D腹腔鏡組手術(shù)時(shí)間顯著縮短，且術(shù)者認(rèn)為在3D腹腔鏡下尋找解剖結(jié)構(gòu)更加簡便、安全。姚健等[25]應(yīng)用3D腹腔鏡完成了胃癌根治術(shù)6例、闌尾切除1例，發(fā)現(xiàn)3D腹腔鏡手術(shù)時(shí)間及術(shù)中出血量與標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡手術(shù)相當(dāng)。

3.3 在婦科的應(yīng)用 姚健等[25]應(yīng)用3D腹腔鏡完成了子宮全切4例，子宮次全切除、附件囊腫剝除各1例，子宮、附件全切+盆腔淋巴結(jié)清掃2例，結(jié)果顯示3D腹腔鏡在手術(shù)時(shí)間及出血量等方面與標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡相近。Tuschy等[26]應(yīng)用3D腹腔鏡進(jìn)行了30例子宮次全切除術(shù)，7例子宮全切術(shù)，7例雙側(cè)附件切除術(shù)，14例子宮肌瘤切除術(shù)和2例診斷性腹腔鏡檢查術(shù)，發(fā)現(xiàn)3D技術(shù)可以提高術(shù)者手眼協(xié)調(diào)性，使解剖更加精細(xì)、縫合更加快捷。

總之，第二代3D腹腔鏡系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)腹腔鏡與da Vinci機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的過渡產(chǎn)品，在手術(shù)操作中不僅可提供三維手術(shù)畫面，還可以將圖像放大4倍，顯著降低手術(shù)難度，提高操作的精確性。正是這些優(yōu)勢(shì)，使許多外科醫(yī)師更傾向于選擇3D腹腔鏡系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)[27]。華盛頓圣路易斯醫(yī)院泌尿外科主任Dr. Gerald Andriole認(rèn)為，相比2D高清腹腔鏡系統(tǒng)，3D高清系統(tǒng)在腹腔鏡手術(shù)中有巨大改進(jìn)，3D圖像使體內(nèi)縫合時(shí)更加得心應(yīng)手，打結(jié)更簡單。隨著3D系統(tǒng)的不斷完善，相信它將更加廣泛的被應(yīng)用于各類微創(chuàng)手術(shù)。

[1] Polychronidis A, Laftsidis P, Bounovas A,etal. Twenty years of laparoscopic cholecystectomy: Philippe Mouret--March 17, 1987 [J]. JSLS, 2008, 12(1):109-111.

[2] Buchs N C, Morel P. Three-dimensional laparoscopy: a new tool in the surgeon’s armamentarium[J]. Surg Technol Int, 2013, 23:19-22.

[3] Kunert W, Storz P, Kirschniak A. For 3D laparoscopy: a step toward advanced surgical navigation: how to get maximum benefit from 3D vision[J]. Surg Endosc，2013,27(2):696-699.

[4] Von Pichler C, Radermacher K, Boeckmann W,etal. Three-dimensional versus two-dimensional video endoscopy[J]. Stud Health Technol Inform, 1996,29:667-674.

[5] Becker H, Melzer A, Schurr M O,etal. 3-D video techniques in endoscopic surgery [J]. Endosc Surg Allied Technol, 1993,1(1):40-46.

[6] Hanna G B, Shimi S M, Cuschieri A. Randomised study of influence of two-dimensional versus three-dimensional imaging on performance of laparoscopic cholecystectomy [J]. Lancet, 1998, 351(9098):248-251.

[7] Chan A C, Chung S C, Yim A P,etal. Comparison of two-dimensional vs three-dimensional camera systems in laparoscopic surgery [J]. Surg Endosc, 1997,11(5):438-440.

[8] McDougall E M, Soble J J, Wolf J S,etal. Comparison of three-dimensional and two-dimensional laparoscopic video systems [J]. J Endourol, 1996,10(4):371-374.

[9] Honeck P, Wendt-Nordahl G, Rassweiler J,etal. Three-dimensional laparoscopic imaging improves surgical performance on standardized ex-vivo laparoscopic tasks [J]. J Endourol, 2012,26(8):1085-1088.

[10] McLachlan G. From 2D to 3D: the future of surgery?[J]. Lancet , 2011,378(9800):1368.

[11] Lusch A, Bucur P L, Menhadji A D,etal. Evaluation of the impact of three-dimensional vision on laparoscopic performance [J]. J Endourol, 2014,28(2):261-266.

[12] Storz P, Buess G F, Kunert W,etal. 3D HD versus 2D HD: surgical task efficiency in standardised phantom tasks [J]. Surg Endosc, 2012,26(5):1454-1460.

[13] Tanagho Y S, Andriole G L, Paradis A G,etal. 2D versus 3D visualization: impact on laparoscopic proficiency using the fundamentals of laparoscopic surgery skill set [J]. J Laparoendosc Adv Surg Tech A, 2012, 22(9):865-870.

[14] Cicione A, Autorino R, Breda A,etal. Three-dimensional vs standard laparoscopy: comparative assessment using a validated program for laparoscopic urologic skills[J]. Urology, 2013, 82(6):1444-1450.

[15] Van Bergen P, Kunert W, Bessell J,etal. Comparative study of two-dimensional and three-dimensional vision systems for minimally invasive surgery[J]. Surg Endosc, 1998,12(7):948-954.

[16] LaGrange C A, Clark C J, Gerber E W,etal. Evaluation of three laparoscopic modalities: robotics versus three-dimensional vision laparoscopy versus standard laparoscopy[J]. J Endourol, 2008,22(3):511-516.

[17] Wagner O J, Hagen M, Kurmann A,etal. Three-dimensional vision enhances task performance independently of the surgical method [J]. Surg Endosc, 2012,26(10):2961-1968.

[18] Wilhelm D, Reiser S, Kohn N,etal. Comparative evaluation of HD 2D/3D laparoscopic monitors and benchmarking to a theoretically ideal 3D pseudodisplay: even well-experienced laparoscopists perform better with 3D[J]. Surg Endosc, 2014, 28(8): 2387-2397.

[19] Bhayani S B, Andriole G L. Three-Dimensional (3D) Vision: Does It Improve Laparoscopic Skills? An Assessment of a 3D Head-Mounted Visualization System [J]. Rev Urol, 2005,7(4):211-214.

[20] Patel H R, Ribal M J, Arya M,etal. Is it worth revisiting laparoscopic three-dimensional visualization? A validated assessment [J]. Urology, 2007,70(1):47-49.

[21] 李漢忠, 張玉石, 張學(xué)斌, 等. 3D腹腔鏡系統(tǒng)在泌尿外科手術(shù)中的應(yīng)用 [J]. 中華泌尿外科雜志, 2013, 34(5): 325-328.

[22] Aykan S, Singhal P, Nguyen D P,etal. Perioperative, pathologic, and early continence outcomes comparing three-dimensional and two-dimensional display systems for laparoscopic radical prostatectomy--a retrospective, single-surgeon study [J]. J Endourol, 2014, 28(5):539-543.

[23] 范應(yīng)方,項(xiàng) 楠. 3D腹腔鏡膽囊切除術(shù)治療膽囊結(jié)石1例并文獻(xiàn)復(fù)習(xí) [J]. 南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 33(12): 1856-1857.

[24] Bilgen K, Ustün M, Karakahya M,etal. Comparison of 3D imaging and 2D imaging for performance time of laparoscopic cholecystectomy[J]. Surg Laparosc Endosc Percutan Tech, 2013,23(2):180-183.

[25] 姚 健,桑曉梅,羅 黔. 3D高清腹腔鏡手術(shù)的臨床應(yīng)用探討[J]. 西部醫(yī)學(xué), 2013, 25(4): 513-514.

[26] Tuschy B, Berlit S, Brade J,etal. Full High-definition three-dimensional gynaecological laparoscopy--clinical assessment of a new robot-assisted device [J]. In Vivo, 2014,28(1):111-115.

[27] Kong S H, Oh B M, Yoon H,etal. Comparison of two- and three-dimensional camera systems in laparoscopic performance: a novel 3D system with one camera [J]. Surg Endosc, 2010,24(5):1132-1143.

(2014-07-19收稿 2014-10-13修回)

(責(zé)任編輯 梁秋野)

本刊“臨床病例討論”欄目征稿通知

為了貫徹“面向部隊(duì)，服務(wù)基層”的辦刊宗旨，加強(qiáng)不同層次醫(yī)療機(jī)構(gòu)臨床實(shí)踐交流，幫助基層醫(yī)師學(xué)習(xí)和了解先進(jìn)教學(xué)醫(yī)院和知名專家對(duì)疾病的臨床診治思路,提高基層衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的臨床業(yè)務(wù)水平。本刊于2012年開辟“臨床病例討論”欄目。報(bào)道武警部隊(duì)各級(jí)醫(yī)院及重點(diǎn)學(xué)科臨床工作中遇到的疑難和典型病例，以及基層衛(wèi)生隊(duì)經(jīng)過多學(xué)科專家遠(yuǎn)程會(huì)診得以成功治療的典型病例。

1.病例選擇： (1)選擇的病例要具有代表性且不涉及醫(yī)院敏感問題，優(yōu)先錄取多學(xué)科交叉病例；(2) 診斷明確，但病情危重、治療棘手的病例；(3) 罕見病例。以上病例須最終獲得明確診斷或成功治療，臨床資料應(yīng)齊全，能提供實(shí)驗(yàn)室、影像學(xué)和病理確診依據(jù)。

2.寫作格式： 正文分“病例介紹”和“臨床討論”兩部分。病例介紹：交代清楚患者主訴、病史(包括既往史)，實(shí)驗(yàn)室、影像學(xué)及病理學(xué)檢查結(jié)果、臨床診斷、治療方案、治療結(jié)果等(需要提供影像學(xué)檢查的圖片)。臨床討論：為主體內(nèi)容，首先提出目前病例診斷治療的進(jìn)展和需要解決的問題等討論要點(diǎn)；之后由參加會(huì)診的知名專家點(diǎn)評(píng)，寫清診斷和治療思路、鑒別診斷要點(diǎn)、治療上應(yīng)注意的問題等，為今后的臨床工作提供借鑒和參考。若為罕見病，則介紹目前國內(nèi)外的最新進(jìn)展。會(huì)診專家需署名(如無外請(qǐng)專家，也可署本院科主任名)，格式如：張某某醫(yī)師(肝膽科)。具體行文格式參考本欄目已發(fā)表的論文格式。全文字?jǐn)?shù)3800或6500左右。

來稿請(qǐng)?jiān)谟疑辖菢?biāo)注“臨床病例討論”。本欄目所錄稿件為原創(chuàng)性臨床研究論文，歡迎廣大臨床醫(yī)師踴躍投稿！

武警醫(yī)學(xué)編輯部

2014年1月

艾 星，博士，主任醫(yī)師，E-mail:aixing0007@163.com

100700，北京軍區(qū)總醫(yī)院泌尿外科

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