楊霞，顧磊，胡文娟，劉佩林，徐慶，鐘鳴

1.上海交通大學(xué)附屬上海市兒童醫(yī)院 手術(shù)室，上海 200042；2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院 a.胃腸外 科；b.手術(shù)室，上海 200127；3.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240

數(shù)字去霧技術(shù)在腹腔鏡手術(shù)中的應(yīng)用效果簡介

楊霞1，顧磊2a，胡文娟2b，劉佩林3，徐慶2a，鐘鳴2a

1.上海交通大學(xué)附屬上海市兒童醫(yī)院 手術(shù)室，上海 200042；2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟醫(yī)院 a.胃腸外 科；b.手術(shù)室，上海 200127；3.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240

目的為改善腹腔鏡手術(shù)中的視圖效果，提高手術(shù)效率提供依據(jù)，本研究探討了數(shù)字去霧技術(shù)在腹腔鏡手術(shù)中應(yīng)用的可行性。方法將64例腹腔鏡下行直腸癌根治術(shù)的患者，按數(shù)字隨機分為觀察組和對照組。兩組均采用傳統(tǒng)熱鹽水預(yù)熱+碘伏擦拭作為物理去霧護理方法；對照組使用腹腔鏡成像設(shè)備，觀察組在腹腔鏡成像設(shè)備的基礎(chǔ)上連接了本研究設(shè)計的數(shù)字去霧處理系統(tǒng)。采用數(shù)字評分法對兩組在30、60、90 min的視圖清晰度進行測評，觀察兩組手術(shù)用時和去霧護理用時。結(jié)果兩組在不同測量時間的視圖清晰度評分比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。兩組在手術(shù)用時、去霧護理用時方面比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論數(shù)字去霧技術(shù)在改善腹腔鏡手術(shù)中視圖效果方面有積極作用，可以減少去霧護理用時，縮短手術(shù)用時，提高了手術(shù)效率和手術(shù)安全性，值得臨床推廣應(yīng)用。

腹腔鏡；數(shù)字去霧技術(shù)；圖像處理；統(tǒng)計學(xué)分析

引言

腹腔鏡因具有手術(shù)創(chuàng)傷小、術(shù)后恢復(fù)快、節(jié)約醫(yī)療護理資源等諸多優(yōu)點，已廣泛運用于外科手術(shù)。清晰的手術(shù)視野是腹腔鏡手術(shù)順利開展的保證，可縮短手術(shù)時間，減少術(shù)中損傷。手術(shù)過程中腹腔鏡視野起霧經(jīng)常需要進行處理，甚至手術(shù)暫停，嚴重時也會引起醫(yī)療安全問題[1]。目前，臨床上主要使用熱鹽水預(yù)熱、碘伏棉球擦拭鏡頭表面、鏡頭防霧劑等方法進行腹腔鏡去霧化處理，有一定的效果[2-3]。但在腹腔鏡下行如直腸癌根治術(shù)等手術(shù)時，由于手術(shù)時間較長，需要反復(fù)多次取出鏡頭由器械護士進行去霧處理，會造成醫(yī)生操作的中斷；同時由于超聲刀、ligasure等電外科設(shè)備的廣泛使用，它們所產(chǎn)生的大量組織霧氣也日漸成為腹腔鏡手術(shù)去霧處理的難點，傳統(tǒng)去霧處理方法在這方面效果極為有限。本研究組設(shè)計并嘗試將數(shù)字衛(wèi)星圖像去霧處理技術(shù)[4]應(yīng)用于腹腔鏡直腸癌根治手術(shù)的視圖處理中，取得了良好的效果，具有較高的可行性和安全性，現(xiàn)匯報如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取于2014年3月～2015年6月，在上海市某三級甲等綜合性醫(yī)院實施腹腔鏡直腸癌根治術(shù)的64例患者作為研究對象。納入標準：① 知情同意、病理診斷為直腸癌、擬行手術(shù)的患者；② 年齡18周歲以上；③ 病情分級：I-III級。排除標準：① 伴有嚴重并發(fā)癥者；② 病情分級：IV級。根據(jù)隨機數(shù)字表法分為觀察組與對照組，其中觀察組男29例，女3例，年齡44～87歲，平均（64.6±14.2）歲；對照組男27例，女5例，年齡46～86歲，平均（65.6±13.2）歲。兩組患者術(shù)前體溫正常，手術(shù)中環(huán)境溫度設(shè)定24℃，兩組年齡、性別、BMI指數(shù)、病情分級、手術(shù)方式、主刀醫(yī)生、器械護士等方面比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），保證了兩組的均衡性和可比性[5-6]。

1.2 方法

1.2.1 干預(yù)方法

兩組腹腔鏡器械均采用Stryker公司的Stryker X8000 Light Source，10mm Laparoscopes，1188 HD 3-Chip Camera，PneumoSure 45L Insuf fl ator。兩組均采用熱鹽水預(yù)熱加碘伏擦拭的去霧護理操作，即術(shù)前腹腔鏡鏡頭經(jīng)Trocar置入腹腔前，用60～80℃無菌生理鹽水預(yù)熱5～10 min，術(shù)中根據(jù)需要取出模糊的鏡頭用碘伏棉球擦拭鏡頭前端，再用干棉球擦去多余的碘伏以達到去霧的效果。所不同之處在于觀察組在腹腔鏡成像設(shè)備的基礎(chǔ)上連接了本研究設(shè)計的數(shù)字去霧處理系統(tǒng)。

1.2.2 數(shù)字去霧處理系統(tǒng)

數(shù)字去霧處理系統(tǒng)由上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院提供技術(shù)支持。根據(jù)光學(xué)儀器的成像原理，建立煙霧下成像的物理模型：

其中I表示觀測到的圖像，即輸入的含煙霧圖像；J表示假設(shè)沒有液體或固體顆粒散射時候的真實圖像，即去煙霧的目標圖像；t為顆粒散射傳遞函數(shù)，即場景色彩在各個區(qū)域通過程度的描述；A為環(huán)境背景顏色值。有此數(shù)學(xué)模型后，我們可以求解目標無煙霧圖像，即J。目前已知值為輸入圖像I，要求解目標無煙霧圖像J，則必須盡可能好的去估計傳遞函數(shù)t和環(huán)境背景顏色值A(chǔ)。此時就需要添加合理的先驗假設(shè)進行求解，根據(jù)圖像暗通道（Dark Channel Prior，DCP）的統(tǒng)計規(guī)律[7-8]，對問題進行求解。具體的成像算法已有相關(guān)論文發(fā)表在Surgical Innovation雜志上[9]。

1.2.3 評價指標

（1）視圖效果。視圖清晰度是腹腔鏡手術(shù)中去霧成效的重要評價指標。為此我們將術(shù)中的視圖清晰度進行量化評分，0分代表煙霧嚴重?zé)o法識別，5分代表完全清晰。由一名經(jīng)過培訓(xùn)的?？谱o士分別在手術(shù)進程的30、60、90 min對主刀醫(yī)生進行視圖清晰度測評。

（2）手術(shù)效率指標。由經(jīng)過培訓(xùn)的專科護士觀察記錄手術(shù)過程中器械護士去霧護理的時間，將其求和以得出本臺手術(shù)的總?cè)レF護理用時；手術(shù)用時以腹腔鏡鏡頭經(jīng)Trocar置入腹腔起至皮膚縫合止計算。

1.2.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS16.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)處理。采用兩獨立樣本t檢驗比較兩組視圖效果、去霧護理用時、手術(shù)用時，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

經(jīng)t檢驗，兩組不同測量時間的視圖清晰度評分均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。兩組視圖清晰度比較結(jié)果，見表1。由表1可以看出，將數(shù)字衛(wèi)星圖像去霧處理技術(shù)應(yīng)用于腹腔鏡直腸癌根治手術(shù)的視圖處理后，在90 min時仍然可以達到較好的視圖效果。

去霧護理用時，手術(shù)用時比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），兩組手術(shù)去霧護理用時以及手術(shù)用時比較結(jié)果，見表2。由表2可以看出，將數(shù)字衛(wèi)星圖像去霧處理技術(shù)應(yīng)用于腹腔鏡直腸癌根治手術(shù)的視圖處理后，去霧護理用時和手術(shù)用時均明顯縮短。

表1 兩組視圖清晰度比較

表2 兩組手術(shù)去霧護理用時、手術(shù)用時比較

使用數(shù)字去霧技術(shù)后，腹腔鏡視頻整體畫面流暢，無時間延遲，無明顯圖像信息缺失。去霧效果明顯，畫面像素及解析度降低不大，色差在可接受范圍內(nèi)，操作者體驗較好。腹腔鏡手術(shù)圖像顯示結(jié)果，見圖1。

圖1 腹腔鏡手術(shù)圖像

3 討論

本研究中的數(shù)字去霧技術(shù)，亦稱數(shù)字減霧技術(shù)，是通過數(shù)字化軟件處理達到優(yōu)化圖像的效果，目前主要應(yīng)用于衛(wèi)星圖像去霧的處理[10-11]。本研究結(jié)果顯示觀察組的視圖清晰度評分明顯優(yōu)于對照組的同期評分，觀察組的去霧護理用時和手術(shù)用時明顯少于對照組。由此可見數(shù)字去霧技術(shù)能有效減輕鏡頭起霧和組織煙霧對腹腔鏡成像效果的影響，同時相對清晰的手術(shù)視野又減少了去霧處理護理工作，保障了手術(shù)進程的流暢性，明顯縮短了手術(shù)用時，提高了手術(shù)效率，具有一定的實用價值。目前各大醫(yī)療器械公司出品的腹腔鏡設(shè)備只是單純在成像硬件上進行革新而未能更多關(guān)注后臺圖像處理軟件的創(chuàng)新。本研究為解決腹腔鏡手術(shù)中起霧問題提供了一種新思路、一種新方法。不足之處在于我們的技術(shù)還停留在起步階段，包括圖像解析度、分辨率、色差等圖像基本單位因處理后都有不同程度的降低，但在可接受范圍內(nèi)；包括我們的數(shù)字處理系統(tǒng)還需要外接尚未整合到腹腔鏡成像設(shè)備內(nèi)部，這些仍需我們進一步和多方面協(xié)作研究解決。

腹腔鏡手術(shù)中視野起霧會影響手術(shù)進程和手術(shù)安全性，是一個困擾手術(shù)護理的重要問題。其中鏡頭起霧原因大多是由于腹腔內(nèi)外存在溫差，因此臨床上使用熱鹽水預(yù)熱、碘伏棉球擦拭鏡頭表面、鏡頭防霧劑等方法會有一定的效果[12]。隨著超聲刀、ligasure等電外科設(shè)備在腹腔鏡中的廣泛使用；它們所產(chǎn)生的大量組織霧氣已日漸成為了腹腔鏡手術(shù)起霧處理的新難點。傳統(tǒng)物理去霧效果一般有效性在30 min，僅限于短時間手術(shù)，并且在處理組織霧氣方面收效甚微。根據(jù)我們的臨床體會，如手術(shù)時間偏長，則起霧的頻率和嚴重程度都會不同程度的增加。隨著直腸癌根治術(shù)之類耗時較長的手術(shù)的腹腔鏡化，手術(shù)過程中通常需要進行多次去霧處理，這不僅會影響手術(shù)進程，也會增加手術(shù)感染風(fēng)險[13]。本研究中的數(shù)字去霧技術(shù)能夠有效應(yīng)對腹腔鏡手術(shù)發(fā)展的這種新情況，然而對于用時較長的手術(shù)是否更為有效還需進一步研究?？偠灾?，如何有效應(yīng)對腹腔鏡手術(shù)中的視野起霧情況，值得手術(shù)管理者持續(xù)關(guān)注和思考。

4 結(jié)論

腹腔鏡手術(shù)中應(yīng)用數(shù)字去霧技術(shù)可顯著提高視野清晰度、縮短去霧護理用時，縮短手術(shù)用時, 保障腹腔鏡手術(shù)的安全性, 滿足腹腔鏡手術(shù)發(fā)展變化的新要求，值得臨床推廣應(yīng)用。

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Introduction to the Application Effect of Digital Defogging Technology in the Laparoscopic Surgery

ObjectiveTo explore the application feasibility of Digital Defogging Technology (DDT) in laparoscopic surgery with the aim of improving view effects during operation and operative efficiency.Methods64 patients received laparoscopic radical resections for colorectal cancer were randomly divided into observation group and control group. Both of the two groups adopted the physical defogging methods that combined traditional pre-heat of warm saline and wipe of iodine. Laparoscopic imaging equipment was adopted by control group, while digital defogging system was additionally used in observation group. Image def nition of the two groups was evaluated by numeric rating scale at 30min, 60min, and 90 min of operation respectively. Besides, operation and defogging time were calculated.ResultsComparison of the image def nition of the two groups at different measuring time has statistical signif cance (P＜0.05); difference of the two groups’ operation and defogging time is statistically signif cant (P＜0.05).ConclusionDigital defogging system has positive effects in improving image def nition during laparoscopic surgery in terms of shortening surgery and defogging time. It is worthy of clinical application due to its higher eff ciency and safety.

laparoscope; digital defogging technology; image processing; statistical analysis

YANG Xia1, GU Lei2a, HU Wen-juan2b, LIU Pei-lin3, XU Qing2a, ZHONG Ming2a
1. Operating Room, Shanghai Children’s Hospital Aff liated to Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200042, China; 2. a. Gastrointestinal Surgery；b. Operating Room, Ren Ji Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200127, China; 3. Electronic Information and Electrical Engineering College, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

TH772+.2；TH776+.1

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.12.029

1674-1633(2016)12-0107-03

2016-06-13

2016-07-28

上海交通大學(xué)醫(yī)工交叉研究基金（YG2014MS42）。

作者郵箱：yangxia@shchildren.com.cn