張曉斌，張亞東，周宇

安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 物資設(shè)備處，安徽 合肥 230022

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能集中控制的理念被廣泛地應(yīng)用到醫(yī)療設(shè)備中，使醫(yī)療設(shè)備實現(xiàn)集成化、系統(tǒng)化、一體化[1-2]。同時隨著4K超高清技術(shù)不斷發(fā)展，該技術(shù)也已經(jīng)逐步地應(yīng)用到醫(yī)療中，為臨床微創(chuàng)外科手術(shù)治療提供極大的便利[3]。在微創(chuàng)外科手術(shù)使用的醫(yī)療設(shè)備中，以腔鏡系統(tǒng)為代表的醫(yī)療設(shè)備將一體化智能集中控制理念和4K超高清技術(shù)應(yīng)用的較為廣泛，且表現(xiàn)出較好的臨床應(yīng)用效果[4-6]。

在應(yīng)用腔鏡系統(tǒng)做臨床微創(chuàng)外科手術(shù)中，需要借助增大視野的攝像系統(tǒng)、輔助照明的冷光源系統(tǒng)、氣體膨?qū)m增大操作空間的氣腹系統(tǒng)等設(shè)備進行觀察和操作[7]。傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)一般分為四個獨立設(shè)備，分別為內(nèi)窺鏡攝像機、CO2氣腹機、冷光源、顯示器。但傳統(tǒng)的腔鏡系統(tǒng)存在以下的不足之處：在供電方面，各設(shè)備均需單獨供電，導(dǎo)致線纜較多且亂；在空間放置方面，四個獨立的設(shè)備需要充分考慮合理放置的問題，且會較大的占用有限的手術(shù)室空間；在性能方面，傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)的攝像系統(tǒng)基本上都是1080 P高清攝像機，對于細(xì)微血管、細(xì)小的神經(jīng)無法精細(xì)顯現(xiàn)[8-10]。本文基于4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)，實現(xiàn)腔鏡系統(tǒng)的一體化和細(xì)微病灶的精細(xì)顯示，有效地改善傳統(tǒng)微創(chuàng)腔鏡系統(tǒng)的不足之處，提高了手術(shù)的質(zhì)量與效率。

1 4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)的探究

1.1 系統(tǒng)框架

4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)是集4K內(nèi)窺鏡攝像模塊、冷光源模塊、CO2氣腹模塊、4K超高清27英寸顯示屏于一體的一體化設(shè)備，具有監(jiān)視、存儲、傳輸、錄制等功能。其中4K內(nèi)窺鏡攝像模塊采用超高清的4K攝像模組，采用全數(shù)字化CMOS攝像頭，2160 P分辨率，代表微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域的最高水平。通過超高清像素3840×2160 P，能夠呈現(xiàn)出最微小、最細(xì)微的組織細(xì)節(jié)，同時借助強大的光敏度，即使在不利條件下，攝像機也能提供清晰的圖像。冷光源模塊中的光源采用LED發(fā)光，在安全可靠性和低功耗方面有比較明顯的優(yōu)勢。CO2氣腹機是進行人工氣腹作用的主要設(shè)備。超高清27英寸顯示屏顯示器采用超高清的4K醫(yī)用顯示器。

4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)各模塊的使用原理：① 4K內(nèi)窺鏡攝像模塊：前面板攝像面板的母頭通過攝像頭線纜接+變焦適配器接4K內(nèi)窺鏡的目鏡管端；② 4K超高清27英寸顯示屏：4K內(nèi)窺鏡攝像模塊處理后的圖像信息借助本機4K超高清27英寸顯示屏展現(xiàn)；③ 冷光源模塊：前面板的出光口通過導(dǎo)光束接4K內(nèi)窺鏡；④ 氣腹模塊：后面板獨立的進氣口輸入CO2氣體，可借助高壓氣腹管中央供氣室供氣也可氣罐供氣。前面板氣腹模塊出氣口，通過無菌過濾管道搭配氣腹針進行使用。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

1.2 使用流程

手術(shù)前：在中央供氣或是氣罐供氣管道已接好的情況下，① 將氣腹過濾組件、攝像頭、導(dǎo)光束依次接主機前面板對應(yīng)接口；② 變焦適配器旋裝在攝像頭接口，變焦適配器外接內(nèi)窺鏡（軟鏡或硬鏡），導(dǎo)光束連內(nèi)窺鏡；③ 連接電源線，依次打開總電源開關(guān)、氣腹機開關(guān)、攝像開關(guān)、光源開關(guān)；④ 攝像機設(shè)置白平衡校準(zhǔn)，光源調(diào)整到合適的亮度，氣腹機設(shè)置合適的壓力與流量檔位；⑤ 打開前面板氣腹模塊“START開始”開關(guān)按鍵，四個模塊均開始工作。

手術(shù)后：依次關(guān)閉氣腹機開關(guān)、攝像開關(guān)、光源開關(guān)、總電源開關(guān)，依次取下氣腹過濾組件、攝像頭、導(dǎo)光束即可，操作流程簡單。整個使用操作流程涉及到接線、開關(guān)以及簡單參數(shù)設(shè)置，操作流程簡單快捷。

1.3 功能

4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)主要由四個模塊組成。4K內(nèi)窺鏡攝像模塊借助系統(tǒng)顯示屏為手術(shù)操作者提供清晰的實時圖像，其功能包括圖片凍結(jié)、增益等[11]。氣腹機模塊通過CO2氣體來建立并維持病人體腔內(nèi)一定的腹壓，以提供理想的視像條件和足夠的手術(shù)空間，實現(xiàn)膨?qū)m功能[12-14]。冷光源模塊采用高亮度的LED發(fā)光，使用者可通過調(diào)節(jié)光輸出強弱按鈕，將光線輸出調(diào)至到適當(dāng)水平，從而為內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)提供照明光源及醫(yī)用輔助照明功能[15-17]。此外，4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)還具有超高清圖像輸出功能，采用HDMI2.0超高清輸出3840×2160 P，50 Hz/60 Hz，能夠外接4K超高清顯示屏，為醫(yī)生提供更好的視野效果，或外接HDMS高清管理系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程醫(yī)療。同時具備存儲錄制功能，能夠通過外接U盤，實現(xiàn)視頻文件或是圖片的存儲，作為后期醫(yī)生的自我學(xué)習(xí)提升和實習(xí)醫(yī)生學(xué)習(xí)的資料。

1.4 核心優(yōu)勢

（1）一體化平板設(shè)計。4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)是集4K內(nèi)窺鏡攝像模塊、冷光源模塊、CO2氣腹模塊、4K超高清27英寸顯示屏一體化平板嵌入式設(shè)計。整體設(shè)計更加簡潔，易操作。

（2）4K超高清顯示。攝像頭部分采用3CMOS 4K超高清傳感器技術(shù)結(jié)合4K超高清攝像模塊以及4K超高清顯示屏，弱光條件下可得到更純凈的畫質(zhì)、更少的噪點。低功耗設(shè)計，不易發(fā)熱，人體工學(xué)及輕量化設(shè)計，方便操作。

（3）具有全自動恒壓氣腹功能。4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)具有全自動恒壓氣腹功能，智能化技術(shù)更方便醫(yī)護人員的工作，提高手術(shù)室效率。

（4）4K專用LED冷光源。4K一體化智能腔鏡冷光源模塊采用美國進口60 W LED單芯片冷光源燈珠，提供3600流明輸出，具有功耗小、發(fā)熱量小、高亮度、光源壽命可達50000 h等優(yōu)點。當(dāng)今醫(yī)院常用的冷光源主要有鹵素?zé)衾涔庠?、氙氣燈冷光源以及LED冷光源三種，鹵素?zé)衾涔庠?、氙氣燈冷光源具有功耗大、發(fā)熱量大以及壽命短等缺點[18-19]。冷光源參數(shù)如表1所示。

表1 冷光源參數(shù)對比表

（5）實時發(fā)起遠程手術(shù)指導(dǎo)、示教。外接HDMS高清管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)遠程手術(shù)指導(dǎo)及示教。

2 4K一體機智能腔鏡系統(tǒng)的特點

2.1 節(jié)約空間，改善手術(shù)室環(huán)境

4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)將微創(chuàng)手術(shù)用到的氣腹功能、攝像功能、光源功能和顯示器，集成于一體，實現(xiàn)各功能參數(shù)單獨控制、實時顯示，節(jié)省了手術(shù)設(shè)備的占用空間，避免了各設(shè)備電源線的相互干擾，使手術(shù)室更加整潔，工作人員操作更加方便。傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)與4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)與4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)

2.2 4K超高清成像，提高手術(shù)質(zhì)量

4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)從前端的圖像采集到終端的圖像顯示裝置，均采用4K超高清技術(shù)。其中獨特的NCT色彩還原技術(shù)，增強了血管顯現(xiàn)功能，使不同組織呈現(xiàn)出細(xì)微色差，讓病灶無處遁形，使醫(yī)生診斷更加精準(zhǔn)。傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)成像為像素約270萬的全高清圖像，4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)成像為像素約829萬的4K超高清圖像，見圖3。

圖3 傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)與4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)成像對比圖

2.3 實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通

4K內(nèi)窺鏡攝像模塊接口模式多樣化，HDMI2.0超高清輸出3840×2160 P，50 Hz/60 Hz，可以外接4K大屏，給醫(yī)生展現(xiàn)更好的視野效果，也可外接HDMS高清管理系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程醫(yī)療。DVI全高清輸出1920×1080 P，50 Hz/60 Hz，匹配1080 P顯示器，兼容性更廣。攝像模塊技術(shù)參數(shù)對比如表2所示。

表2 攝像模塊技術(shù)參數(shù)對比表

2.4 提高手術(shù)室工作效率

隨著微創(chuàng)手術(shù)的普及，一些特殊的病患、手術(shù)部位對手術(shù)操作空間和視界精度很高，要求CO2氣腹儀能提供更為穩(wěn)定清潔的氣流、氣壓，為手術(shù)實施提供更好的條件。因此，氣流、壓力控制技術(shù)的智能化發(fā)展是大勢所趨，該項技術(shù)更方便醫(yī)護人員的工作，提高了手術(shù)室效率，減少了出現(xiàn)差錯的可能性。氣腹機模塊技術(shù)參數(shù)對比如表3所示。

表3 氣腹機技術(shù)參數(shù)對比表

2.5 提高設(shè)備性能

LED光源降低了光熱比，降低了微創(chuàng)手術(shù)時由于光線長時間照射引起器官組織灼傷的可能性。與傳統(tǒng)的鹵素?zé)襞莼螂療粝啾?，設(shè)備的可靠性、使用壽命、低功耗方面有明顯的優(yōu)勢，燈泡壽命在正常使用情況下在50000 h以上。LED光源主要集中在400～800 nm可見光，復(fù)合光譜接近太陽光可見光區(qū)，色彩還原性好。冷光源技術(shù)參數(shù)對比如表4所示。

表4 冷光源技術(shù)參數(shù)對比表

3 4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)的應(yīng)用實例

3.1 4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)在臨床的應(yīng)用

據(jù)不完全統(tǒng)計，腹腔鏡手術(shù)種類目前已有近百種，主要用于腹部外科。近年來腹腔鏡還常用于急腹癥、外傷、婦產(chǎn)科、泌尿科等手術(shù)[20]。實例如下：① 肝膽外科：南昌新建區(qū)人民醫(yī)院的肝膽科通過試用4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)進行膽囊切除手術(shù)，現(xiàn)場醫(yī)生反饋清晰度很高；② 神經(jīng)外科：安慶市立醫(yī)院神經(jīng)外科通過試用4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)進行神經(jīng)內(nèi)鏡下垂體瘤手術(shù)，現(xiàn)場醫(yī)生反饋4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)清晰度很好，色彩還原性好；③ 泌尿科：安醫(yī)大一附院在臨床試用的過程中，現(xiàn)場醫(yī)生反映畫面清晰度不錯，色彩逼真。手術(shù)現(xiàn)場如圖4所示。

圖4 手術(shù)室現(xiàn)場圖

3.2 4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)在臨床的應(yīng)用效果

通過統(tǒng)計肝膽科的肝部分切除術(shù)、婦科子宮切除術(shù)以及心胸外科食道癌根治+肺部分切除術(shù)各10臺，分別使用4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)和傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)手術(shù)所用平均時間，在使傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)時，肝部分切除術(shù)、子宮切除術(shù)、心胸外科食道癌根治+肺部分切除術(shù)所需平均時間分別為3、4、10 h；使用4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)所需平均時間分別為2.8、3.5、8.7 h，如圖5所示。由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，使用4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)比傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)在此三類手術(shù)中所需平均時間分別減少了0.2、0.5、1.3 h，故使用4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)可以在一定程度上節(jié)約了手術(shù)時間，提升了手術(shù)效率。

圖5 傳統(tǒng)腔鏡系統(tǒng)與4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)手術(shù)時間對比

4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)在多家醫(yī)院臨床試用的過程中也出現(xiàn)過幾個問題，如主機外接大屏?xí)r，大屏偶爾出現(xiàn)雪花點。解決方案：排查分析由于手術(shù)室現(xiàn)場外接大屏?xí)r視頻線較長，導(dǎo)致信號衰減使得接收信號弱，后更換為光纖傳輸?shù)男盘柧€，經(jīng)現(xiàn)場實際測試效果良好。如氣腹出氣口不匹配進口氣腹機的配件。解決方案：提供多種轉(zhuǎn)接頭，后期通過轉(zhuǎn)接頭使用效果良好。

通過對在不同醫(yī)院長期試用的8臺4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)應(yīng)用效果進行統(tǒng)計，與同家醫(yī)院正常使用的傳統(tǒng)1080 P腔鏡系統(tǒng)比較，在2020年1月至12月時間范圍內(nèi)，4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)的故障率在上半年與下半年均比傳統(tǒng)1080 P腔鏡系統(tǒng)低，且隨著時間的延長，試用過程中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象逐個被解決，4K一體化智能腔鏡的故障率明顯降低，見圖6。同時，對105臺手術(shù)的跟臺滿意度反饋結(jié)果進行統(tǒng)計，從圖7中可以看出，4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)的滿意度相比于傳統(tǒng)1080 P腔鏡系統(tǒng)較高。

圖6 2020年上、下半年設(shè)備故障率統(tǒng)計

圖7 使用滿意度對比統(tǒng)計

4 總結(jié)與展望

本文通過對4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、使用流程、功能與核心優(yōu)勢等方面的介紹，闡述了4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)是一種能夠?qū)鹘y(tǒng)腔鏡系統(tǒng)中各個組成部分整合為集系統(tǒng)化操控、數(shù)據(jù)化處理、可不斷完善和開發(fā)的醫(yī)療設(shè)備[21]。且該系統(tǒng)能實現(xiàn)各功能參數(shù)單獨控制、實時顯示，節(jié)省了手術(shù)設(shè)備的占用空間，避免了各設(shè)備電源線的相互干擾，使得手術(shù)室更加整潔[22-23]。同時，本文以4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)實際臨床應(yīng)用為例，通過對臨床應(yīng)用效果評價及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析，證明了該系統(tǒng)能夠使醫(yī)生更加準(zhǔn)確快捷的定位到病灶點，提高手術(shù)效率，減少手術(shù)時間，降低設(shè)備使用故障率，提升設(shè)備使用滿足度，降低手術(shù)風(fēng)險[24-26]。4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)利用超高清畫質(zhì)和更豐富的色彩還原技術(shù)，將病變組織中更多的細(xì)節(jié)清晰真實地展現(xiàn)給手術(shù)醫(yī)生，使手術(shù)醫(yī)生的外科技術(shù)得到最極致的發(fā)揮，從而有效地提高治愈率和患者滿意度，對增強醫(yī)院的核心競爭力有著重要的意義。

通過4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)在手術(shù)室臨床的應(yīng)用效果，表明了該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、使用靈活性、易操作性等性能，同時能夠有效地減少醫(yī)護人員的工作量，提高醫(yī)生的手術(shù)效率。目前，4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)已成功地運用到肝膽外科、神經(jīng)外科、泌尿科等手術(shù)室中，并表現(xiàn)出良好的實際應(yīng)用效果?；谝陨系姆治隹梢?，隨著未來臨床手術(shù)外科技術(shù)的發(fā)展及科室實際應(yīng)用的需要，4K一體化智能腔鏡系統(tǒng)將逐步地應(yīng)用到骨科、婦產(chǎn)科等更多的的手術(shù)室中。