3D腹腔鏡在外科手術中的應用進展

陳曦，肖遙

(南方醫科大學珠江醫院，廣州510220)

腹腔鏡手術相對于傳統開放手術具有創口小、出血少、疼痛輕、術后恢復快等優點，因而深受外科醫生和患者的青睞。近年來，腹腔鏡手術已成為外科手術的主力軍，然而傳統的2D腹腔鏡缺乏層次感，難以呈現立體解剖結構，使術者對操作距離的感知減弱，立體視覺丟失，從而增加操作難度，延長手術時間，增加術后并發癥。近年來，外科醫生逐漸嘗試將3D腹腔鏡應用在外科手術中，通過佩戴3D眼鏡，術者能夠增強對操作時深度和距離的感知，從而減少操作失誤，同時有助于提升腹腔鏡初學者的操作技能。現將3D腹腔鏡在外科手術中的應用進展綜述如下。

1 3D腹腔鏡

1803年，Phillipe Bozzini發明了“Lichtleiter”用來觀察人體的內部結構，這就是腹腔鏡技術的起源。從此，醫生們開始用2D視角的腹腔鏡輔助診治工作。20世紀70年代，研究者通過攝像機將鏡頭看到的人體內部結構的影像傳遞到顯示屏，使術者有了雙眼視覺，腹腔鏡技術的發展由此起步[1]。20世紀80年代后期，人類進行了第一臺腹腔鏡下膽囊切除術[1]，此后，腹腔鏡手術逐漸被廣泛應用于臨床。隨著2D腹腔鏡的普及，它的局限性開始顯現，其中最引人關注的是術者操作時對距離的感知減弱。傳統的2D腹腔鏡將圖像信息壓縮在一個平面內，我們只能通過透視投影、遮擋以及陰影等方法來推測圖片內物體的景深信息。此外，物體的遮擋關系和陰影也可以用來判斷遠近關系，但這必須建立在知道光源位置的基礎上。通常，人腦默認光源來自上方，但在腹腔鏡操作中，當光源不可見時，便不容易利用遮擋關系和陰影來判斷位置關系[2]。因此，人們轉而運用不同的圖像獲取和處理及放映技術，使術者能夠產生立體視覺的3D腹腔鏡技術開始發展。

1838年，Charles Wheatstone[3]首次提出了立體視覺的概念。他用自己發明的“Whe atstone立體鏡”證實了他的立體視覺理論：通過向受試者的雙眼分別放映不同的兩張圖像，并不斷調整兩張圖像的距離和大小等因素，使得受試者最終看到一個物體的三維圖像。這就為日后3D腹腔鏡的發展奠定了基礎。立體視覺產生于雙眼接受兩個不同的圖像后在視覺中樞的整合，目前大多數3D腹腔鏡的成像利用了人眼雙眼視覺形成的過程。根據偏振成像原理，通過腹腔鏡鏡頭前端的雙攝像頭同時拍攝圖像，形成兩個獨立的視頻文件，然后再對采集的圖像信號進行特殊處理，通過改變液晶調制屏的偏振狀態，使兩個不同的偏振調制狀態分別與左、右二路光學系統獲得的圖像同時呈現在屏幕上，當術者戴上一副左右眼與液晶屏幕偏振狀態一致的無源偏振眼鏡時，就會產生真實的三維視覺效果[4]。

2 3D腹腔鏡在外科手術中的應用

在傳統2D腹腔鏡手術中，由于圖像信息被壓縮在一個平面內，真實的解剖結構在顯示屏上無法直接體現，術者只能通過運用透視投影、遮擋效應或運動視差等技巧來間接判斷解剖關系。但是對于初學者來說，在對實際的解剖結構不夠熟悉的情況下，傾向于通過手術器械碰觸組織來獲得空間解剖信息，這很容易造成操作失誤或誤傷組織器官[2]。目前，3D腹腔鏡技術日趨完善并已廣泛應用于臨床。國內外已有大量臨床試驗證實，相比于2D腹腔鏡，3D腹腔鏡不僅能減少術者操作的失誤、減少術中出血、減輕術后并發癥，而且也是腹腔鏡初學者或年輕醫生提升操作能力的重要工具。3D腹腔鏡目前在肝膽外科、胃腸外科、泌尿外科等領域都有廣泛的應用，并有大量臨床試驗證實了3D腹腔鏡的優勢，如提高術者操作的精確度、減少術中出血及組織損傷、縮短手術時間、提高手術效率、減少術后并發癥等，其主要原因是3D腹腔鏡可通過增強手術視野的景深感，使術者對解剖結構有更清晰準確的視覺感受，從而提高術者操作的準確度和速度，減少出錯次數[5，6]。

2.1 3D腹腔鏡在肝膽外科手術中的應用 肝膽外科是最早將3D腹腔鏡用于手術的領域之一。Velayutham等[7]對20例腹腔鏡下肝切除術進行了回顧性分析，其中5例進行了3D腹腔鏡肝切除術，10例采用了2D腹腔鏡肝切除術，結果顯示，3D腹腔鏡肝切除術的手術時間明顯短于2D腹腔鏡手術。在此之后，Kawai等[4]也進行臨床試驗，并證實了3D腹腔鏡相比傳統2D腹腔鏡可以縮短肝切除術的手術時間。此外，S rensen等[5]也對一系列3D腹腔鏡與2D腹腔鏡對照下肝切除術的臨床試驗進行了綜述，最后得出結論，3D腹腔鏡相比于2D腹腔鏡可以提高術者的操作速度并減少操作失誤。

2.2 3D腹腔鏡在胃腸外科手術中的應用 胃腸外科是3D腹腔鏡的主要應用領域之一。但由于腹腔鏡手術以其小切口、微創化的特點較為不利于惡性腫瘤的根治，目前惡性腫瘤的治療仍以大切口開放性手術為主。盡管沒有得到廣泛應用，3D腹腔鏡在胃腸腫瘤手術治療方面的優勢也已得到臨床試驗證實。鄭民華等[8]對3D腹腔鏡在胃癌根治術中的應用進行了綜述，他指出在2D腹腔鏡下，胃網膜右靜脈與胃網膜右動脈、胰腺下緣的解剖關系難以清晰顯示，導致術者清掃第6組淋巴結時容易出現操作失誤而致出血；同樣，清掃第5組淋巴結時也常因胃十二指腸動脈、肝總動脈、肝固有動脈和胃右動脈的解剖關系不夠清晰而造成術中出血；但在3D腹腔鏡下，各血管和淋巴結的立體解剖結構顯示更加清晰，可以使術者更精細的解剖血管、清掃淋巴結，從而減少了術中出血，減輕術后并發癥，降低了中轉開腹的比率。陶凱雄等[9]將58位結腸癌患者分為2組，分別用3D腹腔鏡和2D腹腔鏡進行結腸切除術，結果顯示3D腹腔鏡手術時間明顯短于2D腹腔鏡手術時間。

2.3 3D腹腔鏡在泌尿外科手術中的應用 Kinoshita等[10]將122例前列腺癌患者分為2組，分別運用高清3D和2D腹腔鏡進行前列腺癌根治術，結果表明，經驗豐富的術者可以利用3D腹腔鏡縮短膀胱尿道吻合時間，3D組患者的主觀可行性和滿意度評分顯著高于2D組；同時3D系統下手術亦可減輕術者的疲勞感，提高舒適度。梁朝朝等[11,12]對比3D腹腔鏡和2D腹腔鏡下前列腺癌根治術的多項研究，結果表明，3D腹腔鏡所顯示的解剖層級更清晰，可以使術者更精細地分離和縫合，縮短手術時間并提高手術效率，在減少術中出血、控制術后早期尿流中亦有一定的作用。

3 3D腹腔鏡在模擬教學中的應用

由于現代醫學教育條件有限，對傳統的開放手術難以進行大范圍的模擬教學，年輕醫生大型手術的學習曲線較長。2D腹腔鏡由于難以呈現真實的立體解剖關系，術者只能根據透視投影、遮擋效應或運動視差等技巧判斷景深，定位不夠精確，進一步加大了初學者的學習難度，延長了年輕醫生的學習曲線[13]。3D腹腔鏡技術利用了人眼立體成像的原理產生更接近立體真實的視覺，而使術者在手術中操作更精準，減少了操作失誤，從而使腹腔鏡初學者的學習曲線更短，有利于年輕醫生早日掌握腹腔鏡手術操作。

Kanaji等[14]比較了3D和2D腹腔鏡下胃大切手術中術者的操作情況，證實了利用3D腹腔鏡操作時，術者對腹腔動脈周圍淋巴結的清掃和利用縫合技術進行消化道重建等較高難度的操作技能有所提升，而這正是歸因于3D腹腔鏡對解剖結構的真實還原，使術者可以在切線方向視角進行操作，由此可見3D腹腔鏡技術對術者操作能力提升所起的作用。Guanà等[15]對20位無腹腔鏡操作經驗的兒外科住院醫師進行模擬教學，其中10位住院醫師用2D腹腔鏡模擬訓練器進行操作，另外10位用3D腹腔鏡模擬訓練器進行操作，兩組醫生在相同任務(如鏡下剪紙等)下進行操作，結果顯示用3D腹腔鏡操作的醫生完成任務更快且完成率更高，學習曲線更短；除此之外，使用3D腹腔鏡的醫生主觀上感覺操作更加輕松。同樣，在國內也有類似的模擬教學研究。徐漢江等[16]對18名腹腔鏡初學者采用最新的3D偏正立體顯示腹腔鏡系統依次完成4項基本腹腔鏡操作試驗，與2D模式下相比，外科初學者在3D模式下完成每項試驗的平均時間和錯誤次數均明顯下降，表明先進的偏正3D腹腔鏡系統明顯提高了腹腔鏡初學者學習腹腔鏡基本操作技能的能力。

3D腹腔鏡能夠加深初學者對手術的理解，縮短學習曲線，且年輕醫生的成長越快，學習曲線越短[17]。然而，這種作用只能體現在腹腔鏡初學者的操作中，經驗較豐富的臨床醫師則對2D和3D腹腔鏡操作無明顯差異，可能的原因是專家已經適應了在2D環境下工作，能夠通過經驗和技巧在2D環境下獲得足夠的景深信息。總的來說，腹腔鏡初學者可以通過3D腹腔鏡的模擬訓練來提高操作的精確度，縮短學習曲線為外科臨床科室年輕醫師提供了培養的新手段。

綜上所述，3D腹腔鏡在最近的十幾年內迅猛發展，在國內國外應用廣泛，得到了外科醫生的認可和青睞。目前，3D腹腔鏡在臨床外科手術中的應用已逐漸趨向成熟，國內外一系列的臨床試驗已證實3D腹腔鏡手術對于幫助術者進行精細操作、減小手術創傷、縮短手術時間具有重要作用。同時，3D腹腔鏡在年輕醫生的基礎技能教學中也起著舉足輕重的作用。利用3D腹腔鏡模擬器進行模擬教學，可以改善腹腔鏡初學者對腔鏡操作的主觀感受，提高操作精確度，縮短學習曲線，有利于年輕醫生的手術技能培養。然而，3D腹腔鏡目前還存在一些不足，如術者佩戴偏振光眼鏡的不便。有研究[5]表明，佩戴3D眼鏡進行腹腔鏡操作會使術者產生不適反應，如視覺疲勞、眩暈甚至惡心等癥狀。但是大多數術者表示這些不適感能夠接受，有經驗的術者可以根據術中的情況靈活選擇，改變使用時間，減輕不適感[17]。此外，在胃腸外科手術中，3D腹腔鏡的雙攝像頭位置較為固定，無法隨意轉換視角，因此鏡頭后方的組織結構易被遮擋，從而造成創傷[16]。總的來說，3D腹腔鏡的優勢已得到臨床試驗的證實，將是未來外科手術中的主流。但是這項技術還不夠完善且未完全普及，研究者們正在進一步的探索中。