3D腹腔镜在外科手术中的应用进展

陈曦，肖遥

(南方医科大学珠江医院，广州510220)

腹腔镜手术相对于传统开放手术具有创口小、出血少、疼痛轻、术后恢复快等优点，因而深受外科医生和患者的青睐。近年来，腹腔镜手术已成为外科手术的主力军，然而传统的2D腹腔镜缺乏层次感，难以呈现立体解剖结构，使术者对操作距离的感知减弱，立体视觉丢失，从而增加操作难度，延长手术时间，增加术后并发症。近年来，外科医生逐渐尝试将3D腹腔镜应用在外科手术中，通过佩戴3D眼镜，术者能够增强对操作时深度和距离的感知，从而减少操作失误，同时有助于提升腹腔镜初学者的操作技能。现将3D腹腔镜在外科手术中的应用进展综述如下。

1 3D腹腔镜

1803年，Phillipe Bozzini发明了“Lichtleiter”用来观察人体的内部结构，这就是腹腔镜技术的起源。从此，医生们开始用2D视角的腹腔镜辅助诊治工作。20世纪70年代，研究者通过摄像机将镜头看到的人体内部结构的影像传递到显示屏，使术者有了双眼视觉，腹腔镜技术的发展由此起步[1]。20世纪80年代后期，人类进行了第一台腹腔镜下胆囊切除术[1]，此后，腹腔镜手术逐渐被广泛应用于临床。随着2D腹腔镜的普及，它的局限性开始显现，其中最引人关注的是术者操作时对距离的感知减弱。传统的2D腹腔镜将图像信息压缩在一个平面内，我们只能通过透视投影、遮挡以及阴影等方法来推测图片内物体的景深信息。此外，物体的遮挡关系和阴影也可以用来判断远近关系，但这必须建立在知道光源位置的基础上。通常，人脑默认光源来自上方，但在腹腔镜操作中，当光源不可见时，便不容易利用遮挡关系和阴影来判断位置关系[2]。因此，人们转而运用不同的图像获取和处理及放映技术，使术者能够产生立体视觉的3D腹腔镜技术开始发展。

1838年，Charles Wheatstone[3]首次提出了立体视觉的概念。他用自己发明的“Whe atstone立体镜”证实了他的立体视觉理论：通过向受试者的双眼分别放映不同的两张图像，并不断调整两张图像的距离和大小等因素，使得受试者最终看到一个物体的三维图像。这就为日后3D腹腔镜的发展奠定了基础。立体视觉产生于双眼接受两个不同的图像后在视觉中枢的整合，目前大多数3D腹腔镜的成像利用了人眼双眼视觉形成的过程。根据偏振成像原理，通过腹腔镜镜头前端的双摄像头同时拍摄图像，形成两个独立的视频文件，然后再对采集的图像信号进行特殊处理，通过改变液晶调制屏的偏振状态，使两个不同的偏振调制状态分别与左、右二路光学系统获得的图像同时呈现在屏幕上，当术者戴上一副左右眼与液晶屏幕偏振状态一致的无源偏振眼镜时，就会产生真实的三维视觉效果[4]。

2 3D腹腔镜在外科手术中的应用

在传统2D腹腔镜手术中，由于图像信息被压缩在一个平面内，真实的解剖结构在显示屏上无法直接体现，术者只能通过运用透视投影、遮挡效应或运动视差等技巧来间接判断解剖关系。但是对于初学者来说，在对实际的解剖结构不够熟悉的情况下，倾向于通过手术器械碰触组织来获得空间解剖信息，这很容易造成操作失误或误伤组织器官[2]。目前，3D腹腔镜技术日趋完善并已广泛应用于临床。国内外已有大量临床试验证实，相比于2D腹腔镜，3D腹腔镜不仅能减少术者操作的失误、减少术中出血、减轻术后并发症，而且也是腹腔镜初学者或年轻医生提升操作能力的重要工具。3D腹腔镜目前在肝胆外科、胃肠外科、泌尿外科等领域都有广泛的应用，并有大量临床试验证实了3D腹腔镜的优势，如提高术者操作的精确度、减少术中出血及组织损伤、缩短手术时间、提高手术效率、减少术后并发症等，其主要原因是3D腹腔镜可通过增强手术视野的景深感，使术者对解剖结构有更清晰准确的视觉感受，从而提高术者操作的准确度和速度，减少出错次数[5，6]。

2.1 3D腹腔镜在肝胆外科手术中的应用 肝胆外科是最早将3D腹腔镜用于手术的领域之一。Velayutham等[7]对20例腹腔镜下肝切除术进行了回顾性分析，其中5例进行了3D腹腔镜肝切除术，10例采用了2D腹腔镜肝切除术，结果显示，3D腹腔镜肝切除术的手术时间明显短于2D腹腔镜手术。在此之后，Kawai等[4]也进行临床试验，并证实了3D腹腔镜相比传统2D腹腔镜可以缩短肝切除术的手术时间。此外，S rensen等[5]也对一系列3D腹腔镜与2D腹腔镜对照下肝切除术的临床试验进行了综述，最后得出结论，3D腹腔镜相比于2D腹腔镜可以提高术者的操作速度并减少操作失误。

2.2 3D腹腔镜在胃肠外科手术中的应用 胃肠外科是3D腹腔镜的主要应用领域之一。但由于腹腔镜手术以其小切口、微创化的特点较为不利于恶性肿瘤的根治，目前恶性肿瘤的治疗仍以大切口开放性手术为主。尽管没有得到广泛应用，3D腹腔镜在胃肠肿瘤手术治疗方面的优势也已得到临床试验证实。郑民华等[8]对3D腹腔镜在胃癌根治术中的应用进行了综述，他指出在2D腹腔镜下，胃网膜右静脉与胃网膜右动脉、胰腺下缘的解剖关系难以清晰显示，导致术者清扫第6组淋巴结时容易出现操作失误而致出血；同样，清扫第5组淋巴结时也常因胃十二指肠动脉、肝总动脉、肝固有动脉和胃右动脉的解剖关系不够清晰而造成术中出血；但在3D腹腔镜下，各血管和淋巴结的立体解剖结构显示更加清晰，可以使术者更精细的解剖血管、清扫淋巴结，从而减少了术中出血，减轻术后并发症，降低了中转开腹的比率。陶凯雄等[9]将58位结肠癌患者分为2组，分别用3D腹腔镜和2D腹腔镜进行结肠切除术，结果显示3D腹腔镜手术时间明显短于2D腹腔镜手术时间。

2.3 3D腹腔镜在泌尿外科手术中的应用 Kinoshita等[10]将122例前列腺癌患者分为2组，分别运用高清3D和2D腹腔镜进行前列腺癌根治术，结果表明，经验丰富的术者可以利用3D腹腔镜缩短膀胱尿道吻合时间，3D组患者的主观可行性和满意度评分显著高于2D组；同时3D系统下手术亦可减轻术者的疲劳感，提高舒适度。梁朝朝等[11,12]对比3D腹腔镜和2D腹腔镜下前列腺癌根治术的多项研究，结果表明，3D腹腔镜所显示的解剖层级更清晰，可以使术者更精细地分离和缝合，缩短手术时间并提高手术效率，在减少术中出血、控制术后早期尿流中亦有一定的作用。

3 3D腹腔镜在模拟教学中的应用

由于现代医学教育条件有限，对传统的开放手术难以进行大范围的模拟教学，年轻医生大型手术的学习曲线较长。2D腹腔镜由于难以呈现真实的立体解剖关系，术者只能根据透视投影、遮挡效应或运动视差等技巧判断景深，定位不够精确，进一步加大了初学者的学习难度，延长了年轻医生的学习曲线[13]。3D腹腔镜技术利用了人眼立体成像的原理产生更接近立体真实的视觉，而使术者在手术中操作更精准，减少了操作失误，从而使腹腔镜初学者的学习曲线更短，有利于年轻医生早日掌握腹腔镜手术操作。

Kanaji等[14]比较了3D和2D腹腔镜下胃大切手术中术者的操作情况，证实了利用3D腹腔镜操作时，术者对腹腔动脉周围淋巴结的清扫和利用缝合技术进行消化道重建等较高难度的操作技能有所提升，而这正是归因于3D腹腔镜对解剖结构的真实还原，使术者可以在切线方向视角进行操作，由此可见3D腹腔镜技术对术者操作能力提升所起的作用。Guanà等[15]对20位无腹腔镜操作经验的儿外科住院医师进行模拟教学，其中10位住院医师用2D腹腔镜模拟训练器进行操作，另外10位用3D腹腔镜模拟训练器进行操作，两组医生在相同任务(如镜下剪纸等)下进行操作，结果显示用3D腹腔镜操作的医生完成任务更快且完成率更高，学习曲线更短；除此之外，使用3D腹腔镜的医生主观上感觉操作更加轻松。同样，在国内也有类似的模拟教学研究。徐汉江等[16]对18名腹腔镜初学者采用最新的3D偏正立体显示腹腔镜系统依次完成4项基本腹腔镜操作试验，与2D模式下相比，外科初学者在3D模式下完成每项试验的平均时间和错误次数均明显下降，表明先进的偏正3D腹腔镜系统明显提高了腹腔镜初学者学习腹腔镜基本操作技能的能力。

3D腹腔镜能够加深初学者对手术的理解，缩短学习曲线，且年轻医生的成长越快，学习曲线越短[17]。然而，这种作用只能体现在腹腔镜初学者的操作中，经验较丰富的临床医师则对2D和3D腹腔镜操作无明显差异，可能的原因是专家已经适应了在2D环境下工作，能够通过经验和技巧在2D环境下获得足够的景深信息。总的来说，腹腔镜初学者可以通过3D腹腔镜的模拟训练来提高操作的精确度，缩短学习曲线为外科临床科室年轻医师提供了培养的新手段。

综上所述，3D腹腔镜在最近的十几年内迅猛发展，在国内国外应用广泛，得到了外科医生的认可和青睐。目前，3D腹腔镜在临床外科手术中的应用已逐渐趋向成熟，国内外一系列的临床试验已证实3D腹腔镜手术对于帮助术者进行精细操作、减小手术创伤、缩短手术时间具有重要作用。同时，3D腹腔镜在年轻医生的基础技能教学中也起着举足轻重的作用。利用3D腹腔镜模拟器进行模拟教学，可以改善腹腔镜初学者对腔镜操作的主观感受，提高操作精确度，缩短学习曲线，有利于年轻医生的手术技能培养。然而，3D腹腔镜目前还存在一些不足，如术者佩戴偏振光眼镜的不便。有研究[5]表明，佩戴3D眼镜进行腹腔镜操作会使术者产生不适反应，如视觉疲劳、眩晕甚至恶心等症状。但是大多数术者表示这些不适感能够接受，有经验的术者可以根据术中的情况灵活选择，改变使用时间，减轻不适感[17]。此外，在胃肠外科手术中，3D腹腔镜的双摄像头位置较为固定，无法随意转换视角，因此镜头后方的组织结构易被遮挡，从而造成创伤[16]。总的来说，3D腹腔镜的优势已得到临床试验的证实，将是未来外科手术中的主流。但是这项技术还不够完善且未完全普及，研究者们正在进一步的探索中。