3D腹腔鏡技術的發展狀況、主要優勢及臨床應用

艾 星，滕競飛

專家論壇

3D腹腔鏡技術的發展狀況、主要優勢及臨床應用

艾 星，滕競飛

微創外科；腹腔鏡手術；3D腹腔鏡

微創外科是外科領域發展的主旋律。自1987年Mouret首創腹腔鏡膽囊切除術以來[1]，腹腔鏡技術得到了廣泛的應用，微創外科也借此取得了突飛猛進的發展。腹腔鏡手術以其損傷小、出血少、術后恢復快等諸多優勢對傳統開放手術造成了巨大沖擊，被譽為外科手術的“第二次革命”。隨著手術技術的嫻熟及腔鏡設備的完善，腹腔鏡手術的適應證逐漸拓寬，幾乎涵蓋了全部外科手術，目前已被廣泛應用于普通外科、泌尿外科、婦產科、胸外科等。

然而，標準腔鏡手術最大的缺點就是其術野為平面圖像，手術醫師只能根據腔鏡的移動、解剖結構的大小、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，標準腔鏡手術要求術者要有豐富的經驗和嫻熟的操作技巧，這無疑增加了手術難度及失誤發生率。如何在腔鏡手術中展示術野三維結構信息是克服上述缺點的發展方向。近年來，3D腹腔鏡技術的發展克服了上述弊端[2，3]。在3D腹腔鏡下，手術視野更清晰，解剖層次更明顯，操作更簡便，大大提高了腔鏡手術的可操作性和安全性。

1 發展狀況

生理條件下，立體視覺的實現源于雙目視差。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行匹配并產生視差信息；最后，基于視差信息，左、右眼圖像融合為一張3D圖像。立體成像技術由Charles Wheatstone在1838年發明，其基本原理是：(1)建立左右不同視角的圖像；(2)在顯示設備上呈現左右圖像；(3)阻礙左眼接收右眼圖像信號，同時阻礙右眼接收左眼圖像信號。基于上述原理，3D成像得以實現。

第一代3D腹腔鏡于1991年開始應用于動物實驗[4]，1992年進入臨床，應用于膽囊切除術。當時的3D系統通過將兩組不同的圖片以毫秒級間隔分別呈現給左右眼來實現立體視覺，其頻率為50～60 Hz，醫師需佩戴沉重的頭套式顯示器來實現3D效果[5]。由于該系統存在較多不足而備受詬病，如：(1)視角變化時視差不明顯；(2)放大倍數隨距離變化而改變；(3)有效立體范圍小；(4)圖像暗分辨率低；(5)術者易出現眩暈、視疲勞、惡心等，因此第一代3D腹腔鏡系統并未廣泛應用于臨床[6-8]。

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

2 主要優勢

第一代3D腹腔鏡系統由于技術不成熟、圖像質量差，與標準腹腔鏡相比并沒有太多優勢。McDougall等[8]招募了22名經驗豐富的泌尿外科和婦科醫師，通過在3D和2D腹腔鏡下給活體豬行腎臟切除術和膀胱頸懸吊術，以評估兩種腔鏡系統的效果。研究發現，與標準腹腔鏡相比，3D腹腔鏡下分離組織的速度及縫合、打結等復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在膽囊切除術中的效果，發現兩種腹腔鏡系統下手術時間與操作失誤率差異均無統計學意義，而術者在應用3D腹腔鏡術后更易出現視疲勞、頭痛、面部不適等不良反應。隨著光學系統的改進和數字高清信號系統的出現，第二代3D腹腔鏡的圖像質量顯著提高，在微創手術中凸顯出其優勢。

圖1 Viking 3D高清腹腔鏡系統設備組成

2.1 術野距離的判斷更加容易 在標準腹腔鏡手術中，對深度的感知主要依賴術者的經驗，而3D腹腔鏡系統還原了真實視覺中的立體手術視野，從而使組織抓取、解剖、分離、止血、縫扎、吻合等精準定位得以完美體現，降低了手術難度，同時可減少術中出血量及周邊神經、組織的誤傷[10]。Lusch等[11]通過對術者在不同腔鏡系統下一系列體外訓練任務的完成情況進行評估后發現，3D腹腔鏡系統可以降低失誤率，提高抓鉗的準確性，改善縫合操作表現等。此外，在視覺效果上它還可以顯著提高術者景深和空間位置感，降低圖像扭曲變形程度。類似的結果在其他研究中也屢見報道[9，12-16]。研究還發現，3D腹腔鏡的優勢與術者操作水平無關，包括腔鏡手術專家在內的所有外科醫師均可受益[9,17,18]。

2.2 手術操作更加精準 許多臟器，如前列腺、直腸等位置較深，周圍組織結構復雜，開放手術操作困難。而標準腹腔鏡手術缺乏層次，且放大倍數有限，對于精細操作難度較大。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個高清彩色CCD晶體、兩路1928×1080P高清HD-SDI輸出視頻、實時3D高清晰度圖像使畫面干凈，色彩真實；隨景深可調整的焦距使手術部位結構清晰，長時觀看無明顯不適感；4倍放大可以更清晰地顯示血管搏動、組織分層、病灶邊界、神經等，使定位更加精準。術中一旦發生出血，醫師可迅速找到出血點進行止血。3D腹腔鏡的上述特點使該系統更有利于進行高難度、高精細度的手術操作。

2.3 縮短學習曲線 標準腹腔鏡技術對于初學者來說需要較長的學習時間，而3D腹腔鏡技術無需長時間特殊訓練即可掌握。Bhayani等[19]通過對比24名腹腔鏡初學者在標準腹腔鏡和3D高清腹腔鏡下操作表現發現，3D腹腔鏡組較標準腹腔鏡組操作時間明顯縮短，同時，術者認為使用3D腹腔鏡較標準腹腔鏡更容易操作。Patel等[20]將15名腹腔鏡初學者隨機分組，并分別應用標準及3D腹腔鏡系統完成線性切割縫合、曲線切割縫合、管狀縫合、背深靜脈復合體縫合及輸尿管膀胱吻合訓練，發現3D腹腔鏡組手術時間和準確度均優于標準腹腔鏡組。這些結果表明，3D腹腔鏡系統更適合于腔鏡手術初學者，并可以為他們從臨床解剖過渡到實踐操作提供更好的幫助，使他們更快地掌握腔鏡操作技術。

3 臨床應用

3D腹腔鏡系統幾乎適用于各科微創手術，其中在泌尿外科、普通外科和婦科中應用較為廣泛，得到了術者的一致認可和重視。

3.1 在泌尿外科的應用 李漢忠等[21]應用3D腹腔鏡完成了腎上腺腫瘤切除術、腎囊腫去頂減壓術、根治性腎切除術、腎部分切除術、腎盂輸尿管成形術、根治前列腺切除術和全膀胱切除術共62例，發現3D腹腔鏡可降低手術難度，縮短手術時間。Aykan等[22]在一項回顧性研究中發現，3D腹腔鏡前列腺癌根治術與2D腹腔鏡前列腺癌根治術相比，尿道膀胱吻合時間及手術總時間顯著縮短，術中出血量顯著減少；此外，早期恢復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中具有顯著優勢。

3.2 在普通外科的應用 范應芳等[23]報道，在3D腹腔鏡下膽囊切除術中，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，解剖更清晰，操作更精準。Bilgen等[24]對3D腹腔鏡與標準腹腔鏡下膽囊切除術進行比較后發現，3D腹腔鏡組手術時間顯著縮短，且術者認為在3D腹腔鏡下尋找解剖結構更加簡便、安全。姚健等[25]應用3D腹腔鏡完成了胃癌根治術6例、闌尾切除1例，發現3D腹腔鏡手術時間及術中出血量與標準腹腔鏡手術相當。

3.3 在婦科的應用 姚健等[25]應用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+盆腔淋巴結清掃2例，結果顯示3D腹腔鏡在手術時間及出血量等方面與標準腹腔鏡相近。Tuschy等[26]應用3D腹腔鏡進行了30例子宮次全切除術，7例子宮全切術，7例雙側附件切除術，14例子宮肌瘤切除術和2例診斷性腹腔鏡檢查術，發現3D技術可以提高術者手眼協調性，使解剖更加精細、縫合更加快捷。

總之，第二代3D腹腔鏡系統作為標準腹腔鏡與da Vinci機器人手術系統的過渡產品，在手術操作中不僅可提供三維手術畫面，還可以將圖像放大4倍，顯著降低手術難度，提高操作的精確性。正是這些優勢，使許多外科醫師更傾向于選擇3D腹腔鏡系統進行手術[27]。華盛頓圣路易斯醫院泌尿外科主任Dr. Gerald Andriole認為，相比2D高清腹腔鏡系統，3D高清系統在腹腔鏡手術中有巨大改進，3D圖像使體內縫合時更加得心應手，打結更簡單。隨著3D系統的不斷完善，相信它將更加廣泛的被應用于各類微創手術。

[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, 張學斌, 等. 3D腹腔鏡系統在泌尿外科手術中的應用 [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] 范應方,項 楠. 3D腹腔鏡膽囊切除術治療膽囊結石1例并文獻復習 [J]. 南方醫科大學學報, 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高清腹腔鏡手術的臨床應用探討[J]. 西部醫學, 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，服務基層”的辦刊宗旨，加強不同層次醫療機構臨床實踐交流，幫助基層醫師學習和了解先進教學醫院和知名專家對疾病的臨床診治思路,提高基層衛生機構的臨床業務水平。本刊于2012年開辟“臨床病例討論”欄目。報道武警部隊各級醫院及重點學科臨床工作中遇到的疑難和典型病例，以及基層衛生隊經過多學科專家遠程會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院敏感問題，優先錄取多學科交叉病例；(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，臨床資料應齊全，能提供實驗室、影像學和病理確診依據。

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)，實驗室、影像學及病理學檢查結果、臨床診斷、治療方案、治療結果等(需要提供影像學檢查的圖片)。臨床討論：為主體內容，首先提出目前病例診斷治療的進展和需要解決的問題等討論要點；之后由參加會診的知名專家點評，寫清診斷和治療思路、鑒別診斷要點、治療上應注意的問題等，為今后的臨床工作提供借鑒和參考。若為罕見病，則介紹目前國內外的最新進展。會診專家需署名(如無外請專家，也可署本院科主任名)，格式如：張某某醫師(肝膽科)。具體行文格式參考本欄目已發表的論文格式。全文字數3800或6500左右。

來稿請在右上角標注“臨床病例討論”。本欄目所錄稿件為原創性臨床研究論文，歡迎廣大臨床醫師踴躍投稿！

武警醫學編輯部

2014年1月

艾 星，博士，主任醫師，E-mail:aixing0007@163.com

100700，北京軍區總醫院泌尿外科

R608