手術(shù)視頻采集設(shè)備及應(yīng)用現(xiàn)狀進展

馬鋒，韓珍珍，李艷，薛召，康小云，王浩華，湯博，呂毅,d

西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 a.精準外科與再生醫(yī)學(xué)國家地方聯(lián)合工程研究中心；b.陜西省再生醫(yī)學(xué)與外科工程研究中心；c.腫瘤外科；d.肝膽外科，陜西 西安 710061

引言

隨著科技的發(fā)展，帶有攝像功能的電子產(chǎn)品日益普及。其為醫(yī)務(wù)工作者手術(shù)或?qū)嶒炦^程中錄制手術(shù)視頻提供前所未有的便利。手術(shù)視頻以其準確、直觀的特點深受醫(yī)務(wù)工作者認可，已成為醫(yī)務(wù)工作者學(xué)習、教學(xué)和學(xué)術(shù)交流的重要多媒體形式[1-3]。美國骨外科和骨創(chuàng)傷學(xué)會已經(jīng)認識到與此內(nèi)容相關(guān)的獨特教育價值，并將外科視頻納入了其年度教育會議[4]。近年我國外科相關(guān)學(xué)術(shù)會議也增加了手術(shù)視頻大賽評選版塊[5-6]。但尚未有統(tǒng)一規(guī)范的手術(shù)視頻采集設(shè)備，本文就當前國內(nèi)外報道使用較多的手術(shù)視頻錄制設(shè)備進行歸納總結(jié)，簡要介紹現(xiàn)用手術(shù)視頻采集設(shè)備及其應(yīng)用現(xiàn)狀，為手術(shù)視頻錄制時工具選用提供參考。

1 手術(shù)視頻采集設(shè)備的分類

手術(shù)視頻采集設(shè)備的發(fā)展是和科技進步同步的，從1839年世界上第一臺照相機出現(xiàn)，到現(xiàn)在的高清攝錄像機。手術(shù)視頻采集設(shè)備也是從最原始的膠片留影發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)碼產(chǎn)品錄像。根據(jù)攝像鏡頭和手術(shù)設(shè)備、術(shù)者之間的關(guān)系，手術(shù)視頻采集設(shè)備分為以下三類：非集成式、術(shù)者集成式、設(shè)備集成式。

1.1 非集成式手術(shù)視頻采集（攝像機外錄）

非集成式手術(shù)視頻采集設(shè)備主要以手持式視頻采集為主。手持式手術(shù)視頻采集方式是自攝像機誕生以來就有的最原始、最耗費體力的錄制手段。為了節(jié)省體力，也可外接固定支架。早在2009年就有文獻報道這種視頻采集設(shè)備[7-8]，它是直接利用市面上的商用攝像機，外接固定支架將鏡頭直接對準手術(shù)視野獲取手術(shù)錄像，錄制的手術(shù)視頻直接存貯在攝像機內(nèi)置存儲器中。為了防止手術(shù)錄像過程中污染手術(shù)臺面，攝像機不能太靠近手術(shù)部位，以至于很多手術(shù)部位無法錄制。這種視頻采集方式的主要優(yōu)點是畫面清晰度高，色彩還原度好。缺點是攝像機自帶內(nèi)存空間有限，不能支持長時間錄制；對于一些如腹部等較深部位手術(shù)，受局部解剖因素及術(shù)者體位影響，鏡頭無法看到關(guān)鍵步驟，影響視頻連貫性和可讀性[7]，僅是錄像功能。

1.2 術(shù)者集成式視頻采集設(shè)備

術(shù)者集成手術(shù)錄像方式也稱為可穿戴式移動視頻采集，通過將攝像機綁帶固定于術(shù)者身體的某個部位，帶有高清視頻錄制功能的小型可穿戴運動相機使外科醫(yī)生可以在手術(shù)中輕松使用相機，無需支付高昂的成本、龐大的相機系統(tǒng)或?qū)I(yè)的視頻團隊[9]。現(xiàn)在市面上主流的可穿戴相機包括Google Glass[10-12]，GoPro Hero系列[13]和Panasonic HXA100移動相機[14]，已成功在醫(yī)院中使用。

Lee等[9]從主觀因素、規(guī)格和視頻質(zhì)量的角度對GoPro Hero 4 Silver、Google Glass和Panasonic HX-A100移動相機進行比較。在整個手術(shù)操作過程中，最方便佩戴和握持的設(shè)備是Google Glass。除Google Glass之外，其他設(shè)備都支持HD格式，GoPro具有獨特的2.7K或4K分辨率。GoPro視頻分辨率的質(zhì)量最高，可以根據(jù)手術(shù)調(diào)整視野，便于共享剪輯視頻。Google Glass具備成為應(yīng)用程序的潛力。諸如Wi-Fi和藍牙之類的連接功能可以為觀眾提供視頻流，但是只有Google Glass在設(shè)備中具有雙向通信功能。但最大的弊端在于術(shù)者身體移動尤其是頭部活動會對錄像質(zhì)量影響較大，增加剪輯工作量。

1.3 集成式手術(shù)視頻采集設(shè)備

集成手術(shù)錄制方式是指將攝像機與內(nèi)窺鏡集成攝像。攝像機和內(nèi)窺鏡集成錄像的方式在臨床上應(yīng)用較為廣泛，比如膀胱鏡、胃鏡、大腸鏡、支氣管鏡、腹腔鏡等都屬于此類錄像方式。內(nèi)窺鏡不但能提供錄像功能，同時還可兼具診斷、治療手術(shù)病變的優(yōu)點。內(nèi)窺鏡通常有兩個玻璃纖維管，光通過其中之一進入體內(nèi)，醫(yī)生通過另一個管或通過一個攝像機來進行觀察，有些內(nèi)窺鏡甚至還有微型集成電路傳感器，將所觀察到的信息反饋給計算機，典型的例子就是腹腔鏡手術(shù)，醫(yī)生就是通過外置計算機顯示器來觀察手術(shù)視野并進行手術(shù)的。

上海東方肝膽外科醫(yī)院姜小清團隊報道了腹腔鏡鏡頭聯(lián)合普通的攝像機對膽道手術(shù)進行錄像，手術(shù)過程中利用腹腔鏡的攝像頭獲得圖像后經(jīng)S端子將圖像傳給DVD錄像機并實現(xiàn)視頻錄像的保存[15]。并且在拍攝影像的同時可以把視頻傳送到腹腔鏡自帶的監(jiān)視器內(nèi)，實現(xiàn)同步播放。腹腔鏡錄像的優(yōu)點是腹腔鏡手術(shù)時根據(jù)術(shù)者要求，可隨時對手術(shù)過程進行錄像，并且整個手術(shù)過程中手術(shù)視野暴露清晰，可以錄制到所有的手術(shù)關(guān)鍵步驟，便于后期整理。學(xué)習者也能夠以第一視角觀察手術(shù)，更好的理解手術(shù)。不足之處是對于一些腹部位置較深暴露難度高的手術(shù)，無法使用腹腔鏡進行手術(shù)，自然也就無法直接對其進行錄像；另外，由于腹腔鏡鏡頭比較局限，主要聚焦于主刀視野，手術(shù)錄像常常難以看到助手的配合，如牽引、暴露等過程[16]。

上述手術(shù)視頻采集設(shè)備調(diào)整視野或圖像分辨率可能會改善圖像細節(jié)，但可能會因相機的廣角鏡頭而導(dǎo)致不適當?shù)膱D像曝光或失真而付出代價。許多外科手術(shù)錄像質(zhì)量差，攝像機過度移動，外科手術(shù)部位不居中或曝光過度或缺乏足夠的解剖學(xué)細節(jié)而受阻[4]。同時，有效錄像存在不連續(xù)性，片段多，剪輯量亦大。作者團隊研發(fā)了一款智能外科手術(shù)過程視頻記錄系統(tǒng)[17]，專門用于外科手術(shù)過程的錄像系統(tǒng)，兼有拍照、照明、語音文字轉(zhuǎn)化、術(shù)中遠程會診等功能。術(shù)中術(shù)者對于手術(shù)過程中關(guān)鍵通過語言描述、采集照片，術(shù)后可直接生成圖文并茂的手術(shù)記錄并將其打印[18]，如同目前電子胃鏡的報告。該系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩部分。硬件部分主要由醫(yī)用臺車、可活動臂、無線路由器、圖像采集攝像頭、術(shù)中監(jiān)視器、PC 計算機、工作站單元、彩色打印機、語音收發(fā)單元；軟件系統(tǒng)即外科手術(shù)語音圖文工作系統(tǒng)[19-20]，是基于 WIN7+VS2010 開發(fā)平臺而來，利用C#語言編程來實現(xiàn)良好的人機交互界面，再結(jié)合 PC 平臺收集到的數(shù)據(jù)信息生成相應(yīng)的手術(shù)圖文報告[18,21]。圖文手術(shù)報告系統(tǒng)完美的解決了外科手術(shù)錄像和純文字描述的手術(shù)記錄缺乏客觀、準確的手術(shù)資料的難題。該系統(tǒng)已經(jīng)在臨床初步使用，醫(yī)生和患者反饋良好[18]。

在當前信息化、大數(shù)據(jù)時代，傳統(tǒng)的手寫病歷已被電子病歷所取代。電子病歷在很大程度上減輕了術(shù)者書寫手術(shù)記錄的工作量，但相似的手術(shù)，手術(shù)記錄基本上是直接復(fù)制拷貝，使手術(shù)記錄缺乏個體化，存在潛在的醫(yī)療糾紛風險。另外，很多創(chuàng)新的手術(shù)，也很難用文字直接準確描述[22-23]。作者團隊研發(fā)的智能外科手術(shù)過程視頻記錄系統(tǒng)能有效解決此問題，真正降低術(shù)者勞動強度，提高醫(yī)療質(zhì)量和工作效率，對于今后臨床研究和外科學(xué)術(shù)交流、教學(xué)具有重要意義。

2 手術(shù)視頻的用途

2.1 學(xué)習與交流

利用手術(shù)視頻學(xué)習、教學(xué)，一方面是在學(xué)術(shù)會議中專科醫(yī)生提升技能再學(xué)習或者稱繼續(xù)教育，另一方面是在醫(yī)學(xué)本科生和規(guī)培生外科教學(xué)中的應(yīng)用。這是今后手術(shù)視頻最重要的用途和發(fā)展趨勢。視頻資料中的圖片也可用于相關(guān)醫(yī)學(xué)書籍中的插圖，便于醫(yī)學(xué)生學(xué)習[24-26]。

近年來國內(nèi)外一些雜志如中國胸心血管外科臨床雜志、Surgical Oncology等開辟了手術(shù)視頻文章專欄[27-28]；中華乳腺病雜志等舉辦中青年醫(yī)師真空輔助乳腺微創(chuàng)旋切手術(shù)視頻大賽[6]；YouTube、WebSurg等網(wǎng)站開設(shè)手術(shù)視頻在線平臺[29-31]。傳統(tǒng)外科醫(yī)師培訓(xùn)再教育模式逐漸被各學(xué)科、學(xué)會提倡的、日益廣泛應(yīng)用的手術(shù)視頻交流學(xué)習方式所取代。各學(xué)科專家利用手術(shù)視頻進行教學(xué)探索不斷涌現(xiàn)。

但Marcel等[28]和Kartal等[30]從手術(shù)錄像、技術(shù)質(zhì)量等方面對YouTube平臺發(fā)表的六個國家32～50個腹股溝疝修補視頻比較獲得的較低分數(shù)，表明它們不能提供足夠水平的可靠性和質(zhì)量信息。Ferhatoglu 等[31]對套筒胃切除術(shù)中新時代的教育平臺YouTube?和WebSurg?的比較，在線視頻平臺袖套胃切除術(shù)視頻信息的準確性和質(zhì)量方面仍低于預(yù)期的質(zhì)量。這提示我們在利用在線平臺學(xué)習時要有高質(zhì)量的手術(shù)視頻、高質(zhì)量的手術(shù)技術(shù)。

2.2 提高醫(yī)療質(zhì)量

高質(zhì)量手術(shù)視頻對于外科醫(yī)生和醫(yī)學(xué)生的學(xué)習、交流至關(guān)重要，與提高醫(yī)療質(zhì)量相輔相成，互相促進。Omahoney等[25]提出手術(shù)視頻必將是提高手術(shù)質(zhì)量的下一個推動者。手術(shù)視頻有助于住院醫(yī)師和研究人員了解有關(guān)手術(shù)的細節(jié)，并強調(diào)器械的人體工程學(xué)。對于外科醫(yī)生來說，不斷評估和改進其手術(shù)技術(shù)確保更好的手術(shù)效果也是至關(guān)重要的[32]。許多外科手術(shù)技能培訓(xùn)將手術(shù)視頻納入培訓(xùn)計劃中[33]。另外，國外文獻報道患者可以訪問或使用醫(yī)療數(shù)據(jù)生成的視頻和數(shù)據(jù)記錄[34]。由此可見，要想通過手術(shù)視頻進行學(xué)術(shù)交流、外科教學(xué)與再教育，必須提高手術(shù)視頻質(zhì)量。要提高手術(shù)視頻質(zhì)量，除視頻錄制工具因素外，必然要求術(shù)者圍術(shù)期各項操作更精細，無形之中醫(yī)療質(zhì)量得以提高。

另外，手術(shù)視頻提供客觀、真實、立體的手術(shù)操作細節(jié)和過程[7-8]，手術(shù)記錄也是重要的醫(yī)療文書內(nèi)容，隨著電子病歷系統(tǒng)的不斷升級，有可能作為電子病歷的一部分內(nèi)容而被記錄，進一步促進手術(shù)患者醫(yī)療質(zhì)量的提高。同時對于因手術(shù)發(fā)生的醫(yī)患糾紛，其將為保護醫(yī)務(wù)工作者提供有力證據(jù)。這也是作者團隊2015年提出“倡用圖文外科手術(shù)記錄專家共識（2015·西安）”目的所在。

3 討論與展望

理想的手術(shù)視頻記錄設(shè)備應(yīng)具有高度的便攜性、非干擾性、舒適性，并能夠獲得高質(zhì)量視頻以進行手術(shù)學(xué)習及手術(shù)過程的視頻庫中。該類設(shè)備的未來目標不僅是提供高質(zhì)量的視頻，應(yīng)當將真實的圖像傳遞給醫(yī)務(wù)工作者甚至患者家屬，可以實現(xiàn)與手術(shù)室的外部空間進行實時通信。顯然非集成式、術(shù)者集成式、設(shè)備集成式三種手術(shù)視頻采集設(shè)備雖都能錄制手術(shù)視頻，但不足之處更為突出。作者團隊研發(fā)的智能外科手術(shù)過程視頻記錄系統(tǒng)克服上述手術(shù)視頻采集設(shè)備不足之處的同時，兼有自動對焦、暫停、照明、攝像與照相、遠程傳輸、語音文字轉(zhuǎn)化等功能，可實現(xiàn)術(shù)中直播演示、交流或會診，甚至外科教學(xué)。術(shù)后可生成圖文手術(shù)記錄。目前主要存在兩大問題：一是語音庫不夠完善，需要建大量的專業(yè)術(shù)語庫，以保證后續(xù)語音文字轉(zhuǎn)化的精準程度；二是尚不能與現(xiàn)行醫(yī)院軟件兼用。

作者團隊提出“倡用圖文外科手術(shù)記錄專家共識（2015·西安）”已被中華醫(yī)學(xué)會外科學(xué)分會外科手術(shù)學(xué)組采納并以學(xué)組名義發(fā)布。研發(fā)的語音圖文手術(shù)記錄系統(tǒng)的成功研制具有一定的前瞻性、智能性。目前該成果已實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，相信不斷優(yōu)化后有望成為一款智能化專用手術(shù)視頻錄制設(shè)備而被推廣、普及；可與醫(yī)院系統(tǒng)結(jié)合將手術(shù)視頻作為醫(yī)療文件的一部分。將切實提高醫(yī)療質(zhì)量、降低醫(yī)生工作強度，同時也將在外科手術(shù)視頻交流及人才培養(yǎng)等方面發(fā)揮其重要意義，促進外科學(xué)的發(fā)展。