3D腹腔镜技术的发展状况、主要优势及临床应用

艾 星，滕竞飞

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3D腹腔镜技术的发展状况、主要优势及临床应用

艾 星，滕竞飞

微创外科；腹腔镜手术；3D腹腔镜

微创外科是外科领域发展的主旋律。自1987年Mouret首创腹腔镜胆囊切除术以来[1]，腹腔镜技术得到了广泛的应用，微创外科也借此取得了突飞猛进的发展。腹腔镜手术以其损伤小、出血少、术后恢复快等诸多优势对传统开放手术造成了巨大冲击，被誉为外科手术的“第二次革命”。随着手术技术的娴熟及腔镜设备的完善，腹腔镜手术的适应证逐渐拓宽，几乎涵盖了全部外科手术，目前已被广泛应用于普通外科、泌尿外科、妇产科、胸外科等。

然而，标准腔镜手术最大的缺点就是其术野为平面图像，手术医师只能根据腔镜的移动、解剖结构的大小、纹理梯度、线条透视、离焦模糊等心理感知因素判断景深。因此，标准腔镜手术要求术者要有丰富的经验和娴熟的操作技巧，这无疑增加了手术难度及失误发生率。如何在腔镜手术中展示术野三维结构信息是克服上述缺点的发展方向。近年来，3D腹腔镜技术的发展克服了上述弊端[2，3]。在3D腹腔镜下，手术视野更清晰，解剖层次更明显，操作更简便，大大提高了腔镜手术的可操作性和安全性。

1 发展状况

生理条件下，立体视觉的实现源于双目视差。首先，双眼均向感兴趣的物体聚焦；其次，大脑将左、右眼图像相似部分进行匹配并产生视差信息；最后，基于视差信息，左、右眼图像融合为一张3D图像。立体成像技术由Charles Wheatstone在1838年发明，其基本原理是：(1)建立左右不同视角的图像；(2)在显示设备上呈现左右图像；(3)阻碍左眼接收右眼图像信号，同时阻碍右眼接收左眼图像信号。基于上述原理，3D成像得以实现。

第一代3D腹腔镜于1991年开始应用于动物实验[4]，1992年进入临床，应用于胆囊切除术。当时的3D系统通过将两组不同的图片以毫秒级间隔分别呈现给左右眼来实现立体视觉，其频率为50～60 Hz，医师需佩戴沉重的头套式显示器来实现3D效果[5]。由于该系统存在较多不足而备受诟病，如：(1)视角变化时视差不明显；(2)放大倍数随距离变化而改变；(3)有效立体范围小；(4)图像暗分辨率低；(5)术者易出现眩晕、视疲劳、恶心等，因此第一代3D腹腔镜系统并未广泛应用于临床[6-8]。

第二代3D腹腔镜通过两个独立的摄像系统采集不同视角的图像，并在高清显示器上成像，医师只需佩戴3D偏光眼镜即可实现立体视觉[9]。其设备组成主要包括高清显示器、3D摄像头控制系统、3D摄像系统、立体内镜、光纤、冷光源和3D眼镜(图1)。其中，摄像系统可分为单通道摄像头/镜头(在远离手术部位的摄像头处分割图像)和双通道摄像头/镜头(在靠近手术部位的镜头处分割图像)两种模式。新一代3D腹腔镜系统使用方便，真实地模拟了人眼立体成像过程，临床应用效果良好。

2 主要优势

第一代3D腹腔镜系统由于技术不成熟、图像质量差，与标准腹腔镜相比并没有太多优势。McDougall等[8]招募了22名经验丰富的泌尿外科和妇科医师，通过在3D和2D腹腔镜下给活体猪行肾脏切除术和膀胱颈悬吊术，以评估两种腔镜系统的效果。研究发现，与标准腹腔镜相比，3D腹腔镜下分离组织的速度及缝合、打结等复杂操作的水平均未见明显提高。Hanna等[6]比较了两种腹腔镜系统在胆囊切除术中的效果，发现两种腹腔镜系统下手术时间与操作失误率差异均无统计学意义，而术者在应用3D腹腔镜术后更易出现视疲劳、头痛、面部不适等不良反应。随着光学系统的改进和数字高清信号系统的出现，第二代3D腹腔镜的图像质量显著提高，在微创手术中凸显出其优势。

图1 Viking 3D高清腹腔镜系统设备组成

2.1 术野距离的判断更加容易 在标准腹腔镜手术中，对深度的感知主要依赖术者的经验，而3D腹腔镜系统还原了真实视觉中的立体手术视野，从而使组织抓取、解剖、分离、止血、缝扎、吻合等精准定位得以完美体现，降低了手术难度，同时可减少术中出血量及周边神经、组织的误伤[10]。Lusch等[11]通过对术者在不同腔镜系统下一系列体外训练任务的完成情况进行评估后发现，3D腹腔镜系统可以降低失误率，提高抓钳的准确性，改善缝合操作表现等。此外，在视觉效果上它还可以显著提高术者景深和空间位置感，降低图像扭曲变形程度。类似的结果在其他研究中也屡见报道[9，12-16]。研究还发现，3D腹腔镜的优势与术者操作水平无关，包括腔镜手术专家在内的所有外科医师均可受益[9,17,18]。

2.2 手术操作更加精准 许多脏器，如前列腺、直肠等位置较深，周围组织结构复杂，开放手术操作困难。而标准腹腔镜手术缺乏层次，且放大倍数有限，对于精细操作难度较大。3D腹腔镜则可以较好地解决这一问题。以Viking 3D高清腹腔镜为例，6个高清彩色CCD晶体、两路1928×1080P高清HD-SDI输出视频、实时3D高清晰度图像使画面干净，色彩真实；随景深可调整的焦距使手术部位结构清晰，长时观看无明显不适感；4倍放大可以更清晰地显示血管搏动、组织分层、病灶边界、神经等，使定位更加精准。术中一旦发生出血，医师可迅速找到出血点进行止血。3D腹腔镜的上述特点使该系统更有利于进行高难度、高精细度的手术操作。

2.3 缩短学习曲线 标准腹腔镜技术对于初学者来说需要较长的学习时间，而3D腹腔镜技术无需长时间特殊训练即可掌握。Bhayani等[19]通过对比24名腹腔镜初学者在标准腹腔镜和3D高清腹腔镜下操作表现发现，3D腹腔镜组较标准腹腔镜组操作时间明显缩短，同时，术者认为使用3D腹腔镜较标准腹腔镜更容易操作。Patel等[20]将15名腹腔镜初学者随机分组，并分别应用标准及3D腹腔镜系统完成线性切割缝合、曲线切割缝合、管状缝合、背深静脉复合体缝合及输尿管膀胱吻合训练，发现3D腹腔镜组手术时间和准确度均优于标准腹腔镜组。这些结果表明，3D腹腔镜系统更适合于腔镜手术初学者，并可以为他们从临床解剖过渡到实践操作提供更好的帮助，使他们更快地掌握腔镜操作技术。

3 临床应用

3D腹腔镜系统几乎适用于各科微创手术，其中在泌尿外科、普通外科和妇科中应用较为广泛，得到了术者的一致认可和重视。

3.1 在泌尿外科的应用 李汉忠等[21]应用3D腹腔镜完成了肾上腺肿瘤切除术、肾囊肿去顶减压术、根治性肾切除术、肾部分切除术、肾盂输尿管成形术、根治前列腺切除术和全膀胱切除术共62例，发现3D腹腔镜可降低手术难度，缩短手术时间。Aykan等[22]在一项回顾性研究中发现，3D腹腔镜前列腺癌根治术与2D腹腔镜前列腺癌根治术相比，尿道膀胱吻合时间及手术总时间显著缩短，术中出血量显著减少；此外，早期恢复排尿控制的患者显著增多，提示3D腹腔镜在前列腺癌根治术中具有显著优势。

3.2 在普通外科的应用 范应芳等[23]报道，在3D腹腔镜下胆囊切除术中，下腹部诸脏器前后纵深感明显，肝脏下缘、胆囊、肝总管等均可立体显现，解剖更清晰，操作更精准。Bilgen等[24]对3D腹腔镜与标准腹腔镜下胆囊切除术进行比较后发现，3D腹腔镜组手术时间显著缩短，且术者认为在3D腹腔镜下寻找解剖结构更加简便、安全。姚健等[25]应用3D腹腔镜完成了胃癌根治术6例、阑尾切除1例，发现3D腹腔镜手术时间及术中出血量与标准腹腔镜手术相当。

3.3 在妇科的应用 姚健等[25]应用3D腹腔镜完成了子宫全切4例，子宫次全切除、附件囊肿剥除各1例，子宫、附件全切+盆腔淋巴结清扫2例，结果显示3D腹腔镜在手术时间及出血量等方面与标准腹腔镜相近。Tuschy等[26]应用3D腹腔镜进行了30例子宫次全切除术，7例子宫全切术，7例双侧附件切除术，14例子宫肌瘤切除术和2例诊断性腹腔镜检查术，发现3D技术可以提高术者手眼协调性，使解剖更加精细、缝合更加快捷。

总之，第二代3D腹腔镜系统作为标准腹腔镜与da Vinci机器人手术系统的过渡产品，在手术操作中不仅可提供三维手术画面，还可以将图像放大4倍，显著降低手术难度，提高操作的精确性。正是这些优势，使许多外科医师更倾向于选择3D腹腔镜系统进行手术[27]。华盛顿圣路易斯医院泌尿外科主任Dr. Gerald Andriole认为，相比2D高清腹腔镜系统，3D高清系统在腹腔镜手术中有巨大改进，3D图像使体内缝合时更加得心应手，打结更简单。随着3D系统的不断完善，相信它将更加广泛的被应用于各类微创手术。

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(2014-07-19收稿 2014-10-13修回)

(责任编辑 梁秋野)

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武警医学编辑部

2014年1月

艾 星，博士，主任医师，E-mail:aixing0007@163.com

100700，北京军区总医院泌尿外科

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