手术视频示教采集模式对比研究

杨 阳，张世彤

（天津医科大学肿瘤医院，天津 300060）

近年来，手术视频在手术外科示教中扮演着越来越重要的角色。随着医学摄影设备的不断更新发展，层出不穷的新设备让广大医学摄影师感到有些“眼花缭乱”，面对复杂多样的手术，如何熟练运用各类手术视频录制设备，“扬长避短”出色地完成录制，是广大医学摄影师亟需解决的问题之一。笔者根据多年临床录制经验，对国内5类视频录制设备进行统一汇总，对比优劣，以便于业界学习分享。

随着外科手术教学视频需求量和使用量的增加，手术视频录制设备一改传统的“手持式”摄像，增加了许多新兴模式，如腔镜、头戴式、数字化手术间摄像头、达芬奇手术机器人等［1］。这些新兴设备的出现，在方便摄影师进行手术视频录制的同时，也带来了一些录制上的难题。笔者利用多年临床录制经验，对国内医学摄影常见的5种录制模式进行总结分析［2］，详细罗列各类手术录制模式的优劣及改进方案，探讨5G时代手术示教系统的创新应用［3］，以期为同行提供借鉴。

1 腔镜摄像头及手术机器人摄像模式

1.1 腔镜摄像头及手术机器人摄像模式简介

腔镜头拍摄特指助手利用腹腔镜镜头，由拍摄者（必须具有临床经验，一般为二助）手持镜头深入患者身体内进行近距离拍摄，无需增加摄像设备就能满足日常录像的要求。摄录系统利用腔镜器械，器材组装、连线十分方便，需要时可以随时使用，针对胸腹腔内手术，录制优势明显。

随着医学科学技术的发展和进步，手术机器人（即达芬奇手术机器人）逐渐来到大家的身边［4］，其自身携带高清摄像头，可嵌入机器手臂中进行实时录像，对手术影响较小［5］，同样针对胸腹腔内手术录制，优势明显。

1.2 腔镜摄像头及手术机器人摄像模式优点

①占地小、不耽误手术。随着外科医学技术的发展，微创+小刀口治疗已经成为现如今的趋势。腔镜镜头长约50cm，直径1cm，由拍摄者（助手）手持进入患者胸腔或腹腔内拍摄录制［6］，且拍摄位置多为主刀正对面或一侧，占用体积小，对手术操作影响也较小。

②更加深入贴近，清晰度高。因腔镜进入患者身体内部进行拍摄，具有其他开放手术摄像设备无法比拟的优势［7］，摄像头可直达手术刀贴近的位置，腔镜镜头直径大约1cm且为120侧视镜，因为离拍摄术野非常近，所以画面呈现完整、清晰，细致程度甚至超过手术者（主刀）的肉眼观察［8］。

③辅助手术照明。利用腔镜自带的冷光源可以给光照不足的手术区域照明，提高画面的清晰程度，从而协助主刀进行手术，保证画面质量。

1.3 腔镜摄像头及手术机器人摄像模式缺点及改良

①缺点。该拍摄模式需要拍摄者参与到手术中，上手难度高。因需要使用腔镜摄像头在手术中拍摄，拍摄者必须具备一定的医学专业素养，所以一般都是助手充当摄影师。由于助手缺乏摄影知识，手术录像时多数处于“打开亮红灯，一直开着录”这个阶段，因此产生的废镜头较多，时常让观看者产生炫目的镜头感，给后期剪辑增加了困难。通常腔镜镜头不具备相机镜头所具有的光圈、快门功能，也不能进行变焦，这在一定程度上影响了画面质量［9］。另外，助手还需要参与到手术进程中，手术现场变化莫测。

②改良。录制手术要有针对性方能发挥腔镜的优势，比如针对腹腔、胸腔内部镜头录制时，应对助手进行基本的摄影知识培训，如拍摄画面要稳、起幅、落幅等，这样才能发挥其最大优势。

2 数字化手术间 （无影灯）HD-SDI实时摄像模式

2.1 数字化手术间（无影灯）HD-SDI术野摄像模式简介

一般手术间摄像机器分为中置术野摄像机和外置术野摄像机两种，其中较为常用的是外置术野摄像机。通过信号源种类又可分为模拟BNC术野摄像机、高清HD-SDI信号术野摄像机、网络RJ45术野摄像机、HDMI术野摄像机［10］。这些摄像机之间的主要区别集中在HD-SDI术野摄像机产出的影像是无压缩的高清画质，且画面不会出现延时情况。网络术野摄像机拍摄时会压缩信号图像，导致画面相对不清晰、软解码失去色彩、手术画面平均延时2秒左右、画面出现不同步的情况等。所以，通常主流数字化手术间匹配的就是HD-SDI高清摄像机。

一般来讲，数字化手术室内包含3个HD-SDI、4K高清摄像头，分别安装在无影灯上（上帝视角）、手术室大环境、腔镜内，三个摄像头分工不同，一起配合完成整台手术的转播录制。看似摄影师的作用被“削弱了”，但其实恰恰相反，先进的设备只能让术野拍得更清楚、变焦更快速，但冷冰冰的机器后，人脑是不可替代的，也是其中起到决定性作用的，通常可适用于大多数手术录制。

2.2 数字化手术间（无影灯）HD-SDI术野摄像模式

①上帝视角，最大程度上不干扰手术进程。专门为数字化手术间设计的VOLERS高清术野摄像机，配合10倍、20倍高清光学变焦镜头，可以将想录制的画面任意进行放大拍摄。由于摄像头就固定在无影灯旁边，基本不会影响到手术进程，这是数字化手术间摄像镜头的最大优势［11］，同时，由于无影灯位置高，拍摄镜头位置也高，因而画面不会出现遮挡，且数字化手术间光源较为充足，也为拍摄记录亮度提供了保障。

②摄影师拍摄方便、省力。摄影师不需要在手术床旁操作，只需要在数字化手术间操作平台转动摄像头，选取所要拍摄的画面即可，方便快捷。

③5G+4K，给影像输出端提供无限可能。“5G+4K”两种技术的结合，造就了数字化手术间的无限可能。数字化手术间解决了传统手术信息孤岛的问题［12］，利用4K镜头和5G技术，将变化莫测的手术台直接实现多维度实时分享传播，输出端口可以根据选择输出到LED显示屏、示教室、会议室，甚至是网站及手机医疗客户端［13］。主刀医生在手术中遇到突发情况时，可以随时聘请院外专家进行会诊［14］，同时让年轻医生不用走进手术室也可以掌握手术的所有细节。

2.3 数字化手术间（无影灯）HD-SDI术野摄像模式不足和改良

①不足。一方面，录制过程中，产生的废镜头比较多，通常“一镜到底”录制视频较长，导致后期剪辑压力过大，比如将8h的手术录像剪辑成10min的画面，需要耗费很大精力；另一方面，由于摄像机固定在无影灯上，镜头旋转角度受限，经常出现术者遮挡术野画面的情况，拍摄画面有限；最后，面对患者胸腹腔内位置较深的手术拍摄，无影灯摄像头基本“失去功效”，尽量避免此类手术拍摄。

②改良。建议对录制人员，比如手术护士进行摄影基础培训，确保画面录制过程中，有专人负责监控画面，及时解决手术现场拍摄出现的问题。

3 摇臂摄像模式

3.1 摇臂摄像模式简介

摇臂摄像特指利用摇臂设备，根据前期沟通手术位置提前将手术摇臂固定在手术床上或架设在手术床旁，一名设备操作人员坐在手术室内控制摇臂机器人，对手术进行录制，摇臂由多个“关节”组成，关节摄像头可进行360°运动，以任意角度拍摄画面。

3.2 机械摇臂摄像模式的优势

①反关节操作，科技化程度高。摄影师不需要参与到手术中，对手术台影响小。机器人包含多个可360°调节的关节，延展性完全超越人手功能，可进行反关节拍摄，增加更多的可能性。另外，只需要提前固定好拍摄位置在远程操作设备，对手术影响较小。

②摄影师不用参与到手术中，对手术影响小。摄影师只需要坐在手术台旁边，操控“手柄”控制摄像探头，对画面进行调整拍摄就可以录下画面，不用参与手术，最大程度减少对手术的影响。

3.3 机械摇臂摄像模式的不足及改良

①不足。摇臂摄像头手柄的操作与摄像机镜头操作不同，需要进行专业培训，摇臂结构运动迟缓，操作不够熟练会耽误拍摄时机；另外，摇臂操控需要电源和大内存存储卡，相机不断录制并存入储存卡中，一旦断电就会“前功尽弃”。

②改良。相机电源要提前做好固定，防止断电。

4 小高清摄像模式

4.1 小高清摄像模式简介

小高清拍摄特指摄影师利用高清摄像机，携带三脚架进入手术室内部进行拍摄。通常有两名摄影师携带两个相机（一主一辅），听取主刀医生建议后，机位位于主刀、副手旁边，对开放术野（被摄主体）［15］形成类似“V”（V的点即被摄物，两端即摄影机）字型拍摄布景，这样的拍摄方式能够最大程度方便摄影师在手术中取景拍摄［16］。这种小高清+三脚架的拍摄方式，常见于大部分的开放手术录制。

4.2 小高清摄像模式的优势

①摄影师进入一线录制，画面镜头丰富，废镜头产生少，后期剪辑压力小。专业摄影师亲临手术现场，画面镜头丰富、专业，双机位拍摄能够最大程度确保手术中尽可能少地出现主刀医生遮挡镜头的情况［17］。经过前期沟通，了解哪些画面是“必用的”，哪些画面是“废镜头”，录制的视频可以最大限度地减少后期剪辑工作量。

②再复杂的手术环境，专业摄影师也可解决问题。手术现场变化莫测，无影灯照射术野需要不断变换位置，主刀、副手的位置也会因为手术术野的方向不停地发生变化，画面会出现忽亮忽暗的情况［18］，专业摄影师可以根据现场的变化进行调整，从而保障拍摄质量。

4.3 小高清摄像模式的不足及改良

①不足。摄像器材限制，腹腔胸腔类手术存在视野盲区。开胸、开腹类手术多位于患者身体内部10 cm［19］，甚至更深，在极其狭小的空间里，主刀、二助甚至三助的手几乎充满了整个术野，再小的摄像机也无法准确到达位置进行拍摄，对录像造成极大不便［20］。另外，该拍摄方式需要摄影师进入手术一线，会增加患者感染的风险，也在无形之中增加了手术风险。

②改良。避免胸腔、腹腔类深度手术拍摄，扬长避短。提前与主刀医生进行沟通，寻找合适的摄录角度，提前进入手术室对器材进行必要的“消杀”，严格遵守手术室无菌操作规则。

5 头戴式摄像模式

5.1 头戴式摄像模式简介

头戴式摄像机，顾名思义，就是主刀医生在手术进行过程中，全程佩戴于头上的小型摄像机。头戴式摄像机对手术现场影响较小，常用于除开胸、开腹外的一般手术录制［21］。

5.2 头戴式摄像模式优势

头戴式摄像机镜头较为轻便，不需要占用人力，基本不会影响手术进程。随着国内网络直播的发展［22］，头戴式摄像机可以与WIFI相联，实现录制视频双备份，也可以在互联网直接发布，功能日趋强大。

5.3 头戴式摄像模式劣势和不足

①不足。头戴式摄像镜头固定于拍摄者头部，拍摄角度较为单一，拍摄画面不方便调节。因为是主刀医生拍摄，导致画面产生“废镜头”较多。另外，摄像头只具备基础的录制功能，画面质量无法与高清摄像机相比。

由于不能实时观看拍摄画面，手术过程中低头或者转头碰撞到摄像镜头，也可能会出现手术画面“一个也没录上”的情况，或者由于手术紧急，出现“忘记开机”的情况。

②改良。对头戴摄像头录制人员（主刀医生）进行基础录制培训，确保录制画面的准确性、稳定性；另外，建议摄像师利用电脑等监控设备实时监控录制画面。

6 各类手术视频录制模式对比

为了更加直观地展现各类手术视频录制模式的优劣势，笔者结合多年临床拍摄经验，对各类手术录制模式进行汇总（如表1所示），供大家参考。

表1 各类手术视频录制模式对比

7 结论

以上5种手术录制模式综合了国内目前普遍采用的视频录制模式，经研究发现，除腔镜摄像头外，其他拍摄模式摄影师参与度都较小，这是为了减少拍摄过程对手术的干扰，有助于医护人员专注于手术，也有助于增强示教拍摄的完整度。在手术视频拍摄中，大部分的拍摄模式都更适用于骨科手术或浅层组织手术，而对于肿瘤手术来说，需要在腹腔、胸腔等身体内部进行，拍摄画面容易遮挡。随着微型摄像、3D等技术手段逐步应用于手术拍摄，将会逐步改变这一现象。

随着科技不断发展，新技术层出不穷，新兴的视频录制工具在手术示教拍摄中会发挥越来越重要的作用（如手术机器人、头戴式VR摄像机），随着操作门槛的降低，拍摄难度会越来越小，在手术中占用的空间、资源和对医护人员的干扰也会减少，能够显著提高视频清晰度。随着新设备的广泛应用，将会大大提升视频拍摄的质量和效率。因此，无论是专业的摄影师还是承担拍摄任务的医护人员，都应顺应时代趋势，发挥主观能动性，不断学习新技术，带动手术视频拍摄迈上新的台阶。