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研究 | 外视镜在神经外科手术中的应用

发表时间:2020-04-08

2008年,MAMELAK等报道一种汲取神经内镜技术特点,并与传统手术显微镜定位相同的显微镜系统——外视镜,该系统中镜体置于术野数十厘米处,将手术图像进行光电转换并实时传递至高清显示屏上,术者通过显示屏观察术区情况。2010年,外视镜系统开始在神经外科手术中应用,并以其独特的结构功能特点逐渐展现出其区别于神经内镜系统及传统手术显微镜的优势。

1.1外视镜系统的结构组成

该系统通常有以下部分组成:远视镜、光源、高清摄像头、显示屏、支架。

①远视镜。术区图像传导的最基本光学通路,其拥有一个硬性、长杆状镜体,直径约10mm,长度约140mm,镜头与镜体长轴成0°或90°,焦距范围250~750mm,视野深度35~100mm。该镜体的诸多特质可为外科医生争取到一定手术操作空间的同时避免频繁聚焦调节。

②光源。目前,外视镜系统光源主要为光纤传导的氙气灯光源,或者由2颗LED灯提供光源,灯体位于镜头旁,为术区提供充足、精准照明的同时尽可能减少产生伪影。

③高清摄像头。高清摄像头连接于远视镜后,进行光电信号转换的同时可为视频图像提供变焦、聚焦等调节,上置焦距调节、图像放大等控制键,是手术医生与外视镜系统的主要交互元件。

④显示屏。实时显示术区影像,为手术医生及助手提供手术画面,如术者和助手位于手术台两侧,可分别于手术台两侧放置显示屏供术者及助手使用。且最新的外视镜系统可将手术影像信息经后期处理,以翻转180°的形式显示于助手显示屏上,从而使助手能更便捷参与手术进程。

⑤支架。用以固定、承托镜体。可与神经内镜共用支架系统,目前广泛使用的气动支架系统活动度大,可通过按键迅速便捷的调整镜体位置;更新一代的支架系统将更轻巧、灵活,更适合术者操控。

1.2外视镜系统的独特性

外视镜的结构组成不难看出其技术特点源于神经内镜技术,可理解为加强版神经内镜系统,但其功能定位类似传统手术显微镜,这就决定其不具备神经内镜可以凭借体积小通过自然腔道或人造窦道进行神经系统深部手术的特点;因此,其与传统显微镜在临床应用中不存在明显互补性。外视镜系统的出现是一种新的手术辅助显微镜系统尝试取代传统手术显微镜的开始。

外视镜功能定位类似与传统手术显微镜,因此,探讨其优劣势主要指外视镜系统与传统手术显微镜的优劣势比较。

2.1外视镜系统的优势

①更合理的人机工程学工作模式。与传统手术显微镜比较,术者不必低头曲颈注视目镜,而是以直立面向显示屏的方式进行手术操作,并可以自由扭动头部选择舒适角度,从而在长时间的手术进程中尽可能降低术者疲劳程度,此优势在某些部位(如枕下或乙状窦后)手术时将会更明显。术者以更加舒适的姿势进行手术操作可能对手术质量产生一定影响。

②更广视野、更长焦距、更大视野深度。外视镜较传统手术显微镜拥有更长的焦距、更广的手术视野及更大的视野深度,镜体通常置于距离术区250~750mm范围内,从而为手术操作提供更充裕的操作空间,并减少调焦频率。

③更高的手术图像质量。得益于高清摄像头与高像素显示屏,外视镜可以提供比手术显微镜更清晰的术区图像,手术观摩者可以在手术显示屏中看到同术者相同质量的图像,利于教学活动的开展。同时,高质量手术图像及较大显示屏可以给术者提供沉浸式的手术体验,增加手术专注度;手术显示屏还可以让手术室内所有成员随时了解手术进程,更积极高效地参与到手术过程中。

④更加便捷高效的操控。传统手术显微镜进行角度调节等操作时,术者需要双手同时操作,而采用气动支架的外视镜系统在调整镜体位置、调焦等操作均可单手完成,操作更加方便、高效。

⑤体积、重量小,可移动性好,且成本低。此方面外视镜系统较手术显微镜有明显优势,其结构特点决定其占用空间小、可移动性好,在仪器设备繁多的手术室更具有兼容性。且外视镜较手术显微镜有明显的成本优势,使其在发展中国家或小型医院更具推广价值。

⑥易与手术室内其他设备进行整合。外视镜系统电子成像技术特点及占用空间小的优势,更易于同术中导航资料及其他基于显示屏的手术设备进行整合,更具兼容性。

2.2手术显微镜的优势

①更好的视觉立体感。双目镜手术显微镜凭借双眼视觉差异产生立体视觉。多个报道中,神经外科医师均将缺乏立体视觉效果列为外视镜的一项不足,即使有学者认为三维立体感并非限制手术的关键因素,可通过外科训练克服,或通过术区器械移动为二维手术视觉引入时间维度,以弥补三维空间觉的缺失;但在深部复杂手术时,二维的外视镜系统仍无法取代传统手术显微镜。研究报道显示:在脑深部关键部位手术中,最新的3D-外视镜系统依然无法完全替代手术显微镜。

②在脑深部病变手术及出血时组织辨认中的优势。最新的3D-外视镜系统可以提供良好的立体视觉,但传统手术显微镜在颅脑深部病变手术及出血时组织辨认方面依然有无可替代的优势,OERTEL和BURKHARDT在3D-外视镜系统的临床研究中发现,在列入研究的一组由5例颅脑手术、11例脊柱手术组成的研究对象中,3例颅脑手术在手术关键步骤中手术医生不得不摒弃3D-外视镜系统而使用手术显微镜继续完成手术。这3例手术中无法使用3D-外视镜系统完成整个手术过程的因素可能是多方面的,包括照明、立体视觉、支架调节及对焦等,但无论如何对脑深部复杂手术,手术显微镜仍有一定优势。

3.1国内外发展现状

2008年,MAMELAK等首次报道2D-外视镜系统在活体动物模型接受测试。2010年,MAMELAK等开始2D-外视镜系统的临床应用研究。2017年,SACK等首先报道在人体标本上对3D-外视镜系统的外科应用进行测试研究。目前,国外已有较多外视镜系统在临床使用的研究报道,其使用技术及经验日趋成熟。而国内相关研究起步较晚。2013年,国内学者开始以自制的轻便型显微镜(screen surgical operation mode,SSOM)系统在尸头上进行模拟手术操作研究。但目前商用的标准化外视镜系统的测试研究以及外视镜系统的临床应用研究国内鲜有报道。

3.2发展趋势

外视镜系统的功能定位类似于传统手术显微镜,其只有突出比较优势才能在手术显微镜技术业已成熟的背景中继续发展。

①利用其兼容性好的优势同多种术中辅助设备结合。如与术中导航或管状牵开器等仪器整合,开展多模态的神经外科手术;外视镜系统也可通过添加滤镜进行胶质瘤荧光手术,也有报道整合使用外视镜系统与神经内镜系统来消除传统内镜手术时由硬脑膜开口处到内镜镜头之间的视觉盲区的案例。

②通过与手术显微镜的比较研究,扬长避短,找出更适合外视镜系统的手术部位或术式。脊柱手术由于神经血管结构相对简单,术野相对较浅,适合进行外视镜手术治疗,且外视镜镜体与术区距离较手术显微镜远,易于操纵等特性使其可以更高效进出手术区域,适合脊柱手术时复杂固定器械、植入物使用及需术中频繁透视检查的手术,有时在使用C臂时也可不必调整镜体位置;外视镜系统在表浅的颅脑手术或需要术者以一种不舒适的姿势进行较长时间手术的术式中均具有一定优势。

外视镜系统的推广发展与以下两方面息息相关:①外视镜系统技术的继续升级改进。随着各项技术的发展,在可期的未来,外视镜系统将继续改进发展,比如照明系统升级、3D-外视镜系统的完善及推广等,使外视镜系统展现出更多优势。②神经外科医生的接受和学习。鉴于外视镜系统存在区别与传统手术显微镜的独特优势,外视镜系统的操作使用应该成为神经外科医生必备的操作技能之一,且对有神经外科显微操作经验,尤其是神经内镜操作经验的医师其学习难度并不大,外科医师的接受是其发展的基本要素之一。

19世纪中期,外科手术室窗户通常朝向东南,且室内需装反光镜,以达到良好的手术照明及显露效果。这是为满足外科手术的3个基本要素:照明、显露和视野。技术进步推动手术辅助设备的不断升级,从最初手术显微镜的应用到如今各种新的手术成像系统出现,每一次尝试都是对已有技术的补充和完善。目前,外视镜系统尚不能完全取代手术显微镜在神经外科手术中的地位,但其展现出的独特优势应引起广大神经外科医师的重视,并将熟练掌握外视镜手术作为一项必备技能,一个合格的神经外科医生应该选择最适合手术方式来进行疾病治疗,手术显微镜、神经内镜和外视镜都应该是手术备选项。随着技术的持续升级进步,外视镜系统也将继续升级改进,相信其会开启一个新的时代。



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