2019-10-17
19 June 2019 目前微创手术已经有了巨大的进步，并已改变了手术进行的方式。技术的进步使得人们制造出越来越小的腹腔镜手术器械并提高了成像质量，使得腹腔镜外科医生可在大多数解剖平面(即使是血管丰富的区域)进行精确的分离且出血量极小。 本专题将整理Jon Gould等学者的文章讨论可用于腹腔镜手术的成像系统。
腹腔镜手术术野及手术仪器有其特有的技术问题，即使是对于最有经验的外科医师，这些问题都是严峻的挑战(特别是在遇到大出血时)。
与开腹手术的术野相比，腹腔镜手术的术野暴露有如下难点：
● 缺乏深度感的二维视野。
● 视野受限。处理局部结构时，手术器械可能会间断性地离开视野。当前视野之外的部位可能会发生出血或损伤(如由撕开粘连引起)，且术者可能无法立即发现。
● 腹腔镜器械的操作空间受限。由于可插入腹腔的腹腔镜器械的数量和大小有限，故完全暴露手术野会比较困难。腹通道孔的布局也取决于患者的解剖结构，这也会带来额外的挑战。
● 积聚于腹腔镜头端或腹通道孔部位的冲洗液、血液或体液都可破坏手术视野。解剖器械[如单极电凝、超声外科吸引器(cavitron ultrasonic surgical aspirator, CUSA)]浸没在液体中时，其性能也会受到影响，并且在继续使用的过程中会出现过多的液体飞溅。对于经验较少的腹腔镜医师来说，判断出血的严重程度可能比较困难；评估出血量以及决定是否中转开腹手术需要经验。
● 光吸收发生改变。带血的组织比未被染色的组织反光少，从而导致术者难以辨别结构和解剖层面。
● 在切割和止血过程中所使用的电外科器械产生的腹内烟雾和蒸汽可使视野变得模糊。而频繁开放腹通道气孔清除烟雾可导致腹内压力和气腹丧失，从而使手术暴露和器械安放失败。[使用排烟滤过系统可改善能见度，但会增加手术的额外费用。]
● 腹腔镜摄像镜头很容易频繁起雾，特别是在手术早期镜头预热到体温之前。[使用镜头加热器和防雾溶液可减少手术过程中腹腔镜摄像镜头雾气的形成。]
● 术者手部的动作是半反向的(即左是右、右是左、下是上、上是下、里是里、外是外、顺时针是顺时针、逆时针是逆时针)。
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虽然微创手术是对手术操作的一种相对较为现代的补充方法，但其最早起源于1901年，在当时首次使用了光镜观察腹腔内脏器。腹腔镜手术的发展受限于缺乏足够的照明，而微创手术在20世纪后期的迅速发展主要依赖于技术上的进步。
腹腔镜
腹腔镜实质上是一种硬式内镜(图 1)，在医师操作和分离腹腔结构时用于照明腹腔并拍摄图像。目前还有前端可屈性腹腔镜和三维成像系统可供使用。然而，这些仪器可能的临床影响仍不甚明确且腹腔镜的选择通常是基于术者的偏好。
图 1. 硬式内镜结构图解。
● 硬式腹腔镜的构造 — 硬式腹腔镜是一种有双通道的硬质金属管，其近端有一个目镜或摄像机耦合器，远端有一个光学物镜，后者通过一系列杆状透镜来收集和传输图像。
腹腔镜的第1个通道由一束长度与腹腔镜长度匹配的玻璃纤维组成，形成了一个环绕镜头外层的环，可将来自外部光源的光传送至内镜前端。
第2个通道，也就是腹腔镜的中心通道，由多个沿内镜全长分布的杆状透镜组成，可转化图像。
杆状透镜在20世纪50年代被引入，它有独特的内部捕光特性，因此可以最大限度降低图像退化。
中央通道将图像回传至腹腔镜的目镜端，现代内镜的目镜通常与摄像机相连。位于摄像机内的数字成像芯片可将镜内图像传输至外部显示器。
硬式腹腔镜的直径为3-12mm。小口径腹腔镜与大口径腹腔镜相比，由于通过中心通道透镜传输的光较少，获得的图像质量也相对较差。
物镜位于腹腔镜的远端，制造时可以有0°-120°的角度范围。这种“视角”可以让术者看到在其他情况下可能位于镜头视野之外的物体。0°镜可以提供腹部或盆腔的全景视野。成角的(30°、45°和135°)镜头有助于观察前腹壁，并有助于在包块周围或更深的空间中进行操作。
● 光源和纤维光学 — 充足的照明对安全实施腹腔镜手术十分重要。
纤维光学技术将光从光源传送至最近端的灯柱，并传送至腹腔镜的远端，从而为腹腔提供了更好的光照强度。随着光导纤维数目增多，光缆直径增加以及功率增大，光的传输情况就更好。目前使用最广泛的灯泡是氙灯或汞媒介电弧长度碘化物灯(hydrargyrum medium arc-length iodide, HMI)。对大多数硬式和可弯曲式腹腔镜来说，由于光源的大小以及灯泡产生的大量热量，光源被单独置于手术野之外。
● 成像器 — 高质量的图像对安全地进行腹腔镜手术至关重要。
成像器嵌在与腹腔镜末端相连的摄像头内；摄像头还具有机械变焦功能和一个聚焦环。对于使用可屈式内镜的手术，成像器位于内镜的顶端，不需要单独的摄像机装置。
成像器是由一个或多个电荷耦合器件(charge coupled device, CCD)传感器组成的，它们可将光学图像转换为电信号。CCD芯片的每个像素可读取一个光的原色(即红色、绿色或蓝色)。早期的摄像机使用一个CCD传感器，但通过对CCD传感器的改进(特别是能够制造出更小的CCD)，摄像头内已经可以放置进3个传感器，每个传感器读取一种原色。光学图像到达CCD前先通过一个分光器将光信号分为3束，每一束对应一个传感器。这一进步提高了单个CCD芯片的分辨率，出现了高清晰度摄像机，可提供细节更加丰富的图像。小口径腹腔镜对某些应用是有利的；然而，与较大口径的腹腔镜相比，小口径腹腔镜的成像芯片较小，因此所提供的图像质量较差。
● 视频监视器 — 视频监视器让术者和手术组的其余人员都可以看到手术操作。
将摄像头放入腹腔之前应当调节好白平衡。一般来说，腹腔镜手术中需使用1-2个监视器，一个置于主刀医师的视野范围内，另一个置于助手医师的视野范围内。手术过程的静态照片或视频拷贝可以被记录下来。
● 三维成像 — 在开腹手术中，与在日常生活中一样，外科医生可从三维视角(three dimensions, 3D)看到一切事物；但在微创手术中，由于图像在通过透镜和摄像机的传输过程中丧失了深度感，视野减少至二维视角。被称为立体镜的特殊摄像机使用两个并排的成像系统，类似于人类双眼。虽然立体镜最早在20世纪初被引入，但目前仍未被广泛使用。限制立体镜应用的主要因素与图像的呈现方式有关，即应以何种方式呈现才能使大脑以三维视角感知图像。
微创手术中已经利用三维成像优点的一个领域是机器人手术。在机器人手术系统中，应用了两个模拟人眼的独立摄像机。所采集的图像经过数字优化被传输至外科医师控制台。外科医师可通过浏览显示系统以三维视角观察图像，在该系统中每只眼睛都有其各自的显示屏。这种方法可使大脑以三维视角观察事物，从而为外科医师提供一个更类似于开腹手术的视野。
● 可屈式内镜 — 通常用于行上消化道内镜检查和结肠镜检查的可屈式内镜可用来替代硬式腹腔镜，在单切口腹腔镜手术中可能特别有用。
1952年，日本的一个内科医师团队研发出了可屈式胃镜。早期的设备将图像从内镜头部传送至外置的成像器，但这种方法深受图像质量欠佳的困扰。随着成像器尺寸缩小并从外部被移至内部，先前内镜的诸多局限得到了克服，这一成像技术上的进步使可屈式内镜迎来了它的转折点。利用这种技术，图像在内部作为数字信号被捕捉后再传输至外部，而不是将内部捕捉的光学图像在外部转换成数字信号。图像质量的提高使得整合操作通道成为可能，从而使各类器械可从可屈式内镜中穿过。
● 单切口手术使用的腹腔镜 — 用于单切口手术的腹腔镜需要协助，以避免各种器械在腹部内外发生碰撞。可以利用直径较小(5-10mm)、功能相对简单、具备串联式光缆的摄像机来减小其体外部分的大小。
成角摄像机镜头可用于对其他手术器械以上或以下平面成像。另一种选择是可提供100°视野的可屈式腹腔镜。一些可曲式系统使外科医师可通过按压一个按钮来切换硬式与可屈式前端。可变视角的腹腔镜可以将镜头的视向从0°调整至120°，而不是同可屈式腹腔镜一样改变腹腔镜轴的方向。
超声
自20世纪80年代以来，超声检查在很多应用中已经成为开腹手术的一个有用的辅助手段，这些应用包括肝内病变的定位、胆道系统的评估、胰腺囊肿的评估以及确定胃肠道恶性肿瘤的侵犯范围。腹腔镜胆囊切除术取代开腹胆囊切除术成为首选方法之后，开发一种可以引入腹腔镜通道孔的超声探头就变得十分必要。比较腹腔镜超声和术中胆道造影对检测胆总管结石的研究显示两者具有相似的敏感性和特异性。对于这种应用，超声具有免遭放射暴露的优势。
体内荧光成像
近红外荧光成像(near-infrared fluorescence, NIRF)是一种新兴的临床技术，需要使用可在大于等于760nm的近红外(near-infrared, NIR)波长被激发的荧光成像物质。使用适当波长的近红外光进行照射时，组织内的成像物质就会被激发并产生荧光，荧光聚集就会形成NIRF影像。
NIRF影像可以在术中显示成像物质在活组织中的分布情况，具有以下作用：
●在胆囊切除术中识别胆总管(图 2)
●在肝脏切除时评估胆漏的情况
●在结直肠切除术时评估肠道灌注情况
●在行妇科手术治疗子宫内膜癌或宫颈癌时检测前哨淋巴结
图2. ICG荧光识别胆管。L：肝；CD：胆囊管；CBD：胆总管。
吲哚菁绿(indocyanine green, ICG)是目前唯一被批准用于人体的荧光成像物质。ICG可经静脉注射或在相关病变周围注射。静脉注射ICG后可以在结直肠手术中检测组织灌注情况。循环中的ICG最终被肝脏被排泄到胆汁中，这一过程使得能够在肝胆手术(包括胆囊切除术)中得到肝胆管系统的影像。在前哨淋巴结定位时，应将ICG注射到肿瘤周围而不是经静脉注射。
成功获得NIRF影像还需要适合的激发光源、能过滤掉反向散射激发光的光学器件，以及捕获和分析荧光信号的探测器。腹腔镜手术在近乎黑暗的环境中进行，并使用专用光源和CCD传感器，所有这些特征都适宜NIRF成像。商用内镜系统使用的是在直视和NIR下均能进行操作的腹腔镜和摄像机，既能得到传统的腹腔镜图像，也能得到NIRF荧光图像。
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●与剖腹手术相比，腹腔镜手术有许多优点，包括：瘢痕较小、术后恢复较快、粘连形成减少，对于某些(但非全部)手术来说，还可减少出血并缩短手术时间。然而，这两种手术方法发生重大并发症(肺栓塞、需要输血、瘘管形成以及附加的计划外大手术)的风险相近。
●腹腔镜的手术野存在独特的技术挑战，包括深度感有限、视野受限、操作空间受限，以及光吸收改变、烟雾、腹腔镜镜头起雾或镜头上的血液所致的能见度受损。
●目前几乎所有用于剖腹手术的器械都有其对应的可用于腹腔镜手术的特定形式。腹腔镜手术中用到的仪器与设备包括：腹腔镜(摄像机)、超声、套管和端口设备，以及用于分离和止血的器械。
责任编辑：Zelin
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