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            行業資訊

            微創外科相關科技創新熱點及其在胃腸外科中的應用

            2019/8/16 13:52:59
            摘  要

            微創技術在胃腸外科手術中已得到廣泛應用及認可。微創技術的發展發揮了推動疾病診斷與治療進步的作用。近年來,微創技術相關科技創新層出不窮,4K超高清攝像顯示系統、裸眼3D技術、5G虛擬現實技術、腹腔鏡熒光顯影示蹤技術等視覺顯示技術的應用,對微創胃腸外科的手術方式發展、技術規范與培訓等方面均起到了推動作用。筆者期待:在未來的發展道路上,我國充分發揮經濟與科技發展迅猛的勢頭,在微創外科技術創新、診斷與治療標準上引領世界先進水平。


            微創技術在胃腸外科手術中已得到廣泛應用及認可,在淋巴結清掃、消化道重建等方面已優于或等同于傳統開腹手術。究竟是手術方式還是技術發展引領疾病的治療?疾病有發生、發展、轉歸的內在規律,其診斷與治療并不由技術的發展決定,但技術的發展起到了推動疾病診斷與治療進步的作用。工欲善其事,必先利其器。近年來微創技術相關科技創新層出不窮,推動著外科手術,特別是胃腸外科手術的發展。筆者就微創外科相關設備與技術創新在胃腸外科中的應用進行闡述。

            1 腹腔鏡視覺顯示已進入4K超高清時代


            2004年,由好萊塢7大電影公司組成的數字電影推進聯盟(digital cinema initiative,DCI)修訂并推出了其技術文檔4.0行業標準,規定數字影院清晰度分為兩級,其中較高一級即DCI 4K(4 096×2 160分辨率,24幀/s)的信息量是高清電視的4倍以上。
            目前,具有4K分辨率的超高清2D腹腔鏡憑借出色的圖像細節、空間感知和色彩精確度,已能使外科醫師術中所見解剖結構具備更佳的真實感和縱深感。
            已有的研究結果顯示:4K腹腔鏡系統在狹小空間比3D腹腔鏡系統更具有優勢,其高分辨率可增強在狹小空間內的視野縱深感,從而一定程度上補償立體視野的不足。4K系統在操作的失誤率方面較3D系統更少。2018年,4K超高清腹腔鏡已進入國內市場,筆者作為國內最早開展4K腹腔鏡胃腸腫瘤根治術的術者,有如下體會:在具有4 096×2 160分辨率的超精細畫面的視野下,不同組織結構的細微差異得以體現,微小血管、細微神經、平時與周圍脂肪組織難以分辨的淋巴結,在4K超高清腹腔鏡下清晰可辨,保證淋巴結清掃、神經血管保護的精準化操作得以真正實現,手術層面的尋找與維持也更為確切和便利。
            筆者中心曾對參與手術的各級醫師就傳統2D高清腹腔鏡、3D腹腔鏡、4K腹腔鏡手術中的視覺感受進行主觀問卷調查,初步尚未發表的結果顯示:3種手術系統空間定向感、視角操控協調度、視敏度、分辨率、縱深感、顏色分辨率、操作感、與屏幕的距離、刷新頻率的評分結果比較,差異均有統計學意義。
            4K腹腔鏡系統在視角操控協調度、視敏度、分辨率、顏色分辨率上較2D和3D腹腔鏡更具優勢,而空間定向感、縱深感、操作感尚不及3D腹腔鏡。這一結果與筆者的臨床實踐體會相符:4K腹腔鏡系統提供的顏色分辨能力、視覺細膩程度,對淋巴結辨別、細微血管和淋巴管結構辨識均有優勢。這一優勢對于胃腸腫瘤的淋巴結清掃,特別是部分肥胖患者的淋巴結清掃,或者胰腺組織周圍的淋巴結清掃尤為重要。
            以胃癌手術為例,筆者中心在4K腹腔鏡胃癌根治術中的初步研究結果顯示:4K腹腔鏡組與3D和2D腹腔鏡組手術時間、術中出血量、術后并發癥、術后恢復情況比較,差異均無統計學意義。
            這提示4K超高清腹腔鏡應用于胃癌根治術安全、可靠,其短期療效與3D或普通2D腹腔鏡系統相同。術后病理學檢查顯示:雖然4K腹腔鏡組與3D和2D腹腔鏡組清掃淋巴結數目及淋巴結陽性數目比較,差異無統計學意義,但4K腹腔鏡組清掃淋巴結總數最多。在胃癌手術操作中,清掃第6組淋巴結時,4K腹腔鏡對胰腺組織與淋巴組織之間的辨別更加清晰、確切,有助于避免對胰腺的誤損傷;清掃第8組淋巴結時,4K腹腔鏡可對肝總動脈表面迷走神經分支進行充分的辨識與保護;清掃第9組淋巴結時,4K腹腔鏡更能清晰辨別胰腺上緣的Gerota筋膜,即該組淋巴結的后界,從而使該組淋巴結清掃范圍更標準。同樣,在結直腸手術中,"神圣平面"的尋找和維持過程中4K腹腔鏡下"天使發絲"樣的結構更為清晰,不同解剖層面之間的微血管結構更為清晰。
            這為指導外科醫師辨認、尋找、維持正確的解剖層面提供更加確切、客觀的視覺依據,使其更為準確、可靠地貫徹腹腔鏡下完整結腸系膜切除、全直腸系膜切除等原則。此外,上腹下神經叢、腹下神經、盆神經叢和神經血管束等容易損傷的神經結構在4K腹腔鏡視野下顯示更為清晰,這有助于外科醫師術中對這些神經進行更為確切的保護。筆者認為:這可能是由于上述視覺優勢,使4K腹腔鏡在胃腸手術的淋巴結清掃、層面尋找與維持、組織功能的保護等方面具有更高的實用價值。
            目前國內市場的4K腹腔鏡系統仍為進口產品,但國內企業的4K產品也已開始投入市場。然而,真正的4K系統應當從圖像采集、數據處理到圖像顯示全程超高清。目前國際上更有設備制造廠商把3D結合4K的腹腔鏡作為研發目標并已付諸實施,這些熱點技術的結合值得期待。4K腹腔鏡時代已經來臨。


            2 基于3D腹腔鏡技術的裸眼3D顯像技術


            第一代3D腹腔鏡系統于20世紀90年代應用于臨床,但因其技術的局限性,圖像分辨率低下,使用者極易產生視覺疲勞和不適感,無法在微創手術中顯示優勢。
            第二代3D腹腔鏡系統即目前廣泛使用的基于偏振式眼鏡呈現的3D顯像技術,其清晰度與刷屏率均能達到微創手術要求,特別能在胃腸手術中體現優勢,其高清圖像結合3D腹腔鏡系統的縱深感,使解剖層次更清晰,手術更安全,尤其是能部分解決腹腔鏡手術中經常困擾外科醫師的鏡子起霧問題。
            近年來數項薈萃分析和系統評價對眼鏡式3D腹腔鏡在微創外科手術中應用的可行性、安全性進行了研究,并進一步確認了3D腹腔鏡在提高手術安全性、縮短手術時間等方面較傳統2D腹腔鏡存在優勢。
            然而,外科醫師手術中佩戴的偏振式眼鏡具有光衰減作用,顯示屏幕的亮度衰減將導致圖像失真,影響對解剖結構的精準判斷,周圍環境的亮度衰減將導致術者與屏幕外環境互動時似在不同視覺感受間切換,容易出現頭暈等不適。長時間佩戴眼鏡以及技術本身帶來的雙目輻輳調節沖突等原因容易導致術者視覺疲勞。此外,術者呼出的水蒸氣容易在鏡片上凝結成水霧,影響圖像的清晰度,進而影響手術的流暢程度。
            針對這些缺陷,基于視障光柵與柱透鏡陣列技術及人眼或人臉跟蹤技術而實現的免眼鏡式3D顯像技術——裸眼3D顯像系統應運而生,并于2008年首次應用于腹腔鏡手術中。
            盡管經過近10年的發展及設備改進,裸眼3D技術臨床應用的報道仍相對匱乏。國內有報道將裸眼3D技術應用于經口腔入路的甲狀腺切除術,并與眼鏡式3D技術進行比較,結果顯示:兩者手術相關指標及治療效果相當,裸眼3D組手術時間略短于眼鏡3D組,但差異無統計學意義。裸眼3D組術者眼疲勞主觀評分顯著低于眼鏡3D組。
            Liu等報道利用裸眼3D胸腔鏡開展包括肺癌根治術的多項復雜胸腔手術,取得滿意的手術療效。與傳統2D腔鏡比較,裸眼3D腔鏡在縮短下縱隔淋巴結清掃時間、提高腔鏡下血管縫合質量等方面展現出明顯優勢。此外,裸眼3D技術在縮短初學者學習曲線方面也具有一定臨床價值。
            筆者團隊已開展一定例數的裸眼3D腹腔鏡胃腸腫瘤根治術,初步體會是:裸眼3D顯像系統圖像清晰度佳,更明亮,更真實,更利于手術,特別有利于淋巴結清掃。然而,裸眼3D顯像系統亦有不足之處:
            (1)裸眼3D顯像系統僅使主刀醫師免于佩戴眼鏡,其他醫師觀看需要更多顯示屏,增加了設備費用。
            (2)受目前技術的限制,裸眼3D顯像系統對分辨率會產生一定影響,且無法通過旋轉鏡頭切面改變視角。
            (3)裸眼3D顯像系統要求鏡頭與目標間保持適當的距離,否則會影響成像效果,這對持鏡者提出了更高要求。


            3 5G時代虛擬現實技術在微創胃腸外科的應用


            2016年5月,上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院率先在國內通過虛擬現實技術網絡直播了3D腹腔鏡結直腸癌根治術,成為當時微創外科領域新的熱點話題之一。
            其優勢在于:既往3D腹腔鏡手術直播需要3D顯示屏、3D眼鏡,應用虛擬現實技術之后,只需1部手機和1副插入式虛擬現實眼鏡就能實現。在會議現場戴上這副眼鏡后,就如同身處手術室中,從手術者的視角參與整個手術進程的觀摩中,具有極強的身臨其境感。
            然而,受當時第4代移動通信技術(the fourth generation of mobile phone mobile communication technology standards,4G)無線網絡速度的限制,攜帶大量數據的手術室現場畫面及腹腔鏡手術畫面在輸送過程中不可避免地出現傳輸延遲、圖像不流暢等現象,成為當時虛擬現實技術在微創外科應用過程中的技術瑕疵。
            近年來,隨著國家科技力量的不斷強大,第5代移動通信技術(the fifth generation of mobile phone mobile communication technology standards,5G)的應用掀開了嶄新篇章。以5G這一熱點新技術作為網絡輸送的新平臺,再結合虛擬現實技術,對微創外科手術進行直播,有望在近期獲得實踐。
            由于5G具有更高速率,更寬帶寬,網速理論上將比4G提高約10倍,只需幾秒即可下載一部高清電影,能夠滿足用戶對虛擬現實、超高清視頻等更高的網絡體驗需求。因此,隨著4K超高清腹腔鏡系統的應用,結合目前最新5G技術,在5G移動通信網絡平臺上,通過虛擬現實技術直播4K超高清腹腔鏡手術,使超高清腹腔鏡手術,通過5G速度,以虛擬現實手段,呈現在更多希望參與、觀摩、學習手術的微創外科醫師面前,使其獲得更高清、更流暢的沉浸式觀摩體驗。
            這為微創外科的遠程教學與培訓、學術交流等提供技術更先進、更優質的實踐手段,為微創外科的技術培訓與推廣提供更高的技術平臺與更新穎的培訓模式,真正使術者和學習者通過虛擬現實技術,身臨其境完成遠程的"沉浸式手術"和"沉浸式教學與培訓"。
            此外,在5G基礎上,未來還有望在虛擬現實視覺的基礎上,再進一步添加交互功能,使學習者、觀摩者在視覺感受的基礎上,更能主動獲得與手術現場的實時交流與互動,從而更深切、更現實地體會到微創手術的遠程培訓優勢。


            4 腹腔鏡熒光顯影示蹤技術在微創胃腸外科的應用


            近年來,吲哚菁綠結合腹腔鏡熒光顯影技術,使淋巴結示蹤技術更好地應用于腹腔鏡下惡性腫瘤淋巴結清掃范圍的指引。吲哚菁綠因其獨特的理化特性,經腫瘤旁注射后能在引流淋巴系統內產生顯影效果。
            盡管近年來有多項臨床研究證實使用吲哚菁綠在胃腸道腫瘤術中行前哨淋巴結示蹤定位技術安全、可行,且有一定臨床應用價值,但也存在以下問題:
            (1)該技術對腫瘤轉移淋巴結顯示無特異性,對精準化的淋巴結清掃或避免不必要的擴大淋巴結清掃意義亦有限。
            (2)該技術實施方法有待規范,吲哚菁綠注射部位(黏膜下或漿膜下)、注射時間(術前或術中)、注射濃度、注射劑量、淋巴結活組織病理學檢查方式尚存在較大爭議。
            筆者認為:術中經腫瘤旁第4象限漿膜下層注射吲哚菁綠2.5 mg,15~30 min后前哨淋巴結開始顯影,可獲得較好顯影效果。且由于吲哚菁綠對前哨淋巴結示蹤的準確性及敏感性隨腫瘤T分期的進展逐漸下降,故其對早期腫瘤的意義可能大于進展期腫瘤。因此,如何精準判斷腫瘤T分期(CT檢查、MRI檢查、EUS檢查等)成為確定把握該技術是否應用的關鍵。
            此外,吲哚菁綠因其與血漿蛋白結合的能力較強,經靜脈注射后能在血管內維持一定時間,因此,能較好地實時顯示組織內灌注情況。已有大量的臨床研究結果顯示:在結直腸癌手術中使用吲哚菁綠顯影可實時反映吻合腸管的血供情況,幫助外科醫師選擇合適的吻合腸段。
            這一功能對腹腔鏡胃腸手術中選擇性的保留血管以及降低術后吻合口相關并發癥等熱點話題具有一定實用價值。


            5 結語


            百年外科手術發展史上有諸多里程碑式的進展,微創技術是其中之一。其改變了傳統手術的思維方式,最重要的是通過內窺鏡方式代替傳統開腹或開胸手術,使外科醫師在另一個維度開發出更多手術方式。
            從最初的標清到現在的數字化超清、3D等最新內窺鏡的技術,技術的迭代進步與快速發展使疾病的診斷與治療有了更多手段。現代微創外科發展歷程中的每一步,都建立在相關科技發展基礎之上。微創外科在我國開展30多年來,在外科應用取得巨大發展,無論從手術技術還是設備器械的研發上,我國已經走過了模仿、跟隨階段,到超越的階段。
            筆者期待:在未來的發展道路上,我國充分發揮經濟與科技發展迅猛的勢頭,在微創外科技術創新、診斷與治療標準上引領世界先進水平。
            利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突


            作者:鄭民華 馬君俊

            文章來源:中華消化外科雜志, 2019,18(5) 




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