齊洪武,劉 碩,劉巖松,曾維俊

視覺儀器對于確保微創(chuàng)手術(shù)的高質(zhì)量手術(shù)效果至關(guān)重要,并逐漸成為研究的焦點[1]。手術(shù)顯微鏡于20世紀50年代末首次引入臨床后,由于其能夠照明和放大術(shù)野解剖結(jié)構(gòu),因此成為神經(jīng)外科術(shù)中可視化的金標準[2]。但手術(shù)顯微鏡在術(shù)中機動性、視野可及性方面存在局限。此外,手術(shù)顯微鏡的圖像只有術(shù)者和助手能夠?qū)崟r觀看,而且手術(shù)顯微鏡某些特殊擺位容易導(dǎo)致手術(shù)人員疲勞[3]。近年來研發(fā)的三維(three-dimensional,3D)外視鏡規(guī)避了這些缺點,同時保留了手術(shù)顯微鏡的優(yōu)勢,3D外視鏡在多種神經(jīng)外科手術(shù)中的應(yīng)用表明,它是手術(shù)顯微鏡安全有效的替代工具[4]。3D外視鏡在優(yōu)化照明和放大特性的同時,兼顧了人體工程學(xué)[5]。通過3D外視鏡,手術(shù)室中的所有人員均可觀看術(shù)中高質(zhì)量的可視化圖像,從而成為培訓(xùn)教學(xué)的重要工具[6]。本文就神經(jīng)外科3D外視鏡的技術(shù)參數(shù)、優(yōu)勢與不足、在神經(jīng)外科疾病中的臨床應(yīng)用進行綜述。

1 技術(shù)參數(shù)

3D外視鏡是由外視鏡光學(xué)系統(tǒng)、光源系統(tǒng)、氣動機械臂、4K-3D視頻顯示器組成的新型顯微光學(xué)手術(shù)設(shè)備[7]。目前多款3D外視鏡適用于神經(jīng)外科手術(shù),主流產(chǎn)品包括ORBEYETM(Olympus, Tokyo, Japan)和VITOM? 3D (Karl Storz SE &Co. KG, Tuttlingen, Germany)[6]。ORBEYE 3D外視鏡光學(xué)部分由兩個攝像機組成,每個相機的分辨率(像素)為3840×2160;術(shù)區(qū)照明由光纖LED光源提供;觀察者佩戴圓偏振3D眼鏡觀看顯示器圖像;光學(xué)變焦和數(shù)字變焦可通過手動或腳踏開關(guān)調(diào)節(jié),放大倍數(shù)為1.1～25.8倍,具有1∶12的變焦比(光學(xué)變焦6倍,數(shù)字變焦2倍);外視鏡的焦距范圍為220～550 mm;視野范圍為7.5～171 mm[8,9]。VITOM 3D外視鏡包括4K傳感器系統(tǒng),能夠創(chuàng)建分辨率(像素)為3840×2160的圖像,顯示在兩個4K 3D顯示器上。該外視鏡具有200～500 mm的焦距和可調(diào)節(jié)的變焦范圍,能夠?qū)⒁曇胺糯?～30倍[10,11]。

2 優(yōu)勢與不足

2.1 優(yōu)勢 3D外視鏡最顯著的優(yōu)點是提供手術(shù)區(qū)域的3D視圖,視覺圖像質(zhì)量上3D外視鏡具有4K分辨率或超-高清分辨率的能力,3D外視鏡系統(tǒng)已經(jīng)具有與手術(shù)顯微鏡相同或更高的分辨率[12]。外視鏡LED光源比手術(shù)顯微鏡鹵素?zé)襞莓a(chǎn)生的熱量低,外視鏡的光源可以減少術(shù)區(qū)組織的熱損傷[13]。另外外視鏡的LED光源照明提供了更準確的術(shù)區(qū)顏色對比度,當術(shù)區(qū)微觀視圖和宏觀視圖相互轉(zhuǎn)換時,可以更容易地識別組織結(jié)構(gòu)[14]。使用手術(shù)顯微鏡時,需要外科醫(yī)師頸部保持長時間固定在特定位置,但使用外視鏡時外科醫(yī)師(包括手術(shù)助手)在手術(shù)期間能夠采取任何位置或姿勢[15]。研究發(fā)現(xiàn)外視鏡系統(tǒng)通過改變外科醫(yī)師的手臂姿勢來減少前三角肌的活動,從而減少肩頸區(qū)域的不適[16]。外視鏡系統(tǒng)在清醒手術(shù)中外科醫(yī)師人體工程學(xué)優(yōu)勢尤其明顯[17]。

氣動支架系統(tǒng)將3D外視鏡懸掛于術(shù)區(qū)上方,術(shù)者在手術(shù)過程中操作手術(shù)器械更為舒適。因為能夠面對面交流,所以術(shù)者與助手和器械護士的溝通更為容易。3D外視鏡體積和重量較小,可移動性強,不會阻礙手術(shù)區(qū)域布局和手術(shù)參與人員的視線[18]。外視鏡可以直接進行消毒,無需像手術(shù)顯微鏡在術(shù)中套無菌顯微鏡罩,可節(jié)省無菌顯微鏡罩的成本[19]。3D外視鏡具有更好的教學(xué)培訓(xùn)和教學(xué)潛力,包括醫(yī)學(xué)生的所有手術(shù)室參與人員均可通過顯示器觀摩手術(shù),術(shù)者可在操作時講解解剖結(jié)構(gòu)和手術(shù)步驟[20]。一項對手術(shù)室人員使用外視鏡的調(diào)查表明,與使用手術(shù)顯微鏡相比,手術(shù)室人員在整個手術(shù)過程中感覺更投入,并在整個手術(shù)過程中能提供更多的協(xié)助[21]。雖然手術(shù)顯微鏡亦可連接顯示器呈現(xiàn)顯微外科操作,但觀摩者難以看到手術(shù)的3D視圖,使用手術(shù)顯微鏡過程中,由于直視顯微鏡目鏡,術(shù)者和助手難以與手術(shù)室的其他環(huán)節(jié)實時溝通,可能不知道周圍培訓(xùn)人員是否關(guān)注,從而錯過寶貴的教學(xué)機會。此外,手術(shù)區(qū)域被手術(shù)顯微鏡所遮擋,觀看顯示器的培訓(xùn)人員無法同時觀察術(shù)者如何操作顯微器械。

在新型冠狀病毒流行時期,疫情防控要求廣泛使用個人防護裝備,在急診手術(shù)中,護目鏡、面罩或眼鏡等屏障預(yù)防措施導(dǎo)致使用手術(shù)顯微鏡困難,因為術(shù)中顯微操作時必須摘下眼睛遮擋物。3D外視鏡所需的3D眼鏡可改裝為個人防護護目鏡,在保持個人防護裝備合規(guī)性和最大屏障預(yù)防措施的同時,可以觀看絕佳的手術(shù)視圖[22]。

2.2 不足 鑒于3D外視鏡先進的視覺圖像,如圖像質(zhì)量和3D視覺,3D外視鏡的技術(shù)缺點是微乎其微的。最初臨床引入2D外視鏡時,其顯著局限性是缺乏深度感知或立體視覺,而3D外視鏡使用3D眼鏡可獲得極好的深度感知。但外科醫(yī)師在手術(shù)過程中長期使用3D眼鏡可能會出現(xiàn)頭暈、頭痛和較重的眼部疲勞[19]。此外,外視鏡系統(tǒng)的LED光源距離術(shù)區(qū)較遠,有時需要額外的照明來保持最佳分辨率[12]。雖然經(jīng)驗豐富的神經(jīng)外科醫(yī)師可能具有出色的手眼協(xié)調(diào)能力,但在不直視運動平面的情況下協(xié)調(diào)這些動作增加了操作的復(fù)雜性,需要學(xué)習(xí)曲線方能熟練,所以初期應(yīng)用會導(dǎo)致手術(shù)時間延長[20]。外視鏡需要精確的旋轉(zhuǎn)調(diào)整,目前重新調(diào)整外視鏡位置比調(diào)整手術(shù)顯微鏡更復(fù)雜、更耗時,因為手術(shù)顯微鏡配備了更先進的機械系統(tǒng),可以進行舒適的單手重新定位。然而,隨著機器人外視鏡系統(tǒng)的引入,目前這一劣勢正在不斷縮小[23]。

3 在神經(jīng)外科中的臨床應(yīng)用

3.1 腦腫瘤 一項回顧性研究統(tǒng)計了177例多形性膠質(zhì)母細胞瘤的患者資料,其中144 例僅使用顯微鏡進行手術(shù),33例僅使用4K-3D外視鏡進行手術(shù),收集所有臨床和放射學(xué)數(shù)據(jù),評估了兩組的無進展生存期和總生存期,調(diào)整潛在的混雜因素(例如,性別、年齡、Karnofsky功能狀態(tài)評分、全切除術(shù)、MGMT啟動子甲基化及操作者的經(jīng)驗),通過Cox回歸模型進行分析。結(jié)果表明,使用顯微鏡手術(shù)患者的中位無進展生存期為8.82個月,而使用外視鏡手術(shù)患者的中位無進展生存期>12個月。多變量Cox模型分析結(jié)果顯示,使用外視鏡進行手術(shù)的患者無進展生存期更長,但使用顯微鏡和外視鏡手術(shù)的患者之間總生存期無統(tǒng)計學(xué)差異[24]?；坠?jié)腫瘤存在較多穿支動脈且位置較深,在腫瘤切除過程中,穿支動脈的解剖至關(guān)重要,因為這些動脈深深嵌入大腦中,所以手術(shù)極具挑戰(zhàn)性。Kijima等[25]使用4K-3D外視鏡系統(tǒng)對涉及基底節(jié)的多形性膠質(zhì)母細胞瘤進行了手術(shù)切除,3D外視鏡拓寬了手術(shù)視野,可視化下成功地切除腫瘤,降低了術(shù)后梗塞的風(fēng)險,同時神經(jīng)功能缺損最小。外視鏡是5-氨基乙酰丙酸熒光引導(dǎo)切除高級別膠質(zhì)瘤的有效工具,在藍色濾光片下,外視鏡在淺表和深部手術(shù)野的血管、腦實質(zhì)和手術(shù)器械的顯像上明顯優(yōu)于手術(shù)顯微鏡,熒光引導(dǎo)下的高級別膠質(zhì)瘤手術(shù)中使用外視鏡在術(shù)野可視化和手術(shù)流程方面具有明顯優(yōu)勢[26]。Witten等[27]使用ORBEYE外視鏡在5-氨基乙酰丙酸熒光引導(dǎo)下對9例多形性膠質(zhì)母細胞瘤進行了切除,ORBEYE外視鏡系統(tǒng)配備了藍光濾光片,光強度對腫瘤熒光沒有顯著影響,然而焦距顯著影響相對熒光強度(P=0.007)。在220 mm的焦距和最大約75%的光強度下始終可以看到最大平均熒光。將焦距從400 mm減小到220 mm顯著增加了可視化熒光(P=0.0038)。ORBEYE藍色濾鏡在較短的焦距和中等光強度下表現(xiàn)最佳,與顯微鏡系統(tǒng)類似,減小焦距會影響熒光可視化。

鞍結(jié)節(jié)腦膜瘤是前顱底中線腫瘤,約占所有顱內(nèi)腦膜瘤的10%～15%,鞍結(jié)節(jié)腦膜瘤的臨床表現(xiàn)主要表現(xiàn)為視交叉受壓或視神經(jīng)管受侵導(dǎo)致視力障礙。de Andrade 和Recinos[28]對1例中年女性鞍結(jié)節(jié)腦膜瘤使用3D外視鏡進行了微創(chuàng)眶上入路手術(shù),成功實施了全切腫瘤、視神經(jīng)管減壓。Sumisawski等[29]對3D外視鏡應(yīng)用于經(jīng)蝶竇顯微外科手術(shù)治療庫欣病進行了研究,對共計388例庫欣病患者進行了回顧性分析,研究發(fā)現(xiàn)3D外視鏡組患者抗利尿激素異常分泌綜合征/尿崩癥的發(fā)生率較低(P=0.0164),緩解率較高(P=0.0422),手術(shù)時間較短(P<0.0001),但術(shù)后垂體功能不全及術(shù)中腦脊液漏發(fā)生率與手術(shù)顯微鏡組沒有統(tǒng)計學(xué)差異。前庭神經(jīng)鞘瘤的顯微外科切除術(shù)極具挑戰(zhàn)性,尤其涉及Koos分級3級和4級的腫瘤。Veldeman等[30]評估了3D外視鏡在前庭神經(jīng)鞘瘤切除術(shù)中的性能并和手術(shù)顯微鏡進行比較,研究發(fā)現(xiàn)腫瘤大小、是否沿內(nèi)聽道延伸、囊性成分是手術(shù)持續(xù)時間的主要決定因素,但相同條件下使用外視鏡手術(shù)病例的手術(shù)時間較顯微鏡明顯減少,而且外視鏡和顯微鏡在聽力保護和面神經(jīng)功能方面沒有差異。Chu等[31]報道了1例數(shù)字機器人3D外視鏡系統(tǒng)的輔助下成功實施了枕下乙狀竇后入路手術(shù)切除右側(cè)橋小腦角區(qū)三叉神經(jīng)鞘瘤,經(jīng)過 30 個月的隨訪,患者恢復(fù)良好,MRI顯示腫瘤完全切除,結(jié)果表明機器人外視鏡系統(tǒng)可以改善術(shù)中照明和圖像分辨率。

Bertolini等[32]報道了1例翼點開顱經(jīng)海綿竇入路切除表皮樣囊腫的手術(shù)經(jīng)驗,病變累及中顱窩前內(nèi)側(cè),侵犯腳間池并壓迫腦干,采用外視鏡和內(nèi)窺鏡聯(lián)合輔助切除,切除徹底且術(shù)后未發(fā)生神經(jīng)功能缺損,證明了這種混合技術(shù)的有效性和安全性。Li等[33]在外視鏡和內(nèi)鏡全程聯(lián)合下切除了17例顱內(nèi)表皮樣囊腫,認為該項技術(shù)是一種安全、有效的顱內(nèi)表皮樣囊腫手術(shù)輔助,視野開闊,操作方便。Shibano等[34]對1例76歲復(fù)發(fā)的嗅神經(jīng)母細胞瘤女性患者進行了再次手術(shù),同時使用 4K 3D外視鏡經(jīng)顱和內(nèi)鏡鼻內(nèi)入路手術(shù),成功進行了腫瘤全切。Watanabe等[35]回顧了34例連續(xù)病例,探討聯(lián)合外視鏡和內(nèi)鏡微創(chuàng)鎖孔入路對各種類型腦膜瘤手術(shù)的適用性,研究發(fā)現(xiàn)術(shù)中失血量和手術(shù)時間方面均優(yōu)于既往手術(shù)。

3.2 腦和脊髓血管病 Rossmann等[36]對同一名血管神經(jīng)外科高級職稱醫(yī)師實施的 52次連續(xù)顱內(nèi)動脈瘤夾閉手術(shù)進行了分析,手術(shù)使用口控開關(guān)的手術(shù)顯微鏡(25例患者27個動脈瘤,13例破裂)或腳踏開關(guān)的3D外視鏡(27例患者34個動脈瘤,6例破裂),從手術(shù)視頻中提取主要手術(shù)階段的持續(xù)時間、設(shè)備調(diào)整次數(shù)、動脈瘤夾重新調(diào)整和置入動脈瘤夾的數(shù)量,研究發(fā)現(xiàn)在動脈瘤夾閉中,3D外視鏡在手術(shù)持續(xù)時間、安全性和神經(jīng)功能結(jié)果方面與手術(shù)顯微鏡相當。Quach和Almefty[37]通過對3D外視鏡輔助下44例顱內(nèi)動脈瘤手術(shù)的回顧性研究分析,也證實了3D外視鏡有可能成為血管顯微手術(shù)中除手術(shù)顯微鏡之外公認的可視化工具。在顱內(nèi)動脈瘤夾閉術(shù)中,使用內(nèi)鏡改善了動脈瘤周圍解剖結(jié)構(gòu)的可視化,但同時使用內(nèi)鏡和顯微鏡的缺點是外科醫(yī)師必須在顯微鏡目鏡觀察手術(shù)視野和觀察內(nèi)鏡顯示器之間頻繁移動視線,外科醫(yī)師很難將內(nèi)鏡安全地置入最佳位置。Cho等[38]提出了一種使用內(nèi)鏡和外視鏡的畫中畫系統(tǒng)觀察手術(shù)區(qū)域的新方法,可以克服多鏡手術(shù)的缺點,當僅用外視鏡不能觀察到動脈瘤周圍的解剖結(jié)構(gòu)時,使用內(nèi)鏡,來自內(nèi)鏡的圖像被移入外視鏡顯示器中,術(shù)者能同時兼顧雙鏡,采用此法成功進行了3例動脈瘤夾閉術(shù)。Murakami等[39]在3D外視鏡輔助下采用枕下后正中開顱成功夾閉1例椎動脈-小腦后下動脈起始部動脈瘤,術(shù)中獲得了相較手術(shù)顯微鏡更好的體驗。Litts等[40]報道了1例3D外視鏡用于遠外側(cè)入路切除腦橋延髓海綿狀血管瘤的經(jīng)驗。

脊髓動靜脈畸形是一種罕見的病變,它們可能表現(xiàn)為髓內(nèi)出血或水腫,通常會誘發(fā)嚴重的神經(jīng)功能缺損,術(shù)前影像學(xué)對動靜脈畸形血管特征的預(yù)測是成功手術(shù)治療的先決條件,而高分辨率3D外視鏡下對解剖結(jié)構(gòu)的辨識則是手術(shù)的關(guān)鍵。Acha等[41]應(yīng)用3D外視鏡成功實施了1例枕葉海綿狀血管瘤、1例硬腦膜動靜脈瘺和1例硬脊膜動靜脈瘺手術(shù),證實3D外視鏡可以安全有效地進行血管顯微外科手術(shù)。

3.3 脊柱疾病 一項Meta分析納入了1項前瞻性隊列研究和4項回顧性隊列研究,共計349例患者,其中3D外視鏡組154例,手術(shù)顯微鏡組195例,研究發(fā)現(xiàn)3D外視鏡對于頸椎前路手術(shù)同樣安全有效,且與手術(shù)顯微鏡相比,可以減少術(shù)中出血[42]。姚志鵬等[43]對接受前路頸椎間盤切除融合術(shù)(anterior cervical discectomy and fusion,ACDF)治療的脊髓型頸椎病患者進行了回顧性研究,其中15 例行 3D 外視鏡輔助 ACDF,18 例行常規(guī) ACDF。3D 外視鏡在 ACDF 的應(yīng)用中,能夠提供良好的照明和放大效果,且在工作距離和人體工程學(xué)等方面具有優(yōu)勢,3D 外視鏡輔助 ACDF 治療脊髓型頸椎病的近期療效與常規(guī) ACDF 相當。一項研究評估了3D外視鏡和手術(shù)顯微鏡輔助微創(chuàng)經(jīng)椎間孔入路腰椎椎間融合術(shù)的臨床結(jié)果、優(yōu)勢和局限性,共有22例接受了3D外視鏡輔助手術(shù),25例接受了手術(shù)顯微鏡輔助手術(shù),研究發(fā)現(xiàn)3D外視鏡輔助的手術(shù)操作時間較短,與手術(shù)顯微鏡相比,外視鏡在設(shè)備操作、人體工程學(xué)和培訓(xùn)實用性及圖像質(zhì)量方面表現(xiàn)出優(yōu)勢,但是部分外科醫(yī)師提出佩戴3D眼鏡時感覺不舒服[44]。Giorgi等[45]總結(jié)了外視鏡輔助下胸腰椎爆裂骨折的微創(chuàng)手術(shù)治療經(jīng)驗,證實外視鏡技術(shù)是一種安全有效的胸腰椎爆裂性骨折脊髓減壓工具,3D 圖像提供的立體視覺對手眼協(xié)調(diào)至關(guān)重要,3D外視在機動性、視野寬、焦點深、姿勢更舒適等方面具有明顯優(yōu)勢。

3.4 其他疾病 Chiari畸形Ⅲ型主要表現(xiàn)為小腦組織由枕骨大孔向枕后膨出,嚴重者甚至可包括腦干及腦實質(zhì)部分組織[46]。Gorgoglione等[47]對1例Chiari畸形Ⅲ型男嬰進行了手術(shù)修復(fù),術(shù)前磁共振顯示枕骨正中骨缺損,硬膜囊與小腦延髓池和第四腦室相通,中度腦積水,顱后窩容積縮小,小腦半球、蚓部結(jié)構(gòu)和胼胝體發(fā)育不全。患兒在出生后第4天使用 4K-3D外視鏡進行了分離神經(jīng)結(jié)構(gòu)和修復(fù)神經(jīng)皮膚缺損的手術(shù),并在出生第12天進行了腦室腹腔分流術(shù)。Hines等[48]對接受標準前顳葉切除術(shù)治療藥物難治性顳葉癲癇的20例連續(xù)患者進行了回顧性分析,研究發(fā)現(xiàn)顯微鏡和外視鏡輔助下的平均海馬切除率分別為(61.1±13.1)%和(76.5±6.5)%(P=0.0037),在前顳葉切除術(shù)期間使用外視鏡為毗鄰中線結(jié)構(gòu)的切除提供了良好的可視化效果,并為海馬切除的安全性提供了有力保障。

三叉神經(jīng)根出腦干區(qū)解剖的可視化對于為三叉神經(jīng)痛患者成功實施微血管減壓術(shù)至關(guān)重要,3D外視鏡提供了與雙目手術(shù)顯微鏡相當?shù)臉蛐∧X角和三叉神經(jīng)根出腦干區(qū)清晰的圖像,外視鏡的優(yōu)點包括良好的光學(xué)質(zhì)量、所有觀察者的圖像景深明顯,以及優(yōu)越的外科醫(yī)師人體工程學(xué)[49]。Yano等[50]報道,22例采用內(nèi)鏡輔助外視鏡手術(shù),其中微血管減壓術(shù)14例,腫瘤切除8例,所有實施微血管減壓術(shù)患者的癥狀均消失,腫瘤均全切除。外視鏡屏為4K-3D,內(nèi)視鏡屏為4K-2D,手術(shù)可同時觀察兩種顯示器。由于外視鏡與手術(shù)野之間有較大的空間,因此在外視鏡下操作內(nèi)鏡更安全、更容易。

3D外視鏡是神經(jīng)外科手術(shù)顯微鏡的技術(shù)繼承者。目前3D外視鏡在神經(jīng)外科領(lǐng)域的發(fā)展迅速,近兩年國外已有多項研究報道3D外視鏡的臨床應(yīng)用,涉及腦腫瘤、腦和脊髓血管病、脊柱疾病、三叉神經(jīng)痛等疾患,而國內(nèi)相關(guān)研究甚少。3D外視鏡的優(yōu)點包括改進了手術(shù)視野放大、分辨率、照明、人體工程學(xué)、團隊凝聚力、教學(xué)和顯微外科培訓(xùn)。當然,熟練使用3D外視鏡是需要時間和學(xué)習(xí)曲線的,特別是對于高級顯微神經(jīng)外科醫(yī)師。另外佩戴3D眼鏡可能需要適應(yīng)過程。隨著3D外視鏡技術(shù)的不斷完善,機器人、自動化、增強現(xiàn)實和實時神經(jīng)導(dǎo)航的無縫集成有望實現(xiàn),對未來的神經(jīng)外科手術(shù)將大有裨益。