近年來，與玻璃體視網膜手術相關的新技術、新設備不斷發展，促進了玻璃體視網膜疾病手術治療效果的提高。其中3D手術視頻系統在玻璃體視網膜手術中的應用是前景開闊的新技術之一。3D手術視頻系統與傳統的顯微鏡系統相比，通過將術者的目光從顯微鏡目鏡轉移至高清3D顯示屏，具有優異的可視化和立體視覺，其可行性與安全性在越來越多的研究中得到證實。3D手術視頻系統輔助的玻璃體視網膜手術很大程度上解放了術者的頸椎，還有助于手術方法的教學和培訓。但目前3D手術視頻系統存在圖像延遲、依賴術者學習曲線和設備費用高昂等不足。相信隨著技術的不斷發展和升級，3D手術視頻系統會越來越普及，成為玻璃體視網膜手術的新工具。
引用本文： 徐格致, 唐文怡. 3D手術視頻系統在玻璃體視網膜手術中的應用與思考. 中華眼底病雜志, 2019, 35(6): 525-528. doi: 10.3760/cma.j.issn.1005-1015.2019.06.001 復制
科學技術是第一生產力，在醫學領域最直接的體現就是不斷創新的藥物、醫療器械、設備以及檢查手段。近三十年來眼科手術領域的新技術和新設備不斷涌現，其中3D手術視頻系統在玻璃體視網膜手術的應用是最值得關注的新進展之一。3D手術視頻系統因其高分辨率、高景深、寬角度等優勢及良好的人體工效學設計受到越來越多眼底外科醫生的青睞。
1 3D手術視頻系統原理及發展歷程
3D手術視頻系統是近年發展起來的用于眼科手術觀察和記錄的新科技。它采用兩個高清攝像頭直接采集顯微鏡下不同視角的圖像信號，由數字光學通路將信號傳輸至超高速圖像處理器進行處理，并最終反饋至高分辨率3D顯示屏，術者無需使用顯微鏡目鏡而通過佩戴3D眼鏡觀察3D顯示屏，利用雙眼視差的原理將捕獲的圖形信息在大腦融合成三維立體圖像。3D手術視頻系統最初在實驗室手術訓練中嘗試，隨后應用于臨床操作，最早于2008年應用于白內障手術等眼前節手術[1]。2010年Riemann[2]提出其可應用于眼后節玻璃體切割手術。2016年Eckardt和Paulo[3]具有開拓性地報道了3D手術視頻系統在數字化圖像處理、人體工效學、圖像分辨率和景深等方面的特點，并且以病例系列的方式報道了43例黃斑裂孔手術的結局，證實3D手術視頻系統在玻璃體視網膜手術中應用的可行性。目前醫療市場上的3D手術視頻系統主要包括美國愛爾康公司的NGENUITY系統、德國萊卡公司的M822和M844顯微鏡系統、美國TrueVision公司的TrueVision系統[4]。目前國內使用較多的是美國愛爾康公司生產的NGENUITY 3D手術視頻系統，該系統于2017年9月在中國上市，今年9月已升級至1.2版本。
2 3D手術視頻系統優點
2.1 3D手術視頻系統與傳統顯微鏡具有相似安全性與有效性
早期研究報道，3D手術視頻系統可以在黃斑裂孔、黃斑前膜和視網膜脫離等疾病的手術過程中運用，不需要切換回顯微鏡就可以順利完成手術，且并未發生額外的醫源性黃斑出血和視網膜裂孔等手術中及手術后并發癥[3, 5-7]。一項最新的前瞻性隨機試驗以50例患者為研究對象，探究了3D手術視頻系統在黃斑疾病手術中的療效，證實了其與傳統顯微鏡手術具有相似的安全性與結局[8]。復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院、北京大學人民醫院、中山大學中山眼科中心和北京同仁醫院等國內醫院與國際同步，率先在國內開展3D手術視頻系統下的玻璃體視網膜手術。復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院自2017年8月至今已完成2000余例3D玻璃體視網膜手術，并報道了迄今為止國際上病例數最多的3D玻璃體視網膜手術與傳統顯微鏡手術的對照研究[9]。研究中124例使用3D手術視頻系統，202例使用傳統顯微鏡手術系統，并至少隨訪半年，對兩組的手術時間、手術后視力、解剖學復位成功率、手術中并發癥以及手術后早期、晚期并發癥的發生率進行比較，發現3D手術視頻系統并不增加手術時間，適用于幾乎所有類型玻璃體視網膜疾病（視網膜脫離、增生性玻璃體視網膜病變、黃斑前膜、黃斑裂孔、玻璃體積血、眼外傷等）的手術治療及多種復雜手術操作（脫位張力環取出、眼內腫瘤切除、前后節聯合手術等），且有效性和安全性均不遜于傳統顯微鏡系統手術[9]。同期，國內中山大學中山眼科中心張少沖教授團隊報道了3D手術視頻系統在多種玻璃體視網膜疾病手術中的初步使用體驗，通過59例手術的對照研究，發現3D手術視頻系統的手術時間和難度評分與傳統顯微鏡相比并無顯著差異[10]。
2.2 3D手術視頻系統具有更好的可視化效果
3D手術視頻系統的突出優勢在于優異的可視化和立體視覺，它改變了傳統的顯微鏡手術模式，術者可通過直觀地觀看屏幕以實現眼底精細的手術操作。一般情況下，景深與放大倍率呈反比關系，而3D手術視頻系統通過數字化圖像處理技術對圖像進行優化，使其在不同的放大倍率下都能保持良好的景深[3-4]。3D手術視頻系統構筑的景深實際上是虛擬而非真實的空間，其空間層次更大更分明，這極大增加了對組織層次的分辨力，也增加了術者處理層次關系的信心，如分離去除多種增生組織，特別有助于諸如增生性玻璃體視網膜病變、玻璃體黃斑交界面疾病等需要多層次操作的手術。此外，3D手術視頻系統敏銳捕捉并展示手術實時畫面，借助寬屏3D高清顯示屏，清晰呈現周邊視野，擴大了手術視野[11]。進行手術操作時，手術操作可視區域內的解剖結構和器械等都能保持敏銳的對焦[11-12]。以美國愛爾康公司生產的NGENUITY 3D手術視頻系統為例，該系統使用高動態范圍（HDR）攝影機采集信息，通過3D 4K超清OLED 55英寸顯示屏還原手術圖像，比720 p視頻清晰6倍以上，可以提供更多動態范圍和圖像細節，使手術操作更加精細。此外，手術系統可以通過個性化設置數字化濾鏡以不同顏色展示手術視野。如在玻璃體積血伴牽引性視網膜脫離的病例中，可利用3D手術視頻系統的濾鏡功能，通過綠光剝膜，有效抑制紅光，提高組織結構的辨析力，更有利于手術操作[12-13]。
2.3 3D手術視頻系統降低所需光照，減少光毒性
3D手術視頻系統的數字照明調制包括數字化放大和圖像信號處理、屏幕的高清晰度和良好的景深有助于設備在低光照水平下運行[3, 14-16]。前期研究表明，3D手術組手術中導光光照強度（10.0%～22.7%）顯著低于常規手術組（35.0%～38.9%），可能一定程度上有助于減少視網膜光毒性[3, 9]。此外，結合3D手術視頻系統的濾鏡功能，可以使手術醫師進行組織染色時降低吲哚青綠、亮藍等染料濃度或者減少染色時間，減少染料可能帶來的不良反應[17]。
2.4 3D手術視頻系統具有良好的人體力學設計
Rizzo等[18]詳細地評估了整個手術團隊的3D手術視頻系統使用感受，發現主刀感覺抬頭手術的操作過程更加舒適。通過問卷調查，Romano等[6]發現術者使用3D手術視頻系統的滿意度評分更高。通過400多例玻璃體切割手術，Eckardt和Paulo[3]體會到3D手術視頻系統給予更好的人體工效學設計并可以減少術者視疲勞。同樣地，通過兩年多的使用，我們也感受到使用3D手術視頻系統后，術者手術強迫體位帶來的不適感明顯減少。張少沖教授團隊還系統地進行了人體工效學評分，發現3D組比顯微鏡組得分更高[9]。究其原因，推測一是術者可將其后背靠近椅背；二是術者可適度活動頭頸、頸肩部及背部以減輕手術疲勞；再者，看屏幕比看顯微鏡時眼睛接受的光強度更弱，操作時可以輕微活動眼球，且放大的圖像和良好的景深使術者更容易看清細節，視疲勞明顯減輕[9]。
2.5 3D手術視頻系統更有利于實時教學并增強團隊合作
和傳統的顯微鏡相比，3D手術視頻系統具有良好的平臺示教作用。通過佩戴3D眼鏡觀看3D高清大屏幕，手術室中的觀摩者甚至手術直播時手術室外的觀眾能夠擁有和主刀相同且同步的優質視覺體驗，有利于手術方法的教學和培訓[6, 9, 11, 19]。3D手術視頻系統的另一優點在于它的超高速圖像處理器可以同時流暢處理2D和3D的HDR圖像，并支持至少100 h的3D高清手術視頻的錄制，還可以方便地利用系統自帶的視頻編輯軟件對錄制的視頻進行編輯，有助于手術方法的學習與交流。升級后的3D手術視頻系統可使Constellation手術系統的參數在3D高清顯示屏上呈現，術者和助手可同時觀看手術參數作為實時手術反饋，增強團隊合作。此外，作為數字影像系統，3D系統將來可以將手術中OCT、手術前眼底影像學資料導入系統，術者可以更全面而深入地評估病情，輔助手術方案的施行。
3 3D手術視頻系統不足之處
當然目前的3D手術視頻系統也存在一定不足。如何縮短學習曲線以盡快適應3D手術視頻系統是擺在每個術者面前的首要問題。3D手術視頻系統涉及的屏幕位置和距離可能因人而異，且手術姿勢、照明和放大倍數，最初都需要術者調整并適應，特別對于屈光不正的術者，屈光狀態可能也會影響其使用體驗，建議術者將原有屈光不正矯正至正常后再應用系統。初接觸者可能由于操作動作和圖像顯示之間的輕度延遲（70 ms）而操作偏慢偏保守，特別是在眼前節手術操作迅速時這種滯后感更加明顯。對于前庭功能太敏感的術者，佩戴3D被動式偏光眼鏡可能容易出現頭暈等不適，適應過程較長。對于助手來說，由于視角與主刀視角存在一定角度，常需要扭頭或側身以觀察屏幕，增加鞏膜頂壓、剪線等輔助操作的難度。相信隨著不斷的練習與積累和3D手術視頻系統的持續改進與升級，這些不足或許會在不遠的將來得以改善。除此之外，目前還存在設備費用較高，廣泛普及較為困難等局限性。
4 展望
3D手術視頻系統具有良好的分辨率、放大倍數及拓展的景深，為玻璃體視網膜手術的精細操作提供更好的可視度。同時，3D手術視頻系統優化了術者的手術姿勢，提升了術者的手術體驗，還具有良好的平臺示教作用。希望充分利用3D手術視頻系統的優勢，努力提高玻璃體視網膜疾病的手術治療效果。但值得一提的是，再高精的設備都不能代替手術的基本功和對疾病的認識。只有深入理解疾病的病理生理基礎以及發生發展過程，同時具備良好的手術操作技能，才能將手術推向完美。
期待未來3D手術視頻系統不斷改進與升級，并在臨床實踐中越來越普及，為玻璃體視網膜手術的創新和發展帶來更多可能與機遇。
科學技術是第一生產力，在醫學領域最直接的體現就是不斷創新的藥物、醫療器械、設備以及檢查手段。近三十年來眼科手術領域的新技術和新設備不斷涌現，其中3D手術視頻系統在玻璃體視網膜手術的應用是最值得關注的新進展之一。3D手術視頻系統因其高分辨率、高景深、寬角度等優勢及良好的人體工效學設計受到越來越多眼底外科醫生的青睞。
1 3D手術視頻系統原理及發展歷程
3D手術視頻系統是近年發展起來的用于眼科手術觀察和記錄的新科技。它采用兩個高清攝像頭直接采集顯微鏡下不同視角的圖像信號，由數字光學通路將信號傳輸至超高速圖像處理器進行處理，并最終反饋至高分辨率3D顯示屏，術者無需使用顯微鏡目鏡而通過佩戴3D眼鏡觀察3D顯示屏，利用雙眼視差的原理將捕獲的圖形信息在大腦融合成三維立體圖像。3D手術視頻系統最初在實驗室手術訓練中嘗試，隨后應用于臨床操作，最早于2008年應用于白內障手術等眼前節手術[1]。2010年Riemann[2]提出其可應用于眼后節玻璃體切割手術。2016年Eckardt和Paulo[3]具有開拓性地報道了3D手術視頻系統在數字化圖像處理、人體工效學、圖像分辨率和景深等方面的特點，并且以病例系列的方式報道了43例黃斑裂孔手術的結局，證實3D手術視頻系統在玻璃體視網膜手術中應用的可行性。目前醫療市場上的3D手術視頻系統主要包括美國愛爾康公司的NGENUITY系統、德國萊卡公司的M822和M844顯微鏡系統、美國TrueVision公司的TrueVision系統[4]。目前國內使用較多的是美國愛爾康公司生產的NGENUITY 3D手術視頻系統，該系統于2017年9月在中國上市，今年9月已升級至1.2版本。
2 3D手術視頻系統優點
2.1 3D手術視頻系統與傳統顯微鏡具有相似安全性與有效性
早期研究報道，3D手術視頻系統可以在黃斑裂孔、黃斑前膜和視網膜脫離等疾病的手術過程中運用，不需要切換回顯微鏡就可以順利完成手術，且并未發生額外的醫源性黃斑出血和視網膜裂孔等手術中及手術后并發癥[3, 5-7]。一項最新的前瞻性隨機試驗以50例患者為研究對象，探究了3D手術視頻系統在黃斑疾病手術中的療效，證實了其與傳統顯微鏡手術具有相似的安全性與結局[8]。復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院、北京大學人民醫院、中山大學中山眼科中心和北京同仁醫院等國內醫院與國際同步，率先在國內開展3D手術視頻系統下的玻璃體視網膜手術。復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院自2017年8月至今已完成2000余例3D玻璃體視網膜手術，并報道了迄今為止國際上病例數最多的3D玻璃體視網膜手術與傳統顯微鏡手術的對照研究[9]。研究中124例使用3D手術視頻系統，202例使用傳統顯微鏡手術系統，并至少隨訪半年，對兩組的手術時間、手術后視力、解剖學復位成功率、手術中并發癥以及手術后早期、晚期并發癥的發生率進行比較，發現3D手術視頻系統并不增加手術時間，適用于幾乎所有類型玻璃體視網膜疾病（視網膜脫離、增生性玻璃體視網膜病變、黃斑前膜、黃斑裂孔、玻璃體積血、眼外傷等）的手術治療及多種復雜手術操作（脫位張力環取出、眼內腫瘤切除、前后節聯合手術等），且有效性和安全性均不遜于傳統顯微鏡系統手術[9]。同期，國內中山大學中山眼科中心張少沖教授團隊報道了3D手術視頻系統在多種玻璃體視網膜疾病手術中的初步使用體驗，通過59例手術的對照研究，發現3D手術視頻系統的手術時間和難度評分與傳統顯微鏡相比并無顯著差異[10]。
2.2 3D手術視頻系統具有更好的可視化效果
3D手術視頻系統的突出優勢在于優異的可視化和立體視覺，它改變了傳統的顯微鏡手術模式，術者可通過直觀地觀看屏幕以實現眼底精細的手術操作。一般情況下，景深與放大倍率呈反比關系，而3D手術視頻系統通過數字化圖像處理技術對圖像進行優化，使其在不同的放大倍率下都能保持良好的景深[3-4]。3D手術視頻系統構筑的景深實際上是虛擬而非真實的空間，其空間層次更大更分明，這極大增加了對組織層次的分辨力，也增加了術者處理層次關系的信心，如分離去除多種增生組織，特別有助于諸如增生性玻璃體視網膜病變、玻璃體黃斑交界面疾病等需要多層次操作的手術。此外，3D手術視頻系統敏銳捕捉并展示手術實時畫面，借助寬屏3D高清顯示屏，清晰呈現周邊視野，擴大了手術視野[11]。進行手術操作時，手術操作可視區域內的解剖結構和器械等都能保持敏銳的對焦[11-12]。以美國愛爾康公司生產的NGENUITY 3D手術視頻系統為例，該系統使用高動態范圍（HDR）攝影機采集信息，通過3D 4K超清OLED 55英寸顯示屏還原手術圖像，比720 p視頻清晰6倍以上，可以提供更多動態范圍和圖像細節，使手術操作更加精細。此外，手術系統可以通過個性化設置數字化濾鏡以不同顏色展示手術視野。如在玻璃體積血伴牽引性視網膜脫離的病例中，可利用3D手術視頻系統的濾鏡功能，通過綠光剝膜，有效抑制紅光，提高組織結構的辨析力，更有利于手術操作[12-13]。
2.3 3D手術視頻系統降低所需光照，減少光毒性
3D手術視頻系統的數字照明調制包括數字化放大和圖像信號處理、屏幕的高清晰度和良好的景深有助于設備在低光照水平下運行[3, 14-16]。前期研究表明，3D手術組手術中導光光照強度（10.0%～22.7%）顯著低于常規手術組（35.0%～38.9%），可能一定程度上有助于減少視網膜光毒性[3, 9]。此外，結合3D手術視頻系統的濾鏡功能，可以使手術醫師進行組織染色時降低吲哚青綠、亮藍等染料濃度或者減少染色時間，減少染料可能帶來的不良反應[17]。
2.4 3D手術視頻系統具有良好的人體力學設計
Rizzo等[18]詳細地評估了整個手術團隊的3D手術視頻系統使用感受，發現主刀感覺抬頭手術的操作過程更加舒適。通過問卷調查，Romano等[6]發現術者使用3D手術視頻系統的滿意度評分更高。通過400多例玻璃體切割手術，Eckardt和Paulo[3]體會到3D手術視頻系統給予更好的人體工效學設計并可以減少術者視疲勞。同樣地，通過兩年多的使用，我們也感受到使用3D手術視頻系統后，術者手術強迫體位帶來的不適感明顯減少。張少沖教授團隊還系統地進行了人體工效學評分，發現3D組比顯微鏡組得分更高[9]。究其原因，推測一是術者可將其后背靠近椅背；二是術者可適度活動頭頸、頸肩部及背部以減輕手術疲勞；再者，看屏幕比看顯微鏡時眼睛接受的光強度更弱，操作時可以輕微活動眼球，且放大的圖像和良好的景深使術者更容易看清細節，視疲勞明顯減輕[9]。
2.5 3D手術視頻系統更有利于實時教學并增強團隊合作
和傳統的顯微鏡相比，3D手術視頻系統具有良好的平臺示教作用。通過佩戴3D眼鏡觀看3D高清大屏幕，手術室中的觀摩者甚至手術直播時手術室外的觀眾能夠擁有和主刀相同且同步的優質視覺體驗，有利于手術方法的教學和培訓[6, 9, 11, 19]。3D手術視頻系統的另一優點在于它的超高速圖像處理器可以同時流暢處理2D和3D的HDR圖像，并支持至少100 h的3D高清手術視頻的錄制，還可以方便地利用系統自帶的視頻編輯軟件對錄制的視頻進行編輯，有助于手術方法的學習與交流。升級后的3D手術視頻系統可使Constellation手術系統的參數在3D高清顯示屏上呈現，術者和助手可同時觀看手術參數作為實時手術反饋，增強團隊合作。此外，作為數字影像系統，3D系統將來可以將手術中OCT、手術前眼底影像學資料導入系統，術者可以更全面而深入地評估病情，輔助手術方案的施行。
3 3D手術視頻系統不足之處
當然目前的3D手術視頻系統也存在一定不足。如何縮短學習曲線以盡快適應3D手術視頻系統是擺在每個術者面前的首要問題。3D手術視頻系統涉及的屏幕位置和距離可能因人而異，且手術姿勢、照明和放大倍數，最初都需要術者調整并適應，特別對于屈光不正的術者，屈光狀態可能也會影響其使用體驗，建議術者將原有屈光不正矯正至正常后再應用系統。初接觸者可能由于操作動作和圖像顯示之間的輕度延遲（70 ms）而操作偏慢偏保守，特別是在眼前節手術操作迅速時這種滯后感更加明顯。對于前庭功能太敏感的術者，佩戴3D被動式偏光眼鏡可能容易出現頭暈等不適，適應過程較長。對于助手來說，由于視角與主刀視角存在一定角度，常需要扭頭或側身以觀察屏幕，增加鞏膜頂壓、剪線等輔助操作的難度。相信隨著不斷的練習與積累和3D手術視頻系統的持續改進與升級，這些不足或許會在不遠的將來得以改善。除此之外，目前還存在設備費用較高，廣泛普及較為困難等局限性。
4 展望
3D手術視頻系統具有良好的分辨率、放大倍數及拓展的景深，為玻璃體視網膜手術的精細操作提供更好的可視度。同時，3D手術視頻系統優化了術者的手術姿勢，提升了術者的手術體驗，還具有良好的平臺示教作用。希望充分利用3D手術視頻系統的優勢，努力提高玻璃體視網膜疾病的手術治療效果。但值得一提的是，再高精的設備都不能代替手術的基本功和對疾病的認識。只有深入理解疾病的病理生理基礎以及發生發展過程，同時具備良好的手術操作技能，才能將手術推向完美。
期待未來3D手術視頻系統不斷改進與升級，并在臨床實踐中越來越普及，為玻璃體視網膜手術的創新和發展帶來更多可能與機遇。