外视镜在神经外科中的应用与展望 【中华神外】2019年第7期“临床论著”

　　原标题：外视镜在神经外科中的应用与展望 【中华神外】2019年第7期“临床论著”

　　神外资讯【中华神外】专栏，每周发布一篇精选文章，今天刊登的是由天津医科大学总医院神经外科陈心、岳树源在《中华神经外科杂志》2019年第七期“综述”上发表的“外视镜在神经外科中的应用与展望”，欢迎阅读。

　　通过手术显示设备对深在的脑组织进行良好照明和显示放大，是神经外科医生完成显微手术的基本前提。新近问世的外视镜显示系统，结合手术显微镜和神经内镜的优势，弥补了各自的缺点，具有深景深、宽视野、长焦距、小体积、低成本、高分辨率、便捷内外视镜切换等优势，为术者提供了更为便利的手术操作空间、舒适的手术操作姿势及高清的手术视野。本文将通过文献复习并结合作者的使用经验，对外视镜的发展及应用进行综述。

　　纵观现代神经外科发展的100余年历史，神经外科医疗技术的发展无不伴随着手术显示方式的进步。对术野深在血管神经的良好照明和放大，是完成神经外科精准手术的基本前提。随着显微放大和照明技术以及光学仪器设备的迅猛发展，手术显微镜和神经内镜已经成为当代神经外科显微手术必不可少的显示设备和操作平台[1]。基于显微镜和神经内镜的神经外科手术，具有手术操作精确度高、深部照明好、手术创伤小等优点，但同时也存在景深浅、视野窄、焦距短、目镜移动限制、术者姿势受限易于疲劳、设备体积庞大、价格昂贵等问题。2008年，外视镜（exoscope）技术应运而生，该设备具有深景深、宽视野、长焦距、高分辨率、良好的深部照明、便捷的内外视镜切换、小体积、低成本、术者姿势不受限、易于操作等优势，有效弥补了以往显微镜和神经内镜的不足。随着该技术设备的不断更新和完善，将有望成为继显微镜之后的、神经外科重要的手术显示和操作平台。

　　早在二十世纪中叶，临床外科手术中已经开始应用了显微镜设备，医生在手术期间借助双目镜即可观察到立体化的成像效果，进而提升了手术操作的精准性。自20世纪70年代，显微镜逐渐发展成为现代微创神经外科的主流显示和操作设备。显微镜辅助下的神经外科手术，手术医生可以通过良好的深部照明和高分辨手术视野，清晰地观察到术野深部重要的血管神经结构，同时还可保持一定的工作距离，提供充足的操作空间，为手术器械的置入和取出提供了便利条件[2]。

　　然而，双目显微手术目前依然存在一些局限性，主要表现为以下几个方面：（1）景深浅，尤其是在高倍放大下，术者常需要反复调节焦距，影响手术操作节奏；（2）视野窄，尤其是在高倍放大下，常需要反复调节显微镜的角度来观察术野周围的结构；（3）双目镜设计下的显微镜需要术者通过固定的目镜观察术野，这就要求术者长期保持颈部和身体呈弯曲状态，易产生不适和疲乏感，并影响手术效果；（4）手术显微镜的光学设计复杂而精密，不仅机头体积大、重量沉，阻碍术者和器械护士之间手术器械的传递，其庞大的平衡底座，更占据了大量的手术室内宝贵的空间；（5）显微镜制造成本高，推荐阅读：交叉验证，价格昂贵，可高达50万美金[3]。

　　在过去的20年里，普通外科、泌尿外科、胸外科医生们率先使用了基于高清视频望远系统（videotelescope-basedsurgery)的手术操作平台，通过可伸缩光学系统（即内窥镜）将手术视野放大投放到高清显示屏上，通过实时观看显示屏幕进行手术操作。该内窥镜系统（如腹腔镜、膀胱镜、胸腔镜）极大提高了术者的舒适度，同时也显著改善患者的舒适性并降低了手术的死亡率。近10余年，内窥镜系统也逐渐应用于神经外科，并将其称作神经内镜，其使用长且窄的杆状透镜，其镜体直径约为1～4mm。神经内镜系统的制造工艺是其向小型、高分辨率和立体放大方向发展，其与立体定向外科、神经导航外科和显微外科相结合，不仅使内镜神经外科更加准确、安全，还大大拓展了应用范围[4-6]。

　　传统内窥镜是通过用气体绝对扩大手术腔（如腹腔镜）或通过缩小器官（如胸腔镜）相对扩大手术腔，为内窥镜的操作提供便利空间；此外还可通过不同通道置入摄像机或操作设备，充分提高内窥镜下操作的便利性和准确性。而神经内镜必须通过一个小孔及通道才能进入颅内，入路通道狭长，通道周围盲点常有重要的血管神经结构，而且脑组织不能扩张或缩小，术者无法从不同的端口引入摄像机和仪器，同时因神经内镜靠近手术区域导致手术操作空间受限。所以，神经内镜在神经外科中的应用仍然有限。目前主要应用于经鼻蝶窦入路颅底手术或脑室内手术，具有焦距短、景深浅等缺陷。

　　基于手术显微镜与神经内镜技术在临床应用中的不足，在2010年Mamelak等[7]率先阐述了体外高清视频显微镜技术（extracorporeal video microscopes），即外视镜（exoscope）的概念，以及其在临床外科手术中的应用。该系统主要由直径8mm、焦距200～400mm的硬性透镜、纤维光源、摄像头、气动控制装置及高清显示屏组成[8]。这项技术集合了传统双目显微镜与神经内镜技术的优势，并弥补其缺陷。

　　1.深景深及宽视野：外视镜的宽阔手术视野及深景深为高倍镜下深部手术操作提供了极为便利的条件。外视镜的手术视野直径为50～150mm，景深为35～100mm，远远超出传统的神经内镜（手术视野直径为25mm，景深为17mm）及传统手术显微镜（手术视野直径＜20mm，景深＜20mm），这些优势将避免使用双目显微操作中频繁调整焦距和观察视角的问题。

　　2.长焦距：外视镜的焦距可达250～750mm，而神经内镜的焦距为3～20mm，传统双目显微镜的焦距为200～400mm。外视镜较长的工作距离，可为术者提供充裕的操作空间，也为手术器械的传递与使用带来方便。

　　3.操作舒适：术者可不必像操作双目镜的显微镜那样，通过固定的目镜观察术野。术者可自由变换外视镜的角度，通过观看固定位置的显示屏进行手术操作。避免长期保持颈部、身体弯曲状态，显著降低术者的疲劳感，术者可长时间保持较为舒适的操作姿势。此外，随着外视镜的显示屏分辨率的不断提高，可进一步提高精细血管神经解剖结构的精准辨识能力，这将进一步有助于提高手术的安全性。

　　4.重量轻、体积小：器械的重量、体积也是影响手术的重要因素。外视镜的重量仅为650g，远远小于约100kg的显微镜[8]；而且器械的结构设计紧凑、体积小，操作十分方便。通过使用“气动臂”，可迅速在外视镜与神经内镜间进行切换。其小巧的体积，不仅在术区节省空间，为术者与器械护士传递手术器械提供充裕空间，又可节省手术室内原本放置双目显微镜的空间，为手术室内仪器设备的摆放和人员走动提供便利。

　　5.成本低、价格便宜：显微镜的价格昂贵，一台手术显微镜的价格为25～50万美金[9]，而外视镜的价格却远远低于传统显微镜，这将大大降低患者的医疗成本。

　　1.立体视觉不足：与传统双目显微镜的三维立体视觉不同，大多数外视镜目前只能提供二维视觉。因此，术者使用外视镜进行显微手术时，需要通过术野组织间的相对位置关系进行精细的显微操作。这在某种程度上增加了手术的操作难度和操作时间。

　　2.无自动对焦系统：目前，外视镜无自动对焦系统，需要手动转动对焦环进行对焦操作，通常需要助手的协作，在某种程度上影响了手术节奏[10]。

　　3.对图像的细节分辨力不足：目前，外视镜只能提供2倍的光学变焦，其对术区局部细节的分辨能力依赖于外接显示设备，显示设备越大、分辨率越高，而且对局部解剖细节的分辨能力越高。但由于目前的手术空间所限，未配备大尺寸4K显示屏，制约了其对图像细节的分辨能力。

　　4.相关人员需要外视镜操作的专业训练：由于外视镜及其固定系统（如气动臂）有别于传统双目显微镜的摆位和操作，手术者、器械护士、巡回护士均需要熟炼掌握外视镜的操作规范。术者和助手也需要适应这一新型手术操作系统。从作者团队利用其开展的近百例后颅窝显微手术来看，在扎实的显微操作基础上，熟悉并掌握该系统并不需要很长时间[10]。

　　第一代二维外视镜虽然较双目显微镜及神经内镜在应用上有了很大进步，但对于复杂高难度的颅脑手术，需要准确、真实的立体视觉来协调手和眼的动作，完成精细的手术操作，使得第一代二维外视镜在神经外科手术应用受到限制。近年来，随着三维技术和高清显示屏的发展，具有立体视觉的4K高分辨率外视镜将为术者提供真实的立体视觉和高度的解剖细节分辨能力[11-13]。该设备的出现，不仅弥补了现有外视镜的技术缺陷，拓展了外视镜的应用领域，同时大大提高了手术精度，将把现代神经外科手术水平推向新的高度。此外，该系统还能作为临床教学的重要平台，助手、参观者和术者均为同一视觉平台，这将有望缩短神经外科医生的训练时间，提高年轻医生的手术水平[14-16]。

　　此外，具有全新的三维高清柔性外视镜（3D-Eye-Flex）也将问世，该三维高清柔性外视镜主要由长15mm、直径15mm的三维高清硬性透镜以及615mm长的柔性波纹管组成。该外视镜不仅可为术者提供更为清晰的三维数字手术视野，其将外视镜及固定系统进行一体化处理，通过柔性固定系统，随意摆放外视镜的角度，改进了目前需要气动壁调节外视镜的不便，其柔性设计在满足术者手术操作舒适度的同时，还为不同入路的手术操作提供了便捷条件[17]。

　　综上所述，新近问世的手术外视镜操作系统，结合显微镜和神经内镜的优势，不同程度上弥补了其缺点，具有深景深、宽视野、长焦距、高分辨率、良好的深部照明、便捷的内外视镜切换、小体积、低成本、术者姿势不受限、易于操作等优势，为术者提供了更为便利的手术操作空间、舒适的手术姿势和高清的手术视野。随着该技术设备的不断更新和完善，将有望成为未来神经外科重要的手术显示和操作平台。