近年来，与玻璃体视网膜手术相关的新技术、新设备不断发展，促进了玻璃体视网膜疾病手术治疗效果的提高。其中3D手术视频系统在玻璃体视网膜手术中的应用是前景开阔的新技术之一。3D手术视频系统与传统的显微镜系统相比，通过将术者的目光从显微镜目镜转移至高清3D显示屏，具有优异的可视化和立体视觉，其可行性与安全性在越来越多的研究中得到证实。3D手术视频系统辅助的玻璃体视网膜手术很大程度上解放了术者的颈椎，还有助于手术方法的教学和培训。但目前3D手术视频系统存在图像延迟、依赖术者学习曲线和设备费用高昂等不足。相信随着技术的不断发展和升级，3D手术视频系统会越来越普及，成为玻璃体视网膜手术的新工具。
引用本文： 徐格致, 唐文怡. 3D手术视频系统在玻璃体视网膜手术中的应用与思考. 中华眼底病杂志, 2019, 35(6): 525-528. doi: 10.3760/cma.j.issn.1005-1015.2019.06.001 复制
科学技术是第一生产力，在医学领域最直接的体现就是不断创新的药物、医疗器械、设备以及检查手段。近三十年来眼科手术领域的新技术和新设备不断涌现，其中3D手术视频系统在玻璃体视网膜手术的应用是最值得关注的新进展之一。3D手术视频系统因其高分辨率、高景深、宽角度等优势及良好的人体工效学设计受到越来越多眼底外科医生的青睐。
1 3D手术视频系统原理及发展历程
3D手术视频系统是近年发展起来的用于眼科手术观察和记录的新科技。它采用两个高清摄像头直接采集显微镜下不同视角的图像信号，由数字光学通路将信号传输至超高速图像处理器进行处理，并最终反馈至高分辨率3D显示屏，术者无需使用显微镜目镜而通过佩戴3D眼镜观察3D显示屏，利用双眼视差的原理将捕获的图形信息在大脑融合成三维立体图像。3D手术视频系统最初在实验室手术训练中尝试，随后应用于临床操作，最早于2008年应用于白内障手术等眼前节手术[1]。2010年Riemann[2]提出其可应用于眼后节玻璃体切割手术。2016年Eckardt和Paulo[3]具有开拓性地报道了3D手术视频系统在数字化图像处理、人体工效学、图像分辨率和景深等方面的特点，并且以病例系列的方式报道了43例黄斑裂孔手术的结局，证实3D手术视频系统在玻璃体视网膜手术中应用的可行性。目前医疗市场上的3D手术视频系统主要包括美国爱尔康公司的NGENUITY系统、德国莱卡公司的M822和M844显微镜系统、美国TrueVision公司的TrueVision系统[4]。目前国内使用较多的是美国爱尔康公司生产的NGENUITY 3D手术视频系统，该系统于2017年9月在中国上市，今年9月已升级至1.2版本。
2 3D手术视频系统优点
2.1 3D手术视频系统与传统显微镜具有相似安全性与有效性
早期研究报道，3D手术视频系统可以在黄斑裂孔、黄斑前膜和视网膜脱离等疾病的手术过程中运用，不需要切换回显微镜就可以顺利完成手术，且并未发生额外的医源性黄斑出血和视网膜裂孔等手术中及手术后并发症[3, 5-7]。一项最新的前瞻性随机试验以50例患者为研究对象，探究了3D手术视频系统在黄斑疾病手术中的疗效，证实了其与传统显微镜手术具有相似的安全性与结局[8]。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院、北京大学人民医院、中山大学中山眼科中心和北京同仁医院等国内医院与国际同步，率先在国内开展3D手术视频系统下的玻璃体视网膜手术。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院自2017年8月至今已完成2000余例3D玻璃体视网膜手术，并报道了迄今为止国际上病例数最多的3D玻璃体视网膜手术与传统显微镜手术的对照研究[9]。研究中124例使用3D手术视频系统，202例使用传统显微镜手术系统，并至少随访半年，对两组的手术时间、手术后视力、解剖学复位成功率、手术中并发症以及手术后早期、晚期并发症的发生率进行比较，发现3D手术视频系统并不增加手术时间，适用于几乎所有类型玻璃体视网膜疾病（视网膜脱离、增生性玻璃体视网膜病变、黄斑前膜、黄斑裂孔、玻璃体积血、眼外伤等）的手术治疗及多种复杂手术操作（脱位张力环取出、眼内肿瘤切除、前后节联合手术等），且有效性和安全性均不逊于传统显微镜系统手术[9]。同期，国内中山大学中山眼科中心张少冲教授团队报道了3D手术视频系统在多种玻璃体视网膜疾病手术中的初步使用体验，通过59例手术的对照研究，发现3D手术视频系统的手术时间和难度评分与传统显微镜相比并无显著差异[10]。
2.2 3D手术视频系统具有更好的可视化效果
3D手术视频系统的突出优势在于优异的可视化和立体视觉，它改变了传统的显微镜手术模式，术者可通过直观地观看屏幕以实现眼底精细的手术操作。一般情况下，景深与放大倍率呈反比关系，而3D手术视频系统通过数字化图像处理技术对图像进行优化，使其在不同的放大倍率下都能保持良好的景深[3-4]。3D手术视频系统构筑的景深实际上是虚拟而非真实的空间，其空间层次更大更分明，这极大增加了对组织层次的分辨力，也增加了术者处理层次关系的信心，如分离去除多种增生组织，特别有助于诸如增生性玻璃体视网膜病变、玻璃体黄斑交界面疾病等需要多层次操作的手术。此外，3D手术视频系统敏锐捕捉并展示手术实时画面，借助宽屏3D高清显示屏，清晰呈现周边视野，扩大了手术视野[11]。进行手术操作时，手术操作可视区域内的解剖结构和器械等都能保持敏锐的对焦[11-12]。以美国爱尔康公司生产的NGENUITY 3D手术视频系统为例，该系统使用高动态范围（HDR）摄影机采集信息，通过3D 4K超清OLED 55英寸显示屏还原手术图像，比720 p视频清晰6倍以上，可以提供更多动态范围和图像细节，使手术操作更加精细。此外，手术系统可以通过个性化设置数字化滤镜以不同颜色展示手术视野。如在玻璃体积血伴牵引性视网膜脱离的病例中，可利用3D手术视频系统的滤镜功能，通过绿光剥膜，有效抑制红光，提高组织结构的辨析力，更有利于手术操作[12-13]。
2.3 3D手术视频系统降低所需光照，减少光毒性
3D手术视频系统的数字照明调制包括数字化放大和图像信号处理、屏幕的高清晰度和良好的景深有助于设备在低光照水平下运行[3, 14-16]。前期研究表明，3D手术组手术中导光光照强度（10.0%～22.7%）显著低于常规手术组（35.0%～38.9%），可能一定程度上有助于减少视网膜光毒性[3, 9]。此外，结合3D手术视频系统的滤镜功能，可以使手术医师进行组织染色时降低吲哚青绿、亮蓝等染料浓度或者减少染色时间，减少染料可能带来的不良反应[17]。
2.4 3D手术视频系统具有良好的人体力学设计
Rizzo等[18]详细地评估了整个手术团队的3D手术视频系统使用感受，发现主刀感觉抬头手术的操作过程更加舒适。通过问卷调查，Romano等[6]发现术者使用3D手术视频系统的满意度评分更高。通过400多例玻璃体切割手术，Eckardt和Paulo[3]体会到3D手术视频系统给予更好的人体工效学设计并可以减少术者视疲劳。同样地，通过两年多的使用，我们也感受到使用3D手术视频系统后，术者手术强迫体位带来的不适感明显减少。张少冲教授团队还系统地进行了人体工效学评分，发现3D组比显微镜组得分更高[9]。究其原因，推测一是术者可将其后背靠近椅背；二是术者可适度活动头颈、颈肩部及背部以减轻手术疲劳；再者，看屏幕比看显微镜时眼睛接受的光强度更弱，操作时可以轻微活动眼球，且放大的图像和良好的景深使术者更容易看清细节，视疲劳明显减轻[9]。
2.5 3D手术视频系统更有利于实时教学并增强团队合作
和传统的显微镜相比，3D手术视频系统具有良好的平台示教作用。通过佩戴3D眼镜观看3D高清大屏幕，手术室中的观摩者甚至手术直播时手术室外的观众能够拥有和主刀相同且同步的优质视觉体验，有利于手术方法的教学和培训[6, 9, 11, 19]。3D手术视频系统的另一优点在于它的超高速图像处理器可以同时流畅处理2D和3D的HDR图像，并支持至少100 h的3D高清手术视频的录制，还可以方便地利用系统自带的视频编辑软件对录制的视频进行编辑，有助于手术方法的学习与交流。升级后的3D手术视频系统可使Constellation手术系统的参数在3D高清显示屏上呈现，术者和助手可同时观看手术参数作为实时手术反馈，增强团队合作。此外，作为数字影像系统，3D系统将来可以将手术中OCT、手术前眼底影像学资料导入系统，术者可以更全面而深入地评估病情，辅助手术方案的施行。
3 3D手术视频系统不足之处
当然目前的3D手术视频系统也存在一定不足。如何缩短学习曲线以尽快适应3D手术视频系统是摆在每个术者面前的首要问题。3D手术视频系统涉及的屏幕位置和距离可能因人而异，且手术姿势、照明和放大倍数，最初都需要术者调整并适应，特别对于屈光不正的术者，屈光状态可能也会影响其使用体验，建议术者将原有屈光不正矫正至正常后再应用系统。初接触者可能由于操作动作和图像显示之间的轻度延迟（70 ms）而操作偏慢偏保守，特别是在眼前节手术操作迅速时这种滞后感更加明显。对于前庭功能太敏感的术者，佩戴3D被动式偏光眼镜可能容易出现头晕等不适，适应过程较长。对于助手来说，由于视角与主刀视角存在一定角度，常需要扭头或侧身以观察屏幕，增加巩膜顶压、剪线等辅助操作的难度。相信随着不断的练习与积累和3D手术视频系统的持续改进与升级，这些不足或许会在不远的将来得以改善。除此之外，目前还存在设备费用较高，广泛普及较为困难等局限性。
4 展望
3D手术视频系统具有良好的分辨率、放大倍数及拓展的景深，为玻璃体视网膜手术的精细操作提供更好的可视度。同时，3D手术视频系统优化了术者的手术姿势，提升了术者的手术体验，还具有良好的平台示教作用。希望充分利用3D手术视频系统的优势，努力提高玻璃体视网膜疾病的手术治疗效果。但值得一提的是，再高精的设备都不能代替手术的基本功和对疾病的认识。只有深入理解疾病的病理生理基础以及发生发展过程，同时具备良好的手术操作技能，才能将手术推向完美。
期待未来3D手术视频系统不断改进与升级，并在临床实践中越来越普及，为玻璃体视网膜手术的创新和发展带来更多可能与机遇。
科学技术是第一生产力，在医学领域最直接的体现就是不断创新的药物、医疗器械、设备以及检查手段。近三十年来眼科手术领域的新技术和新设备不断涌现，其中3D手术视频系统在玻璃体视网膜手术的应用是最值得关注的新进展之一。3D手术视频系统因其高分辨率、高景深、宽角度等优势及良好的人体工效学设计受到越来越多眼底外科医生的青睐。
1 3D手术视频系统原理及发展历程
3D手术视频系统是近年发展起来的用于眼科手术观察和记录的新科技。它采用两个高清摄像头直接采集显微镜下不同视角的图像信号，由数字光学通路将信号传输至超高速图像处理器进行处理，并最终反馈至高分辨率3D显示屏，术者无需使用显微镜目镜而通过佩戴3D眼镜观察3D显示屏，利用双眼视差的原理将捕获的图形信息在大脑融合成三维立体图像。3D手术视频系统最初在实验室手术训练中尝试，随后应用于临床操作，最早于2008年应用于白内障手术等眼前节手术[1]。2010年Riemann[2]提出其可应用于眼后节玻璃体切割手术。2016年Eckardt和Paulo[3]具有开拓性地报道了3D手术视频系统在数字化图像处理、人体工效学、图像分辨率和景深等方面的特点，并且以病例系列的方式报道了43例黄斑裂孔手术的结局，证实3D手术视频系统在玻璃体视网膜手术中应用的可行性。目前医疗市场上的3D手术视频系统主要包括美国爱尔康公司的NGENUITY系统、德国莱卡公司的M822和M844显微镜系统、美国TrueVision公司的TrueVision系统[4]。目前国内使用较多的是美国爱尔康公司生产的NGENUITY 3D手术视频系统，该系统于2017年9月在中国上市，今年9月已升级至1.2版本。
2 3D手术视频系统优点
2.1 3D手术视频系统与传统显微镜具有相似安全性与有效性
早期研究报道，3D手术视频系统可以在黄斑裂孔、黄斑前膜和视网膜脱离等疾病的手术过程中运用，不需要切换回显微镜就可以顺利完成手术，且并未发生额外的医源性黄斑出血和视网膜裂孔等手术中及手术后并发症[3, 5-7]。一项最新的前瞻性随机试验以50例患者为研究对象，探究了3D手术视频系统在黄斑疾病手术中的疗效，证实了其与传统显微镜手术具有相似的安全性与结局[8]。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院、北京大学人民医院、中山大学中山眼科中心和北京同仁医院等国内医院与国际同步，率先在国内开展3D手术视频系统下的玻璃体视网膜手术。复旦大学附属眼耳鼻喉科医院自2017年8月至今已完成2000余例3D玻璃体视网膜手术，并报道了迄今为止国际上病例数最多的3D玻璃体视网膜手术与传统显微镜手术的对照研究[9]。研究中124例使用3D手术视频系统，202例使用传统显微镜手术系统，并至少随访半年，对两组的手术时间、手术后视力、解剖学复位成功率、手术中并发症以及手术后早期、晚期并发症的发生率进行比较，发现3D手术视频系统并不增加手术时间，适用于几乎所有类型玻璃体视网膜疾病（视网膜脱离、增生性玻璃体视网膜病变、黄斑前膜、黄斑裂孔、玻璃体积血、眼外伤等）的手术治疗及多种复杂手术操作（脱位张力环取出、眼内肿瘤切除、前后节联合手术等），且有效性和安全性均不逊于传统显微镜系统手术[9]。同期，国内中山大学中山眼科中心张少冲教授团队报道了3D手术视频系统在多种玻璃体视网膜疾病手术中的初步使用体验，通过59例手术的对照研究，发现3D手术视频系统的手术时间和难度评分与传统显微镜相比并无显著差异[10]。
2.2 3D手术视频系统具有更好的可视化效果
3D手术视频系统的突出优势在于优异的可视化和立体视觉，它改变了传统的显微镜手术模式，术者可通过直观地观看屏幕以实现眼底精细的手术操作。一般情况下，景深与放大倍率呈反比关系，而3D手术视频系统通过数字化图像处理技术对图像进行优化，使其在不同的放大倍率下都能保持良好的景深[3-4]。3D手术视频系统构筑的景深实际上是虚拟而非真实的空间，其空间层次更大更分明，这极大增加了对组织层次的分辨力，也增加了术者处理层次关系的信心，如分离去除多种增生组织，特别有助于诸如增生性玻璃体视网膜病变、玻璃体黄斑交界面疾病等需要多层次操作的手术。此外，3D手术视频系统敏锐捕捉并展示手术实时画面，借助宽屏3D高清显示屏，清晰呈现周边视野，扩大了手术视野[11]。进行手术操作时，手术操作可视区域内的解剖结构和器械等都能保持敏锐的对焦[11-12]。以美国爱尔康公司生产的NGENUITY 3D手术视频系统为例，该系统使用高动态范围（HDR）摄影机采集信息，通过3D 4K超清OLED 55英寸显示屏还原手术图像，比720 p视频清晰6倍以上，可以提供更多动态范围和图像细节，使手术操作更加精细。此外，手术系统可以通过个性化设置数字化滤镜以不同颜色展示手术视野。如在玻璃体积血伴牵引性视网膜脱离的病例中，可利用3D手术视频系统的滤镜功能，通过绿光剥膜，有效抑制红光，提高组织结构的辨析力，更有利于手术操作[12-13]。
2.3 3D手术视频系统降低所需光照，减少光毒性
3D手术视频系统的数字照明调制包括数字化放大和图像信号处理、屏幕的高清晰度和良好的景深有助于设备在低光照水平下运行[3, 14-16]。前期研究表明，3D手术组手术中导光光照强度（10.0%～22.7%）显著低于常规手术组（35.0%～38.9%），可能一定程度上有助于减少视网膜光毒性[3, 9]。此外，结合3D手术视频系统的滤镜功能，可以使手术医师进行组织染色时降低吲哚青绿、亮蓝等染料浓度或者减少染色时间，减少染料可能带来的不良反应[17]。
2.4 3D手术视频系统具有良好的人体力学设计
Rizzo等[18]详细地评估了整个手术团队的3D手术视频系统使用感受，发现主刀感觉抬头手术的操作过程更加舒适。通过问卷调查，Romano等[6]发现术者使用3D手术视频系统的满意度评分更高。通过400多例玻璃体切割手术，Eckardt和Paulo[3]体会到3D手术视频系统给予更好的人体工效学设计并可以减少术者视疲劳。同样地，通过两年多的使用，我们也感受到使用3D手术视频系统后，术者手术强迫体位带来的不适感明显减少。张少冲教授团队还系统地进行了人体工效学评分，发现3D组比显微镜组得分更高[9]。究其原因，推测一是术者可将其后背靠近椅背；二是术者可适度活动头颈、颈肩部及背部以减轻手术疲劳；再者，看屏幕比看显微镜时眼睛接受的光强度更弱，操作时可以轻微活动眼球，且放大的图像和良好的景深使术者更容易看清细节，视疲劳明显减轻[9]。
2.5 3D手术视频系统更有利于实时教学并增强团队合作
和传统的显微镜相比，3D手术视频系统具有良好的平台示教作用。通过佩戴3D眼镜观看3D高清大屏幕，手术室中的观摩者甚至手术直播时手术室外的观众能够拥有和主刀相同且同步的优质视觉体验，有利于手术方法的教学和培训[6, 9, 11, 19]。3D手术视频系统的另一优点在于它的超高速图像处理器可以同时流畅处理2D和3D的HDR图像，并支持至少100 h的3D高清手术视频的录制，还可以方便地利用系统自带的视频编辑软件对录制的视频进行编辑，有助于手术方法的学习与交流。升级后的3D手术视频系统可使Constellation手术系统的参数在3D高清显示屏上呈现，术者和助手可同时观看手术参数作为实时手术反馈，增强团队合作。此外，作为数字影像系统，3D系统将来可以将手术中OCT、手术前眼底影像学资料导入系统，术者可以更全面而深入地评估病情，辅助手术方案的施行。
3 3D手术视频系统不足之处
当然目前的3D手术视频系统也存在一定不足。如何缩短学习曲线以尽快适应3D手术视频系统是摆在每个术者面前的首要问题。3D手术视频系统涉及的屏幕位置和距离可能因人而异，且手术姿势、照明和放大倍数，最初都需要术者调整并适应，特别对于屈光不正的术者，屈光状态可能也会影响其使用体验，建议术者将原有屈光不正矫正至正常后再应用系统。初接触者可能由于操作动作和图像显示之间的轻度延迟（70 ms）而操作偏慢偏保守，特别是在眼前节手术操作迅速时这种滞后感更加明显。对于前庭功能太敏感的术者，佩戴3D被动式偏光眼镜可能容易出现头晕等不适，适应过程较长。对于助手来说，由于视角与主刀视角存在一定角度，常需要扭头或侧身以观察屏幕，增加巩膜顶压、剪线等辅助操作的难度。相信随着不断的练习与积累和3D手术视频系统的持续改进与升级，这些不足或许会在不远的将来得以改善。除此之外，目前还存在设备费用较高，广泛普及较为困难等局限性。
4 展望
3D手术视频系统具有良好的分辨率、放大倍数及拓展的景深，为玻璃体视网膜手术的精细操作提供更好的可视度。同时，3D手术视频系统优化了术者的手术姿势，提升了术者的手术体验，还具有良好的平台示教作用。希望充分利用3D手术视频系统的优势，努力提高玻璃体视网膜疾病的手术治疗效果。但值得一提的是，再高精的设备都不能代替手术的基本功和对疾病的认识。只有深入理解疾病的病理生理基础以及发生发展过程，同时具备良好的手术操作技能，才能将手术推向完美。
期待未来3D手术视频系统不断改进与升级，并在临床实践中越来越普及，为玻璃体视网膜手术的创新和发展带来更多可能与机遇。