微创神经外科术中观察技术及其简约化趋势

　　【摘要】颅腔内病变位置深，术中观察系统的作用相对重要。显微镜在微创神经外科则拥有不可替代的地位，内镜的作用日益受到重视，望远镜的价值也逐渐引起注意。目前，内镜辅助显微镜是最佳组合，将来，可望转变为内镜辅助望远镜。术中观察系统应小型化和轻便化以便于巡回手术、方便就医，从而降低医疗费用。发明数字图像采集技术之后，术中观察系统可有经典手术模式和视频手术模式两种模式。采用视频手术模式可实现术中观察系统的小型化和轻便化。能否采用视频手术模式处理人类颅腔内病灶，相关的研究成果还相当匮乏。

　　【关键词】 显微镜;望远镜;内镜;经典手术模式;视频手术模式

　　显微手术的引入是现代神经外科发展史上的一个里程碑，只有显微手术才能成就微创神经外科。显微手术的必备工具之一是延长视觉功能的工具，即观察系统，包括放大镜(magnifying glass)、显微镜(microscope)、内镜(endoscope)和望远镜(telescope)。观察系统具有放大和照明的功能，为手术提供满意的视线和光线。以“长柄眼”来描述观察系统的特征和功能，评价其品质最为恰当和形象。长柄可以伸缩和旋转，便于从不同的角度观察目标，使用者感觉舒适、自在。

　　自从发明数字图像采集技术之后，显微手术便有了两种模式：经典手术模式(classical operative surgical technique,COST)和视频手术模式(video operative surgical technique,VOST)。前者采用镜下图像引导手术，后者采用视频图像引导手术。视频手术模式的优势很多：不束缚手的操作和眼的观察，手术舒适、自在;同步观摩手术进程，可以实时讨论手术难点和直观教学;保存手术资料，可以用于回顾分析和教学研究;术中观察系统可小型化和轻便化，便于巡回手术，方便就医并降低医疗费用。

　　1 放大镜神经外科[1]

　　手术放大镜和头灯最早在眼科和耳科应用，广视野放大镜问世以后，神经外科和其他领域也逐步应用手术放大镜和头灯。

　　手术放大镜的工作距离有26.5、34和42 cm三种，可根据手术部位的深浅选用。放大镜手术需要头戴式冷光源提供照明，Keeler头灯可提供充足科研工作站的同轴光照。其中，钨丝灯为6 V、18 W，在33 cm的工作距离上可形成直径为75 mm的均匀明亮光圈;纤维光源不产热，光圈可在30~100 mm范围内调节。

　　放大镜只有一个凸透镜，只能进行简单的放大，在微创化手术中的作用不大。另外，手术放大镜的放大倍数为3～5倍，只可进行表浅的显微外科手术。不过，放大镜和头灯简单、轻便，在神经外科和颅底外科仍有一定的使用价值。

　　在众多的观察系统中，放大镜的作用最小，开发放大镜视频手术模式的研究也就没有多大的意义。

　　2 显微镜神经外科

　　显微镜是两个以上凸透镜组成的透镜组，就放大效果而言，相当于两个以上的放大镜。手术显微镜的立体放大和同轴照明使神经外科的手术切口缩小、组织损伤减少、病变切除率、治愈率和手术疗效提高、并发症降低。目前，手术显微镜已广泛应用于整个神经系统疾病的手术中。

　　手术显微镜的放大倍数为5～40倍，常用放大倍数为5～10倍;工作距离在20～40 cm之间。神经外科的手术显微镜必须具备如下性能：图像清晰、有立体感，照明充足均匀、对组织无损害，物镜可更换以适应不同深度的手术需要，可连续变倍或分级变倍以调整放大倍数，平衡好且在三维空间可自由移动，备有同轴光源以便光源中断时启用，可连接照相机、摄像机等。

　　除了普通显微镜(general microscope)，数字显微镜(digital microscope)也已上市。普通显微镜和数字显微镜均由镜筒组合及其固定支架组成。普通显微镜的镜筒组合由物镜、焦距调节旋钮和目镜组成，结构复杂，体积和重量大，需要庞大而沉重的固定支架来支撑并保持其稳定。数字显微镜的镜筒组合由物镜、焦距调节旋钮和显微摄像头组成，结构简单，体积和重量小，只需轻巧的固定支架即可支撑并保持其稳定。

　　显微镜神经外科既可采用经典手术模式，又可采用视频手术模式。

　　普通显微镜经典手术模式极大地束缚了手的操作和眼的观察。首先，沉重而庞大的普通显微镜占据了相当多的手术空间，器械传递和手术操作都受到很大的影响。其次，在显微镜经典手术模式中，手术医师必须将眼睛接近目镜，才能从显微镜的镜下图像获取手术野的视觉信息。在这种“近距离观察、远距离操作”的状况下，手术医师需要长时间屈曲颈部和躯干，活动空间小，变换姿势的机会少，容易产生不适和疲劳，并影响手术质量;术者、助手、器械护士通过显微镜观察手术野的机会和效果不同，相互之间的配合很困难。为了充分发挥显微镜的作用，并使手术做得舒适，神经外科应该建立并采用显微镜视频手术模式。

　　早在1998年，日本学者Seiki等[2]就尝试利用普通显微镜建立显微镜视频手术模式并将其应用于临床病例。到了2007年，中国学者洪亚平和侯小改也进行了相似研究[3]。然而，他们是借助普通显微镜建立视频手术模式，只解除了显微镜对眼的束缚，而显微镜对手的束缚依然存在。为了同时解除显微镜对手和眼的束缚，神经外科应该建立数字显微镜视频手术模式。

　　数字显微镜视频手术模式可最大限度地解除显微镜对手术医师手和眼的束缚。首先，以轻巧的数字显微镜取代笨重的普通显微镜，可最大限度地减少显微镜对手术操作空间的占用，器械传递和手术操作几乎不受其影响。其次，通过视频图像获取手术野的视觉信息，可“远距离观察、近距离操作”，手术医师的活动空间大，变换姿势的机会多，操作比较舒适;术者、助手和器械护士对手术野的把握有相同的机会和效果，手术中容易配合。能否采用数字显微镜视频手术模式处理人类颅腔内病灶，取决于视频图像是否真实、可信，以及视频图像引导的手术操作是否准确、平稳。迄今，相关的研究成果还相当匮乏。

　　3 内镜(内视镜)神经外科

　　确切地说，内镜应该称为内视镜。根据Perneczky的说法，内镜在神经外科的用途主要有四种[4~6]：内镜辅助观察神经外科、内镜独立神经外科、内镜控制神经外科和内镜辅助显微镜神经外科。但笔者认为，如下表达更准确：内镜辅助显微镜术中观察(endoscope-assisted microscope intraoperative inspection,EAMII)，手术在显微镜下进行，内镜只是用来观察显微镜视角以外的颅脑结构或残余病灶;工作通道内内镜独立手术(intrathecal endoscope solo operative surgery,IESOS)，手术在内镜的工作通道内进行，需要专用手术器械;工作通道外内镜独立手术(extrathecal endoscope solo operative surgery,EESOS)，手术在内镜的工作通道外进行，不需要专用手术器械;内镜辅助显微镜手术(endoscope-assisted microscope operative surgery,EAMOS)，手术主要在显微镜下进行，内镜只是用来处理显微镜视角以外的残余病灶。

　　限于自身结构的特殊性，神经外科内镜手术一开始就主要采用视频手术模式，几乎不采用经典手术模式。

　　根据镜管的柔韧性，内镜应该有三种：硬管内镜(rigid endoscope)、半软管内镜(half-soft endoscope，HSE)和软管内镜(soft endoscope)。硬管内镜可提供工作通道和多种观察角度，但其镜管僵直，不能随意成角，且需要特殊的支架来支撑和固定。固定硬管内镜，可有多种选择，除了用特制配件将其固定在自持牵开器上或定向仪导向弧上之外，还有内镜固定和导向装置、内镜牵开器及将其固定在颅骨钻孔上的简易装置。当然，机械支架或气动支架最好，但都很昂贵且占据较多的操作空间。虽然软管内镜和半软管内镜都不能提供工作通道和多种观察角度，但二者的镜管都很柔软，可随意成角而从不同的方位观察。

　　迄今，内镜神经外科普遍采用硬管内镜。究其原因，是过分看重其附带的工作通道。然而，在内镜神经外科领域，硬管内镜既非必要又无优势。首先，软管内镜或定形管内镜可随意成角而进行多种角度观察，硬管内镜则需要交替使用不同观察角度的镜子;其次，虽然，硬管内镜附带工作通道，但除了内镜独立神经外科之外，内镜在神经外科的其他用途都不需要工作通道;再次，硬管内镜僵直的长镜管及其固定支架占据了相当多的操作空间，手术不方便;最后，硬管内镜的专用固定支架昂贵。为了解除内镜对手的束缚，同时降低内镜神经外科的费用，硬管内镜应当为半软管内镜或软管内镜所取代。

　　长期以来，内镜神经外科几乎不使用软管内镜，一是软管内镜不能为目前普遍开展的内镜独立神经外科提供工作通道，二是一直没有满意的方式固定软管内镜。其实，采用廉价的定形套(flexible sheath)即可简便地将软管内镜稳定地固定在任意观察角度。至于已在研制中的可定形半软管内镜，则无需特殊支架固定。中国华芯公司为本研究特制的EDA-H电子内镜就是可定形半软管内镜，轻便、廉价，具有开发和应用的价值。定形套软管内镜(soft endoscope with flexible sheath，SEFS)和可定形半软管内镜(flexible half-soft endoscope，FHSE)的优点都是简单、廉价、占用空间少。

　　4 外视镜神经外科

　　鉴于内镜(内镜)必须进入体内观察且操作需要有通道和间隙，美国学者Mamelak等[7](2008)尝试采用外视镜(exoscope)建立视频手术模式。研究结果表明，即使在高倍视野下，该系统的视频图像也可与手术显微镜的镜下图像媲美;在神经外科手术过程中，该系统容易操作、使用舒适。Mamelak等认为，外视镜视频手术模式的优点如下：术者、助手及其他手术人员都可在合适的距离观看高清晰的图像;所有手术人员都可轻松地参与手术全过程;容易与现代记录系统、高精度监视器、外科导航系统整合;体积小、重量轻，保管和搬动都方便;购置和保养的费用低。笔者则认为，外视镜不能兼有显微镜操作空间大的优势和内视镜(内镜)观察角度大的优势，故其应用前景有限。

　　5 望远镜(远视镜)神经外科

　　显微手术观察系统的优点是既能清楚地观察病灶，又不干扰操作。实践表明，在显微镜前操作，空间最大、干扰最少。进而，以数字显微镜替代普通显微镜，建立显微镜视频手术模式，解除了观察系统对手术医师手和眼的束缚。但是，显微镜恰好处于手术医师和显示装置之间，遮挡手术医师观看视频图像的视线。因此，如能借助望远镜建立视频手术模式，则神经外科手术将更加舒适。

　　望远镜犹如“千里眼”，用于观察远距离物体。其工作原理是，通过透镜的折射或凹反射镜的反射使光线聚焦直接成像，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的远距离物体变得清晰可辨。望远镜可远距离观察，不会妨碍手的操作和眼的观察。

　　当然，望远镜远距离观察的特性使之不可能采用经典手术模式，只能采用视频手术模式。原因是手术医师若通过望远镜观察手术野，手就接触不到手术野。因此，望远镜要能在神经外科派上用场，必须具备可近距离观察的特性，如体型微小，并具有数字图像采集功能则更好。可近距离观察，才能安置在手术医师伸手可及之处，既方便其操纵，又不遮挡其观看视频图像的视线;体型小、重量轻，保管、搬运、安置和使用才方便。Nikula单筒变倍望远镜序列(中国威宏公司)就是微型近视望远镜，包括Nikula(7~21)×22(110 g)、Nikula(7~21)×25(120 g)和Nikula(10~30)×25(120 g)等，做工精细、小巧轻便、光学性能优异，近焦距可在30~50 cm以内。其中，Nikula(7~21)×22和Nikula(7~21)×25单筒变倍望远镜均可在7~21×之间连续变倍，更适合微创神经外科。

　　6 内镜辅助显微镜(望远镜)神经外科

　　颅腔内病灶位置深，比邻关系复杂，需用多种观察工具配合使用以获得最好的显露。目前，微创神经外科术中观察主要依靠显微镜，但内镜也日益受到重视，望远镜则逐渐引起关注。

　　显微镜的镜筒组合相对粗大，占用空间大，只能远距离观察，但工作距离长，可在镜前操作。通过显微镜远距离观察，对解剖定位标志的依赖性不大、手术进程中不容易迷失方向，但视野存在死角、照明随着景深而减弱，对深处病灶的显露不够清晰;在显微镜前操作，工作距离长，手术方便，但手和器械可能遮挡视线。内镜的镜筒组合相对纤细，占用空间少，可近距离观察，但工作距离短，只能在镜周操作。通过内镜近距离观察，照明良好且可多角度观察，视野不存在死角，但对解剖定位标志的依赖性大，手术进程中容易迷失方向;在内镜周操作，由于受到镜筒的干扰，不容易完成复杂的手术动作，但手和器械不会遮挡视线。

　　因此，显微镜和内镜在神经外科的应用，应该优势互补，以显微镜为主、内镜为辅，采用内镜辅助显微镜视频手术模式(endoscope-assisted microscope video operative surgical technique，EAMVOST)，绝大部分颅腔内病灶可在显微镜下处理，颅腔深处残余病灶或囊性病灶则需在内镜下清理。处理浅处病灶时，只需显微镜视频手术模式即可;处理深处病灶时，需先采用显微镜视频手术模式切除大部分病变，再采用内镜视频手术模式清理残余病变或观察显微镜视频手术模式的手术效果。

　　显微镜进入神经外科的历史最长，技术最成熟。但是，显微镜恰好在手术医师和手术野之间。普通显微镜庞大，会妨碍手的操作，数字显微镜小巧，虽不妨碍手的操作，但其在手术医师和视频显示装置之间，会影响手术医师观看视频图像。

　　相反，望远镜远距离观察的特性使其可在手术医师和手术野、视频显示装置之外，既不妨碍手术操作，又不影响视频图像观看。目前，近焦距在100 cm以内的微型近视变倍单筒望远镜已经问世，借助望远镜建立视频手术模式不再是无稽之谈。不久的将来，微型数字近视变倍单筒望远镜也不难购置，建立望远镜视频手术模式会更加方便。因此，以望远镜视频手术模式取代显微镜视频手术模式将指日可待。

　　同样，若内镜辅助望远镜视频手术模式(endoscope-assisted telescope video operative surgical technique，EATVOST)得以实现，则微创神经外科手术会更加舒适、自在。

　　总之，光学观察系统在微创外科手术中具有举足轻重的作用，其品质最好是体积小、重量轻，图像清晰、逼真、立体感强。目前，内镜辅助显微镜是最佳组合;将来，有望通过内镜辅助望远镜使微创神经外科手术更加舒适、自在。至于使用光学观察系统的最佳方式，无疑是视频手术模式，只是视频图像稍欠立体感，需要进一步研究。

　　【参考文献】

　　1 段国升,朱诚.手术学全集：神经外科卷.北京：人民军医出版社,1994.

　　2 Seiki Y,Shibata I,Oishi H,et al.The development of three dimensional video microscope system for clinical application in neurosurgery.No Shinkei Geka,2002,30(6):601-606.

　　3 洪亚平,侯小改.低成本制作光学显微镜(正立、倒置)/解剖镜的实时观察和记录系统.生物学通报,2007,42 (4):51.

　　4 Hopf NJ,Perneczky A.Endoscopic neurosurgery and endoscope-assisted microneurosurgery for the treatment of intracranial cysts.Neurosurgery,1998,43(6):1330-1337.

　　5 Perneczky A,Fries G.Endoscope-assisted brain surgery:part 1- evolution,basic concept,and current technique.Neurosurgery,1998,42(2):219-225.

　　6 Fries G,Perneczky A.Endoscope-assisted brain surgery:part 2- analysis of 380 procedures.Neurosurgery,1998,42(2):226-232.

　　7 Mamelak AN,Black KL.A high-definition exoscope system for neurosurgery and other microsurgical disciplines:preliminary report.Surg Innov,2008,15(1):38-46.