总结人工智能(AI)人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜在胃肠肿瘤根治术中应用体会。
回顾性分析上海交通大学附属第一人民医院2019年7月—2020年3月行AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜胃肠肿瘤根治术的30例胃肠肿瘤患者的临床资料。30例中，男16例、女14例，年龄38～77岁；胃癌7例、结肠癌15例、直肠癌8例。观察和记录患者的手术时间、淋巴清扫数量、术中出血、术后排气时间、腹腔引流导管留置时间、住院时间等围术期指标，以及术后并发症等情况。
30例胃肠肿瘤患者均顺利完成手术，其中胃癌、结肠癌和直肠癌患者的手术时间分别为(142.6±28)、(390.9±20.5)、(117.4±27.1)min，淋巴清扫数量分别为(35.8±6.5)、(30.8±4.5)、(25.2±6.3)枚，术中出血分别为(105.8±33.3)、(55.8±25.6)、(85.7±28.6)mL，术后排气时间分别为(2.5±2.1)、(1.3±0.7)、(2.5±1.2)d，导管留置时间分别为(4.3±0.7)、(1.6±0.7)、(4.1±1.4)d，住院时间分别为(9.8±2.5)、(7.6±1.2)、(8.7±1.9)d。患者术后均未出现腹腔感染、出血、吻合口瘘以及淋巴瘘等相关并发症。
AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜有助于术者更精准、更安全、更舒适地完成手术，适用于临床胃肠肿瘤外科治疗。
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在我国，胃癌、结直肠癌的发病率及死亡率分别为恶性肿瘤的第3和第4位[1]。随着微创理念的深入和医疗设备的更新，腔镜手术越来越成为治疗胃肠肿瘤的首选，目前临床常用的手术方式是二维和三维腹腔镜下胃肠肿瘤切除术[2,3]。胃肠肿瘤二维腹腔镜根治术是胃肠道恶性肿瘤的主流手术途径，但其输出图像为二维平面图像，施术者对术腔缺乏深度感知，与开腹手术相比，在空间定位、膜解剖结构辨认等方面存在不足[4]。三维腹腔镜技术较好地弥补了上述不足，其三维立体的手术视野使术者获得更佳的视觉效果，解剖层面更清晰，手术操作纵深感良好，有利于完成更精细的手术[5]。但是，三维腹腔镜的缺点也比较明显：其一，术者佩戴三维眼镜时所见画面偏暗，会导致图像失真；其二，长时间佩戴眼镜，可能造成术者出现视物不清、视觉疲劳，甚至恶心、呕吐、眩晕等不良反应。因此，限制了三维腹腔镜手术进一步推广[6,7]。随着腹腔镜技术的发展，裸眼三维系统在腹腔镜手术中的应用趋于成熟，在保证三维腹腔镜所有优点的同时消除了配戴眼镜带来的不良影响。
2019年7月，我们率先引进了人工智能(artificial intelligence，AI)人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜设备(图1)。AI人眼追踪原理是通过基于AI算法的人眼跟踪设备，实时检测观察者瞳孔的位置，并根据观察者瞳孔的空间位置坐标，动态调整液晶光栅透光区域的位置，观察者的左眼与右眼分别接收两眼的视差图像，通过大脑融像，让观察者看到合适的三维图像[8]。4K腹腔镜系统不仅增大了显示屏的尺寸，还进一步增加了视敏度和分辨率，同裸眼三维系统相辅相成，最大限度提升了腹腔镜手术的便利性和安全性。本研究回顾性分析了30例行AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜胃肠道肿瘤根治术患者的临床资料，总结AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜技术在胃肠肿瘤手术中的应用体会。
纳入标准：(1)消化道内镜及其病理诊断为胃肠恶性肿瘤；(2)年龄<80岁，符合腹腔镜胃肠肿瘤切除术治疗指征，无腹腔镜手术禁忌证者。排除标准：(1)曾有过严重的心脑血管、呼吸系统、血液系统、肝脏或肾脏疾病史；(2)肿瘤复发或既往存在其他肿瘤或术前有新辅助放化疗史患者；(3)腹腔镜中转开腹；(4)术前相关检查证实肿瘤已有远处转移或术中无法切除的肿瘤。
回顾性研究。纳入上海交通大学附属第一人民医院胃肠外科2019年7月—2020年3月行AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜胃肠道肿瘤根治术的30例患者的临床资料，其中男16例、女14例，年龄38～77(59±10)岁。胃恶性肿瘤7例，包括贲门肿瘤3例、胃底肿瘤3例、胃体上部肿瘤1例(腹腔镜全胃切除)；结肠恶性肿瘤15例，包括盲肠1例、升结肠4例、结肠肝区3例(腹腔镜右半结肠切除)、脾区1例、降结肠2例、乙状结肠4例(腹腔镜左半结肠切除)；直肠恶性肿瘤8例(腹腔镜直肠癌Dixon)。本研究符合《赫尔辛基宣言》的要求，患者及家属均签署知情同意书。
本组患者手术及后续治疗均由同一治疗组医师完成。手术仪器采用广州杏雨AI科技和B.Braun® Vision裸眼三维腹腔镜系统，由显示器、人眼追踪系统和控制电脑三部分组成。胃癌患者行腹腔镜下全胃切除术，直肠癌患者均行腹腔镜Dixon手术，结肠癌患者视肿瘤部位行病灶及其周围肠管切除。手术方法同传统的腹腔镜胃肠癌根治术。见图1、图2。
记录患者的手术时间、淋巴清扫数量(以术后病理检测淋巴结数量为准)、术中出血、术后排气时间、腹腔引流导管留置时间、住院时间，观察术后并发腹腔感染、出血、吻合口瘘和淋巴瘘等情况。
应用SPSS 21.0统计学软件进行数据处理，服从或近似服从正态分布的计量资料用
±s表示。
30例患者均顺利完成手术。胃癌、结肠癌、直肠癌患者的手术时间分别为115～200、75～140、80～150 min，术中出血量分别为60.5～135、35～140、55～130 mL，清扫淋巴结数分别为25～42、24～39、15～35枚，术后排气时间分别为1～6、0.5～3、1～5 d，导管留置时间分别为3～5、1～3、2～6 d，住院时间分别为5～13、5～10、6～12 d。见表1。
30例行人工智能人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜胃肠肿瘤根治术的胃肠肿瘤患者手术观察指标(
±s)
30例行人工智能人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜胃肠肿瘤根治术的胃肠肿瘤患者手术观察指标(±s)
| 胃肠肿瘤 | 例数 | 手术时间(min) | 淋巴结清扫数量(枚) | 术中出血(mL) | 术后排气时间(d) | 导管留置时间(d) | 住院时间(d) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 胃癌 | 7 | 142.6±28.3 | 35.8±6.5 | 105.8±33.3 | 2.5±2.1 | 4.3±0.7 | 9.8±2.5 |
| 结肠癌 | 15 | 90.9±20.5 | 30.8±4.5 | 55.8±25.6 | 1.3±0.7 | 1.6±0.7 | 7.6±1.2 |
| 直肠癌 | 8 | 117.4±27.1 | 25.2±6.3 | 85.7±28.6 | 2.5±1.2 | 4.1±1.4 | 8.7±1.9 |
所有患者术后未出现腹腔感染、出血、吻合口瘘以及淋巴瘘等相关并发症。
随着技术和设备的不断更新，裸眼立体显示技术契合三维腔镜在手术中的运用应运而生。该技术主要利用柱状透镜技术，无需眼镜辅助，肉眼直接观看就能够获得三维立体图像。4K显示技术是一种高清的显像系统，其像素是普通1 080高清显示的4倍，宽高可达4 096×2 160像素，每秒24帧画面。4K技术在腹腔镜系统的运用，极大弥补了常规高清腹腔镜术野中对细节显示的不足，使得腹腔镜传导的画面更加清晰真实。在本研究中，我们使用的裸眼三维系统采用了AI人眼追踪及4K超高清显示技术，主刀医生需要在帽沿正中位置粘贴红点，系统即可追踪红点所在平面，继而识别观察者瞳孔；显示屏上加载的摄像头会自动识别佩戴红点的主刀者，并通过确定主刀者左右瞳孔的即时位置，在屏幕上动态显示高清的三维图像。
在AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜下行胃癌根治术，淋巴结、细微血管、淋巴管、神经血管束结构辨识度较二维和传统三维腹腔镜要高，能够更为精确地找出解剖层面，分离胃系膜并裸化血管，对淋巴结的清扫更为彻底；尤其是在显露胃十二指肠动脉、肝总动脉和肝固有动脉向上清扫淋巴结并根部处理胃右动脉时，对血管解剖的空间走向的判断更为精确，减少了对此处解剖的误判。张珂诚等[9]比较了胃癌二维和三维腹腔镜手术组临床疗效发现，三维组手术时间短、术中出血少，且差异有统计学意义，而在淋巴结清扫数、阳性淋巴结数、术后排气时间、住院时间、住院费用、术后并发症发生率及严重程度方面差异无统计学意义。王静铭等[10]在胃癌三维腹腔镜手术的操作和研究中认为，三维腹腔镜技术保留了术中对于组织脏器完整的触觉反馈。我们在应用AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜系统中发现，术者可以更容易辨认操作器械和判断目标器官组织的相对位置，更准确地判断缝针的位置和方向，完成更精细的吻合操作。
理想的结直肠癌手术效果是术中出血少、盆壁创面平整光滑、肠系膜无缺损、盆部神经不受损伤。张永康等[11]行三维腹腔镜直肠癌根治术时，相较于二维腹腔镜手术感觉解剖间隙明显增大，解剖平面易于辨认，肠系膜下动脉的解剖裸化更加快捷，血管和神经的误损伤减少。而在AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜下行结直肠癌根治术，解剖层面同样立体清晰、术中出血少，更便于保护重要的神经。例如，在游离Toldt间隙时，可明显看到组织间隙的间疏松结构，在此平面游离乙状结肠系膜外侧叶时，可避免损伤输尿管；再者，在解剖肠系膜时，能够迅速清扫血管周围的脂肪及淋巴结，有利于动脉血管的裸化夹闭和离断；在清扫根部淋巴结时能够发现细小的血管，小出血都可迅速准确地一次性完成止血，从而节省手术时间。本组患者直肠癌根治术中，常规保留左结肠动脉，使用AI人眼追踪4K高清裸眼三维技术可以更加清晰地分辨肠系膜下动脉分支及其周围神经结构，在完成253枚淋巴结清扫的同时，更加方便保留左结肠动脉、精准保护周围神经。
在本研究中，AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜下完成胃肠肿瘤切除术的患者均未出现并发症，且与本团队既往开展的二维腔镜下手术报道结果[12]相比，患者的手术时间、术中出血量和住院时间与其相近甚至有所缩短或减少，在淋巴结清扫数量来看，裸眼三维腹腔镜也明显高于二维。
尽管AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜优势明显，但其仍有一定的局限性。一方面，目前采用的AI人眼追踪4K高清裸眼三维系统主要为双视点，需要手术者佩戴信号发射器以定位观察点，原则上仅主刀医师一人免于佩戴眼镜，第二助手如果视觉位置靠近主刀也可以免于佩戴眼镜。但是站立于主刀对面的第一助手仍需佩戴眼镜辅助观看，并且需要调整主刀医师与显示屏的距离，才能得到稳定的三维立体画面。另一方面，观察镜的双摄像头位置固定，无法旋转镜头切面来改变视角，只能通过旋转镜身改变视角。此外，扶镜手轻微的手部震颤或小幅度的镜头快速调整会使术中图像偶尔出现重影，因此，系统的稳定性有待加强[13,14]。
总之，AI人眼追踪4K高清裸眼三维腹腔镜能够帮助术者更精准、更安全、更舒适的完成手术，保障患者术中安全，减少术后并发症，具有良好的应用前景。虽然，目前AI人眼追踪4K高清裸眼三维技术还有一定的不足之处，但是随着微创技术和加速康复外科理念的发展，未来AI人眼追踪4K高清裸眼三维技术将是外科手术的一个重要方向。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
