手術(shù)視頻示教采集模式對比研究

楊 陽，張世彤

（天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院，天津 300060）

近年來，手術(shù)視頻在手術(shù)外科示教中扮演著越來越重要的角色。隨著醫(yī)學(xué)攝影設(shè)備的不斷更新發(fā)展，層出不窮的新設(shè)備讓廣大醫(yī)學(xué)攝影師感到有些“眼花繚亂”，面對復(fù)雜多樣的手術(shù)，如何熟練運用各類手術(shù)視頻錄制設(shè)備，“揚長避短”出色地完成錄制，是廣大醫(yī)學(xué)攝影師亟需解決的問題之一。筆者根據(jù)多年臨床錄制經(jīng)驗，對國內(nèi)5類視頻錄制設(shè)備進行統(tǒng)一匯總，對比優(yōu)劣，以便于業(yè)界學(xué)習(xí)分享。

隨著外科手術(shù)教學(xué)視頻需求量和使用量的增加，手術(shù)視頻錄制設(shè)備一改傳統(tǒng)的“手持式”攝像，增加了許多新興模式，如腔鏡、頭戴式、數(shù)字化手術(shù)間攝像頭、達芬奇手術(shù)機器人等［1］。這些新興設(shè)備的出現(xiàn)，在方便攝影師進行手術(shù)視頻錄制的同時，也帶來了一些錄制上的難題。筆者利用多年臨床錄制經(jīng)驗，對國內(nèi)醫(yī)學(xué)攝影常見的5種錄制模式進行總結(jié)分析［2］，詳細羅列各類手術(shù)錄制模式的優(yōu)劣及改進方案，探討5G時代手術(shù)示教系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用［3］，以期為同行提供借鑒。

1 腔鏡攝像頭及手術(shù)機器人攝像模式

1.1 腔鏡攝像頭及手術(shù)機器人攝像模式簡介

腔鏡頭拍攝特指助手利用腹腔鏡鏡頭，由拍攝者（必須具有臨床經(jīng)驗，一般為二助）手持鏡頭深入患者身體內(nèi)進行近距離拍攝，無需增加攝像設(shè)備就能滿足日常錄像的要求。攝錄系統(tǒng)利用腔鏡器械，器材組裝、連線十分方便，需要時可以隨時使用，針對胸腹腔內(nèi)手術(shù)，錄制優(yōu)勢明顯。

隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，手術(shù)機器人（即達芬奇手術(shù)機器人）逐漸來到大家的身邊［4］，其自身攜帶高清攝像頭，可嵌入機器手臂中進行實時錄像，對手術(shù)影響較?。?］，同樣針對胸腹腔內(nèi)手術(shù)錄制，優(yōu)勢明顯。

1.2 腔鏡攝像頭及手術(shù)機器人攝像模式優(yōu)點

①占地小、不耽誤手術(shù)。隨著外科醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微創(chuàng)+小刀口治療已經(jīng)成為現(xiàn)如今的趨勢。腔鏡鏡頭長約50cm，直徑1cm，由拍攝者（助手）手持進入患者胸腔或腹腔內(nèi)拍攝錄制［6］，且拍攝位置多為主刀正對面或一側(cè)，占用體積小，對手術(shù)操作影響也較小。

②更加深入貼近，清晰度高。因腔鏡進入患者身體內(nèi)部進行拍攝，具有其他開放手術(shù)攝像設(shè)備無法比擬的優(yōu)勢［7］，攝像頭可直達手術(shù)刀貼近的位置，腔鏡鏡頭直徑大約1cm且為120側(cè)視鏡，因為離拍攝術(shù)野非常近，所以畫面呈現(xiàn)完整、清晰，細致程度甚至超過手術(shù)者（主刀）的肉眼觀察［8］。

③輔助手術(shù)照明。利用腔鏡自帶的冷光源可以給光照不足的手術(shù)區(qū)域照明，提高畫面的清晰程度，從而協(xié)助主刀進行手術(shù)，保證畫面質(zhì)量。

1.3 腔鏡攝像頭及手術(shù)機器人攝像模式缺點及改良

①缺點。該拍攝模式需要拍攝者參與到手術(shù)中，上手難度高。因需要使用腔鏡攝像頭在手術(shù)中拍攝，拍攝者必須具備一定的醫(yī)學(xué)專業(yè)素養(yǎng)，所以一般都是助手充當(dāng)攝影師。由于助手缺乏攝影知識，手術(shù)錄像時多數(shù)處于“打開亮紅燈，一直開著錄”這個階段，因此產(chǎn)生的廢鏡頭較多，時常讓觀看者產(chǎn)生炫目的鏡頭感，給后期剪輯增加了困難。通常腔鏡鏡頭不具備相機鏡頭所具有的光圈、快門功能，也不能進行變焦，這在一定程度上影響了畫面質(zhì)量［9］。另外，助手還需要參與到手術(shù)進程中，手術(shù)現(xiàn)場變化莫測。

②改良。錄制手術(shù)要有針對性方能發(fā)揮腔鏡的優(yōu)勢，比如針對腹腔、胸腔內(nèi)部鏡頭錄制時，應(yīng)對助手進行基本的攝影知識培訓(xùn)，如拍攝畫面要穩(wěn)、起幅、落幅等，這樣才能發(fā)揮其最大優(yōu)勢。

2 數(shù)字化手術(shù)間 （無影燈）HD-SDI實時攝像模式

2.1 數(shù)字化手術(shù)間（無影燈）HD-SDI術(shù)野攝像模式簡介

一般手術(shù)間攝像機器分為中置術(shù)野攝像機和外置術(shù)野攝像機兩種，其中較為常用的是外置術(shù)野攝像機。通過信號源種類又可分為模擬BNC術(shù)野攝像機、高清HD-SDI信號術(shù)野攝像機、網(wǎng)絡(luò)RJ45術(shù)野攝像機、HDMI術(shù)野攝像機［10］。這些攝像機之間的主要區(qū)別集中在HD-SDI術(shù)野攝像機產(chǎn)出的影像是無壓縮的高清畫質(zhì)，且畫面不會出現(xiàn)延時情況。網(wǎng)絡(luò)術(shù)野攝像機拍攝時會壓縮信號圖像，導(dǎo)致畫面相對不清晰、軟解碼失去色彩、手術(shù)畫面平均延時2秒左右、畫面出現(xiàn)不同步的情況等。所以，通常主流數(shù)字化手術(shù)間匹配的就是HD-SDI高清攝像機。

一般來講，數(shù)字化手術(shù)室內(nèi)包含3個HD-SDI、4K高清攝像頭，分別安裝在無影燈上（上帝視角）、手術(shù)室大環(huán)境、腔鏡內(nèi)，三個攝像頭分工不同，一起配合完成整臺手術(shù)的轉(zhuǎn)播錄制?？此茢z影師的作用被“削弱了”，但其實恰恰相反，先進的設(shè)備只能讓術(shù)野拍得更清楚、變焦更快速，但冷冰冰的機器后，人腦是不可替代的，也是其中起到?jīng)Q定性作用的，通?？蛇m用于大多數(shù)手術(shù)錄制。

2.2 數(shù)字化手術(shù)間（無影燈）HD-SDI術(shù)野攝像模式

①上帝視角，最大程度上不干擾手術(shù)進程。專門為數(shù)字化手術(shù)間設(shè)計的VOLERS高清術(shù)野攝像機，配合10倍、20倍高清光學(xué)變焦鏡頭，可以將想錄制的畫面任意進行放大拍攝。由于攝像頭就固定在無影燈旁邊，基本不會影響到手術(shù)進程，這是數(shù)字化手術(shù)間攝像鏡頭的最大優(yōu)勢［11］，同時，由于無影燈位置高，拍攝鏡頭位置也高，因而畫面不會出現(xiàn)遮擋，且數(shù)字化手術(shù)間光源較為充足，也為拍攝記錄亮度提供了保障。

②攝影師拍攝方便、省力。攝影師不需要在手術(shù)床旁操作，只需要在數(shù)字化手術(shù)間操作平臺轉(zhuǎn)動攝像頭，選取所要拍攝的畫面即可，方便快捷。

③5G+4K，給影像輸出端提供無限可能?！?G+4K”兩種技術(shù)的結(jié)合，造就了數(shù)字化手術(shù)間的無限可能。數(shù)字化手術(shù)間解決了傳統(tǒng)手術(shù)信息孤島的問題［12］，利用4K鏡頭和5G技術(shù)，將變化莫測的手術(shù)臺直接實現(xiàn)多維度實時分享傳播，輸出端口可以根據(jù)選擇輸出到LED顯示屏、示教室、會議室，甚至是網(wǎng)站及手機醫(yī)療客戶端［13］。主刀醫(yī)生在手術(shù)中遇到突發(fā)情況時，可以隨時聘請院外專家進行會診［14］，同時讓年輕醫(yī)生不用走進手術(shù)室也可以掌握手術(shù)的所有細節(jié)。

2.3 數(shù)字化手術(shù)間（無影燈）HD-SDI術(shù)野攝像模式不足和改良

①不足。一方面，錄制過程中，產(chǎn)生的廢鏡頭比較多，通?！耙荤R到底”錄制視頻較長，導(dǎo)致后期剪輯壓力過大，比如將8h的手術(shù)錄像剪輯成10min的畫面，需要耗費很大精力；另一方面，由于攝像機固定在無影燈上，鏡頭旋轉(zhuǎn)角度受限，經(jīng)常出現(xiàn)術(shù)者遮擋術(shù)野畫面的情況，拍攝畫面有限；最后，面對患者胸腹腔內(nèi)位置較深的手術(shù)拍攝，無影燈攝像頭基本“失去功效”，盡量避免此類手術(shù)拍攝。

②改良。建議對錄制人員，比如手術(shù)護士進行攝影基礎(chǔ)培訓(xùn)，確保畫面錄制過程中，有專人負責(zé)監(jiān)控畫面，及時解決手術(shù)現(xiàn)場拍攝出現(xiàn)的問題。

3 搖臂攝像模式

3.1 搖臂攝像模式簡介

搖臂攝像特指利用搖臂設(shè)備，根據(jù)前期溝通手術(shù)位置提前將手術(shù)搖臂固定在手術(shù)床上或架設(shè)在手術(shù)床旁，一名設(shè)備操作人員坐在手術(shù)室內(nèi)控制搖臂機器人，對手術(shù)進行錄制，搖臂由多個“關(guān)節(jié)”組成，關(guān)節(jié)攝像頭可進行360°運動，以任意角度拍攝畫面。

3.2 機械搖臂攝像模式的優(yōu)勢

①反關(guān)節(jié)操作，科技化程度高。攝影師不需要參與到手術(shù)中，對手術(shù)臺影響小。機器人包含多個可360°調(diào)節(jié)的關(guān)節(jié)，延展性完全超越人手功能，可進行反關(guān)節(jié)拍攝，增加更多的可能性。另外，只需要提前固定好拍攝位置在遠程操作設(shè)備，對手術(shù)影響較小。

②攝影師不用參與到手術(shù)中，對手術(shù)影響小。攝影師只需要坐在手術(shù)臺旁邊，操控“手柄”控制攝像探頭，對畫面進行調(diào)整拍攝就可以錄下畫面，不用參與手術(shù)，最大程度減少對手術(shù)的影響。

3.3 機械搖臂攝像模式的不足及改良

①不足。搖臂攝像頭手柄的操作與攝像機鏡頭操作不同，需要進行專業(yè)培訓(xùn)，搖臂結(jié)構(gòu)運動遲緩，操作不夠熟練會耽誤拍攝時機；另外，搖臂操控需要電源和大內(nèi)存存儲卡，相機不斷錄制并存入儲存卡中，一旦斷電就會“前功盡棄”。

②改良。相機電源要提前做好固定，防止斷電。

4 小高清攝像模式

4.1 小高清攝像模式簡介

小高清拍攝特指攝影師利用高清攝像機，攜帶三腳架進入手術(shù)室內(nèi)部進行拍攝。通常有兩名攝影師攜帶兩個相機（一主一輔），聽取主刀醫(yī)生建議后，機位位于主刀、副手旁邊，對開放術(shù)野（被攝主體）［15］形成類似“V”（V的點即被攝物，兩端即攝影機）字型拍攝布景，這樣的拍攝方式能夠最大程度方便攝影師在手術(shù)中取景拍攝［16］。這種小高清+三腳架的拍攝方式，常見于大部分的開放手術(shù)錄制。

4.2 小高清攝像模式的優(yōu)勢

①攝影師進入一線錄制，畫面鏡頭豐富，廢鏡頭產(chǎn)生少，后期剪輯壓力小。專業(yè)攝影師親臨手術(shù)現(xiàn)場，畫面鏡頭豐富、專業(yè)，雙機位拍攝能夠最大程度確保手術(shù)中盡可能少地出現(xiàn)主刀醫(yī)生遮擋鏡頭的情況［17］。經(jīng)過前期溝通，了解哪些畫面是“必用的”，哪些畫面是“廢鏡頭”，錄制的視頻可以最大限度地減少后期剪輯工作量。

②再復(fù)雜的手術(shù)環(huán)境，專業(yè)攝影師也可解決問題。手術(shù)現(xiàn)場變化莫測，無影燈照射術(shù)野需要不斷變換位置，主刀、副手的位置也會因為手術(shù)術(shù)野的方向不停地發(fā)生變化，畫面會出現(xiàn)忽亮忽暗的情況［18］，專業(yè)攝影師可以根據(jù)現(xiàn)場的變化進行調(diào)整，從而保障拍攝質(zhì)量。

4.3 小高清攝像模式的不足及改良

①不足。攝像器材限制，腹腔胸腔類手術(shù)存在視野盲區(qū)。開胸、開腹類手術(shù)多位于患者身體內(nèi)部10 cm［19］，甚至更深，在極其狹小的空間里，主刀、二助甚至三助的手幾乎充滿了整個術(shù)野，再小的攝像機也無法準(zhǔn)確到達位置進行拍攝，對錄像造成極大不便［20］。另外，該拍攝方式需要攝影師進入手術(shù)一線，會增加患者感染的風(fēng)險，也在無形之中增加了手術(shù)風(fēng)險。

②改良。避免胸腔、腹腔類深度手術(shù)拍攝，揚長避短。提前與主刀醫(yī)生進行溝通，尋找合適的攝錄角度，提前進入手術(shù)室對器材進行必要的“消殺”，嚴格遵守手術(shù)室無菌操作規(guī)則。

5 頭戴式攝像模式

5.1 頭戴式攝像模式簡介

頭戴式攝像機，顧名思義，就是主刀醫(yī)生在手術(shù)進行過程中，全程佩戴于頭上的小型攝像機。頭戴式攝像機對手術(shù)現(xiàn)場影響較小，常用于除開胸、開腹外的一般手術(shù)錄制［21］。

5.2 頭戴式攝像模式優(yōu)勢

頭戴式攝像機鏡頭較為輕便，不需要占用人力，基本不會影響手術(shù)進程。隨著國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)直播的發(fā)展［22］，頭戴式攝像機可以與WIFI相聯(lián)，實現(xiàn)錄制視頻雙備份，也可以在互聯(lián)網(wǎng)直接發(fā)布，功能日趨強大。

5.3 頭戴式攝像模式劣勢和不足

①不足。頭戴式攝像鏡頭固定于拍攝者頭部，拍攝角度較為單一，拍攝畫面不方便調(diào)節(jié)。因為是主刀醫(yī)生拍攝，導(dǎo)致畫面產(chǎn)生“廢鏡頭”較多。另外，攝像頭只具備基礎(chǔ)的錄制功能，畫面質(zhì)量無法與高清攝像機相比。

由于不能實時觀看拍攝畫面，手術(shù)過程中低頭或者轉(zhuǎn)頭碰撞到攝像鏡頭，也可能會出現(xiàn)手術(shù)畫面“一個也沒錄上”的情況，或者由于手術(shù)緊急，出現(xiàn)“忘記開機”的情況。

②改良。對頭戴攝像頭錄制人員（主刀醫(yī)生）進行基礎(chǔ)錄制培訓(xùn)，確保錄制畫面的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性；另外，建議攝像師利用電腦等監(jiān)控設(shè)備實時監(jiān)控錄制畫面。

6 各類手術(shù)視頻錄制模式對比

為了更加直觀地展現(xiàn)各類手術(shù)視頻錄制模式的優(yōu)劣勢，筆者結(jié)合多年臨床拍攝經(jīng)驗，對各類手術(shù)錄制模式進行匯總（如表1所示），供大家參考。

表1 各類手術(shù)視頻錄制模式對比

7 結(jié)論

以上5種手術(shù)錄制模式綜合了國內(nèi)目前普遍采用的視頻錄制模式，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，除腔鏡攝像頭外，其他拍攝模式攝影師參與度都較小，這是為了減少拍攝過程對手術(shù)的干擾，有助于醫(yī)護人員專注于手術(shù)，也有助于增強示教拍攝的完整度。在手術(shù)視頻拍攝中，大部分的拍攝模式都更適用于骨科手術(shù)或淺層組織手術(shù)，而對于腫瘤手術(shù)來說，需要在腹腔、胸腔等身體內(nèi)部進行，拍攝畫面容易遮擋。隨著微型攝像、3D等技術(shù)手段逐步應(yīng)用于手術(shù)拍攝，將會逐步改變這一現(xiàn)象。

隨著科技不斷發(fā)展，新技術(shù)層出不窮，新興的視頻錄制工具在手術(shù)示教拍攝中會發(fā)揮越來越重要的作用（如手術(shù)機器人、頭戴式VR攝像機），隨著操作門檻的降低，拍攝難度會越來越小，在手術(shù)中占用的空間、資源和對醫(yī)護人員的干擾也會減少，能夠顯著提高視頻清晰度。隨著新設(shè)備的廣泛應(yīng)用，將會大大提升視頻拍攝的質(zhì)量和效率。因此，無論是專業(yè)的攝影師還是承擔(dān)拍攝任務(wù)的醫(yī)護人員，都應(yīng)順應(yīng)時代趨勢，發(fā)揮主觀能動性，不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)，帶動手術(shù)視頻拍攝邁上新的臺階。