主动式（Active systems）
原理：左右眼高速交替显示连续图像
眼镜：电子控制快门式眼镜主动遮挡单眼
特点：立体感强。可能出现串扰（鬼影）
眼科手术中的3D显示系统
一目了然的要点
Section titled “一目了然的要点”1. 什么是眼科手术中的3D显示系统？
Section titled “1. 什么是眼科手术中的3D显示系统？”眼科手术用3D显示系统也称为“3D数字显微镜”，是一种替代传统双目显微镜的新型手术可视化技术。外科医生不再通过目镜观察，而是在大型显示器上实时观看3D摄像头拍摄的图像进行手术。这种手术方式称为“抬头手术”。
背景与开发历程
Section titled “背景与开发历程”3D显示技术最初是为航空和军事用途开发的。后来，技术创新使其得以引入手术室。在眼科领域，随着TrueVision 3D显微手术可视化系统的出现，该技术得到了广泛普及。
在传统显微手术中，外科医生需要长时间保持前倾姿势，导致颈椎、背部和腰部负担过重。据报道，眼科医生颈部、上半身和腰部症状的患病率高达62%。3D系统就是为了解决这一问题而开发的。
主动式与被动式
Section titled “主动式与被动式”被动式（Passive systems）
Q
什么是抬头手术？
A
这是一种不通过显微镜目镜，而是观看3D摄像头捕捉到的大型显示屏上的影像进行手术的方式。术者可以保持抬头（heads-up）的自然姿势进行手术，大幅减轻颈椎和腰部的负担。多名工作人员可以实时共享同一影像，因此教育效果也很高。
2. 主要系统与功能
Section titled “2. 主要系统与功能”TrueVision 3D系统（TrueVision Systems Inc., Santa Barbara, CA, USA）
Section titled “TrueVision 3D系统（TrueVision Systems Inc., Santa Barbara, CA, USA）”眼科中的抬头白内障手术于2010年由Weinstock首次报道。TrueVision 3D系统是一个安装在标准手术显微镜上的摄像头单元，将立体图像和视频传输到3D高清大屏幕显示器上。
美国FDA已批准提供3D图形叠加的“TrueVision屈光性白内障工具集”。此外，“TrueGuide”和“TruePlan”应用程序支持包括使用散光矫正型IOL在内的手术规划。 TrueVision还可与术中像差测量（ORA）集成，分辨率覆盖HD至4K。
前段手术的应用也在扩大。 羊膜移植和角膜手术中也使用了抬头系统。 Mohamed YH等人报告了使用抬头系统进行角膜手术（非Descemet剥离自动角膜内皮移植术：nDSAEK）的首例病例。
NGENUITY® 3D可视化系统（Alcon, TX, USA）
Section titled “NGENUITY® 3D可视化系统（Alcon, TX, USA）”NGENUITY®是全球首款配备高动态范围（HDR）视频摄像机的眼科实时成像系统。 广泛用于斜视手术、白内障手术、青光眼手术和玻璃体视网膜手术等各类眼科手术。
| 项目 | 规格 |
|---|---|
| 显示器 | 55英寸4K超高清OLED |
| 3D眼镜 | 被动式圆偏振光眼镜 |
| 图像处理 | HDR（高动态范围） |
HDR技术确保明亮视野无过曝，实现深焦深安全手术。可再现至视网膜周边部与肉眼相当的图像，并可通过数字滤镜功能突出显示增殖膜等。
主要优点：
- 与传统显微镜相比，手术时间和并发症率相当
- 降低眼内照明输出，减轻光毒性
- 即使在严重脊柱后凸等特殊体型的患者中也易于使用
- 减少玻璃体曲安奈德染色的需求
- 可实时叠加术前信息和光学相干断层扫描（OCT）图像。
- 使用亮蓝G（Brilliant Blue G）进行内界膜（ILM）染色时，可使用数字滤镜增强色调与对比度，并进行伪彩色显示。
- 外科医生和护士的满意度评分高。
报告的局限性：
- 后勤困难及成本高。
- 助手感到不适。
- 难以应对患者突然的头部运动。
- 存在中间透光体混浊时视野下降
Q
NGENUITY®的“HDR”是什么技术？
A
高动态范围（HDR）是一种能够同时适当表现过亮和过暗区域的影像技术。它可以再现与肉眼相似的图像，甚至包括传统手术显微镜容易产生白斑的视网膜周边区域。此外，由于可以降低光量，有助于减少长时间手术中对视网膜的光毒性。
其他抬头式3D可视化系统
Section titled “其他抬头式3D可视化系统”眼科中使用的主要系统如下所示。
- 索尼HD医用显示系统（索尼，东京，日本）
- MKC 700 HD 和 CFA 3DL1（池上通信机，东京，日本）
- Artevo 800（蔡司，德国）
- Panoramic RUV 观察系统（徕卡，韦茨拉尔，德国）：用于玻璃体视网膜手术
3. 在玻璃体视网膜手术中的应用
Section titled “3. 在玻璃体视网膜手术中的应用”视网膜领域的抬头手术由Eckardt和Paulo引入。 使用3D HDR相机和高清液晶显示器评估抬头玻璃体视网膜手术的研究得出以下发现：
- 主要优势是卓越的人体工程学。
- 技术难度与传统方法相当
- 通过电子放大摄像头信号，实现比传统方法更高的亮度
- 在玻璃体出血、中间透光体混浊、色素浓重的眼底等病例中具有优势
与术中OCT结合，可确认黄斑裂孔的有无及内界膜（ILM）剥离情况4)。对于倒置内界膜瓣技术的手技确认也有效。在角膜手术如DMEK（Descemet膜角膜内皮移植术）和DSAEK中，被认为有助于确认供体移植片的位置。
最近的报告显示，在比较传统显微镜和NGENUITY®等3D可视化系统进行黄斑裂孔手术的系统评价中，3D系统减少了视网膜的光暴露，提高了术者的舒适度。 黄斑裂孔手术的视力恢复和解剖学结局与传统光学显微镜相当4)。
4. 头戴式系统（HMS）
Section titled “4. 头戴式系统（HMS）”头戴式系统（head-mounted systems; HMS）是使用术者佩戴在头部的显示器代替大型监视器的方式。这在眼科中作为新兴概念受到关注。由于影像直接呈现在眼前，HMS可较容易地适配术者的瞳孔间距离。
抬头系统（大型监视器）
观看方式：整个房间可共享的大型监视器
3D眼镜：佩戴偏光眼镜观察
教育效果：多人可同时观看相同影像
头戴式系统（HMD）
观看方式：术者佩戴在头部的显示器
独立显示：左右眼同时显示独立影像
串扰：避免主动快门式系统的重影现象
Sony HMS-3000MT
Section titled “Sony HMS-3000MT”索尼是头戴式显示器领域的先驱，于2012年首次进入手术室。 HMS-3000MT与Haag-Streit Surgical公司的显微镜（HS Hi-R NEO 900）配合使用。
系统配置：
- HMI-3000MT：图像处理单元
- HMM-3000MT头戴式显示器：提供立体视觉
- MCC-3000 MT：3D全高清手术摄像系统
分辨率为1280×720的立体图像，通过使用两个独立OLED面板的双视频输入，为每只眼睛提供完全独立的信号。 45度的宽水平视角可实现自然的视觉体验。
HMS的历史背景
Section titled “HMS的历史背景”1960年代Ivan Sutherland的早期实验促成了HMS的发展。 HMS的主要用途是军事、警察、消防和民用商业（电子游戏、体育等）。 眼科中HMS的使用由Dutra-Medeiros等人首次报道。
HMS适应术式示例（Dutra-Medeiros等人报告）
Section titled “HMS适应术式示例（Dutra-Medeiros等人报告）”
Q
头戴式系统的优点是什么？
A
头戴式系统（HMS）通过同时向左右眼显示独立图像，避免了主动3D系统中出现的重影（串扰）。45度的宽水平视野提供了自然的视觉体验，实现了出色的深度感知和空间定位。此外，连接第二台HMD可使手术人员同时进行立体观察，因此也被期待作为手术教育工具。
5. 在标准治疗中的应用与适应症
Section titled “5. 在标准治疗中的应用与适应症”适用手术方式概述
Section titled “适用手术方式概述”| 手术类型 | 主要系统 | 备注 |
|---|---|---|
| 白内障手术 | NGENUITY、TrueVision | 可与IOL引导系统联动 |
| 玻璃体视网膜手术 | NGENUITY、Artevo | 具有光毒性减轻效果 |
| 角膜手术（DMEK/DSAEK） | 抬头式全般 | 有助于确认移植片位置 |
| 斜视手术 | NGENUITY | 多名工作人员共享 |
| 青光眼手术 | 抬头式全般 | 分流管放置的可视化；已有小梁切开术和滤过手术的应用报道 |
图像增强功能
Section titled “图像增强功能”最新系统通过数字图像处理实现了以下功能。
- 色彩通道：提高内界膜（ILM）等细微组织的可视化
- 数字滤镜：增强增殖膜的显示
- 噪声降低：通过数字处理降低术野影像噪声
- 叠加功能：术前规划信息与OCT图像的实时叠加显示
- 电子变焦：通过放大摄像头信号提高亮度（改善浑浊眼底的可视性）
6. 病理生理学与详细发病机制
Section titled “6. 病理生理学与详细发病机制”传统显微镜的人体工程学问题
Section titled “传统显微镜的人体工程学问题”在使用传统双目显微镜进行眼科手术时，术者需要保持前倾姿势通过目镜观察。这会导致颈椎、胸椎和腰椎的慢性负荷。据报道，62%的眼科医生经历过颈部、上半身和腰部相关症状，肌肉骨骼系统疾病已成为缩短外科医生职业生涯的因素。
立体视觉原理
Section titled “立体视觉原理”3D显示系统中的深度感知需要左右眼接收不同的图像。
主动快门方式通过电子快门高速切换分离左右眼图像，但残影可能导致串扰（鬼影现象）。被动方式通过偏振片分离，串扰较少。HMS使用两块独立的OLED面板，为每只眼睛提供完全独立的信号，因此可避免主动方式的串扰。
数字图像处理的意义
Section titled “数字图像处理的意义”通过数字处理摄像机拍摄的图像，可以可视化人眼无法直接看到的信息。HDR技术即使在明暗差异大的手术野中也能呈现细节，数字滤镜可提高特定组织的识别性。电子亮度增强可在降低光量（减轻光毒性）的同时实现高可视性。 摄像机的CMOS传感器所拍摄的影像需实时处理并以3D显示，因此降低影像延迟对维持手术精度很重要。现行系统已将延迟控制在不易察觉的水平，对手术精度的影响被认为很小4)。导入初期存在学习曲线。
7. 最新研究与未来展望
Section titled “7. 最新研究与未来展望”眼科领域的3D显示系统有望在未来实现进一步的技术革新。以下技术中有些仍处于研究或开发阶段，并不一定已在一般医院作为标准服务提供。
分辨率提升：目前的主流是4K分辨率（3840×2160像素），8K分辨率（7680×4320像素）仍处于开发阶段。未来，传统光学显微镜下人眼无法看到的结构可能会变得可见。 在8K分辨率（7680×4320像素）下，有望应用于观察内界膜和视网膜血管的微细结构。
AI集成：与实时图像分析、术中导航和手术计划支持的集成预计将取得进展。TrueGuide和TruePlan等应用已率先实现这一目标。 利用AI进行组织识别、剥离辅助以及与手术辅助机器人的组合仍处于研究阶段。
增强现实（AR）融合：将术中OCT图像、荧光造影和患者信息实时叠加到手术影像上的系统正在研究中。
头戴式系统的发展：新型头戴式系统（如Avegant Glyph视网膜投影系统和Beyeonics Surgical Clarity™）已经问世，有望进一步小型化和轻量化。 面向瞳孔间距离、屈光矫正等个人视觉特性的适配，以及高亮度、低延迟的下一代HMD仍在改进中。
裂隙灯的抬头式应用：将3D抬头方式应用于门诊检查用裂隙灯显微镜是未来方向之一，目前仍属于研究阶段。
教育与协作用途的扩展：正在考虑应用于直播手术和远程手术培训。多人同时立体观看的特性使其具有成为下一代手术教育工具的潜力。
8. 参考文献
Section titled “8. 参考文献”- National Institute for Health and Care Excellence (NICE). Clinical guideline on idiopathic full-thickness macular holes. DRAFT; 2024.
- Muecke TP, Casson RJ. Three-Dimensional Heads-up Display in Cataract Surgery: A Review. Asia Pac J Ophthalmol (Phila). 2022;11(6):549-553. PMID: 36417680.
- Razavi P, Cakir B, Baldwin G, D’Amico DJ, Miller JB. Heads-Up Three-Dimensional Viewing Systems in Vitreoretinal Surgery: An Updated Perspective. Clin Ophthalmol. 2023;17:2539-2552. PMID: 37662647.
- The Royal College of Ophthalmologists. DRAFT clinical guideline on idiopathic full-thickness macular holes. 2023.