陈筑昕 刘 凯

微型摄像机GoPro在整复外科手术录像中的应用

陈筑昕 刘 凯

目的探讨将微型摄像机GoPro运用于整复外科手术的视频录制方法，并总结较为适合的设置参数。方法术者通过专用头带将GoPro Hero4 Silver版摄像机固定于额部，以保证拍摄画面重现术者视野，并由助手通过GoPro APP连线，按术者要求远程调控摄像机。以上述方法录制4台手术，分别为血管瘤介入手术、鼻再造术、睑袋切除术和耳软骨移植+假体隆鼻术，其中案例3由术者佩戴手术专用头灯，案例4加装外置放大镜。结果案例1：GoPro设置参数，视频分辨率1 080 p、60 fps、自动低光模式、窄角视野、屏幕分辨率16∶9，介入导管所连接的显示屏在拍摄画面中出现曝光过度。后面的案例中设置窄角视野、点测光以及白平衡校正，以匹配光照亮度较高的手术区域的录制。案例2：得到了高质量的录像画面，适合用于教学及技术交流等展示。案例3：术者佩戴手术专用头灯，摄制画面亮度较高。案例4：加装放大镜之后为微距拍摄，视频画面更为集中。结论使用GoPro Hero4录像是简单轻便且成本适中的，可高度还原术者视角的手术视频获取方法。建议设置参数为窄角视野、点测光以及白平衡校正，如此即可匹配光照亮度较高的手术区域的录制，从而获得细节清晰的高质量手术视频。

手术录像微型摄像机整复外科

利用视频记录手术过程，可高效如实地回顾评估手术，多元化分享案例，并丰富医学教学模式。然而，大多数医院的手术室并未常规配有录像设备，以术者视角录制的视频更是少见。随着摄影器材的更新换代，高画质影像在获取方法上也是日新月异。国外已有使用Contour helmet camera（Contour LLC，Provo，Utah）[1-3]以及GoPro Hero 3+Black版（GoPro，San Mateo，Calif）[4-5]录制手术过程的报道。近期新一代GoPro Hero 4问世，性能上较前全面提升，有着极高的细节表现力。本文旨在探讨将微型摄像机GoPro运用于整复外科手术的视频录制方法，并总结较为适合的设置参数。

1 材料与方法

1.1 材料

GoPro是运动专用摄像机市场的领军者，在防抖防震、保证画面稳定性及顺畅程度上的表现相当卓越，而且可安装外加配件，以满足不同的拍摄需求，因而受到很多户外或极限运动爱好者的青睐。GoPro尺寸为8 mm×40 mm×21 mm，约一个火柴盒的大小，仅重83克（图1），其Hero 4 Silver版本多了一小块液晶显示屏，更便于操作。720 p-4 K的视频分辨率可满足高标准的需求。GoPro搭载f2.8 mm定焦镜头，有1 200万像素的照片拍摄，并可完成每秒30张的高速连拍。尽管无法变焦，但内建3种FOV设置（超宽、标准、窄角），可依次将画面更为集中。此外，GoPro Hero 4 Silver版的录音效果亦优于前代。在续航能力方面，1 160 mA的电池可以在2.7 K和1 080 p的画质下连续拍摄100 min左右[5]，在不外接电源的情况下能够满足常规整复外科手术关键步骤的手术时长。Hero 4的Wi-Fi速度提升了50%，加装蓝牙模块，可以高速连接GoPro App或智能遥控器进行远程遥控。GoPro App将智能手机或平板电脑作为取景器进行远程取景，该软件可以对相机的所有功能和设定进行远程调整，亦可回放视频。当连接于终端时配以密码加密形式，可以更好地保护拍摄内容以及患者的隐私。

图1 专用远程遥控器（左）和GoPro Hero 3+Black版（右）Fig.1 GoPro wifi remote(left)and the action camera GoPro Hero 3+Black edition(right)

1.2 方法

术者以专用头带佩戴GoPro Hero 4 Silver版相机（图2），并连接已安装GoPro App的平板电脑作为取景器进行远程遥控，录制4场手术，分别是血管瘤导管介入手术、睑袋切除术、鼻再造术和耳软骨移植+假体隆鼻术。在睑袋切除术中，术者额外佩戴了手术专用头灯，在耳软骨移植+假体隆鼻术中则在相机镜头处外置了52 mm放大镜。患者术前均已签署知情同意书，视频未有除术区以外的部位入镜。

图2 GoPro Hero4 Silver相机（左），附专用头带（中）和52 mm放大镜（右）Fig.2 The action camera GoPro Hero4 silver edition(left), with the head band(middle)and the 52 mm macro lens (right)

2 结果

2.1 案例1：血管瘤导管介入手术

术者佩戴专用头带固定的GoPro Hero 4 Silver版相机，由助手在平板电脑上打开GoPro App与相机进行无线连接，将平板电脑作为取景器进行远程遥控。将拍摄参数设置为：视频分辨率1 080 p、60 fps，窄角视野，屏幕分辨率16∶9，自动低光模式，以手术室灯光作为拍摄光源。术区拍摄画面清晰，而当术者抬头查看介入导管所连接的显示屏时，显示屏在录制的影像中出现曝光过度（图3）。手术过程从导管放置至给药结束，总计50 min，在电池充满电的情况下是可以完整录完全程的。头部佩戴相机未令术者有任何不适感。

图3 案例1：显示屏画面出现明显过曝Fig.3 Case 1:the intervention display screen shown in the footage was overexposed

2.2 案例2：鼻再造术

术者GoPro相机的佩戴、连接及设置与案例1相同，在平板电脑作为取景器进行查看的同时发现画面曝光过度。随即调整设置为点测光模式，画面白平衡得到改善（图4）。由于鼻再造手术时间较长，故中途由助手通过GoPro App根据术者的要求起止录像过程，分段录制重点步骤，总计时长90 min。手术视频画质高清，录音亦清楚，极具细节张力的表现非常适合于术式教学、技术交流时使用[6]。

图4 案例2：画面白平衡得到改善Fig.4 Case 2:the white balance was improved

2.3 案例3：睑袋切除术

术者佩戴手术用头灯，其余配置同案例2。由于增加了头灯作为额外光源，后期在剪辑的过程中画面亮度较高，整体视频画面细节较案例2欠佳。

2.4 案例4：耳软骨移植及假体隆鼻术

术者佩戴加装外置52 mm放大镜的GoPro相机[7-9]，相机设置参数同案例2。加装放大镜之后为微距拍摄，视频画面更为集中（图5），录像画面与术者佩戴头镜之后所见放大的手术视野画面是一致的。

图5 案例4：微距拍摄从而刻画更多细节Fig.5 Case 4:macro photography captured more details

3 讨论

上述案例的选择是基于整复外科手术中，术者所需记录的影像需求。案例1中，血管瘤介入手术需要术者在术区及显示屏上来回查看，不同光源对所录制的视频画面会产生一定影响。案例2为鼻再造手术，是整复外科最为经典的手术之一，极具教学意义，以术者视角进行精确清晰的记录，能更好地还原手术过程。头灯是常见的获取额外光源的手术设备，所以案例3选择睑袋切除术，以探讨在较为深部的术区使用GoPro记录的情况。整形美容手术中，术者常需佩戴专用头镜放大术区，故在案例4中加装外置放大镜以求真实呈现术者视角即视画面。

通过分析实际获取的视频画面（图6），我们认为GoPro在手术录像上有以下特点：①GoPro在极限运动录影中，以防抖、防震功能著称，而手术过程中，术者的头部也难免一定程度的晃动，因而GoPro以其优秀的稳定性可以完美地解决这个问题。②尽管GoPro标志性的超广角定焦镜头、广阔视野的记录，在手术视频的录制上并不适用，但可通过参数的设置，及加装外置放大镜，来获取视野较小但更为集中的术区影像。③自动对焦对于GoPro是没有意义的，官方的合焦范围是5 cm至无限远，5 cm以外的拍摄都是清楚的，并不会因为摄像头与术区间距随术者头部移动的变化，使摄制过程中出现不断的自动调试而导致视频清晰度的不稳定。④特色的Protune模式，是一种完全发挥相机潜力的高级设定模式，开启后可以对视频和照片拍摄进行手动参数调整，如白平衡、ISO和曝光补偿等，同时该模式可以尽量减少压缩，从而提高画质。这需要结合现场的环境、术区的光源等，进行个体化的设置。

图6 电脑播放视频画面Fig.6 Screenshot of GoPro video

GoPro对于整复外科手术而言，仍有不足之处，需要进行针对性改进：①复杂、耗时的手术，对电池续航力的要求较高，不够持久的录制时间依旧是致命的短板。虽然有加装电池，但是额外增加的重量会加重术者头部的负重而产生不适感。将移动电源固定于术者腰部，可对GoPro持续供电，然而外接充电线需充分固定，否则会增加破坏无菌原则的风险。另外，腰部捆绑移动电源或多或少地限制术者的活动[6]。②通过连接GoPro App，在平板电脑上即时传送的画质并不高清，实时直播手术过程的效果是不理想的。而官方贩售的无线高清显示屏费用较高，外接HDMI导出画面面临的问题如上述充电线一样，除了需满足无菌条件下充分固定以外，同样限制了术者的活动。

随着技术交流、医学教学、术程记录等需求的增加，手术录像俨然成为时下备受青睐的多媒体模式。由于造价、空间等限制，手术室并没有常规配备录像设备，这也使得可穿戴式的微型摄影设备在手术录像中大有发展前景。

在幻灯演示等传统模式的技术交流中，听众处于被动接受的状态，单纯的图文理解很容易导致疲劳感，从而丧失学习兴趣。可穿戴式的微型摄影设备与手术录像结合，所得到的术者视角的影像记录，可提供强大的实时交互。此外，整复外科手术精细，可视范围较小，运用可穿戴式的微型摄影设备克服了传统手术录像方法中画面模糊和晃动等缺点，还增强了视觉冲击的效果。将手术录像应用于临床教学中，可以使手术变得更加直观和易懂，使学生对整复外科手术产生更大的兴趣，以达到更好的教学效果。

现有的传统手术视频教学录像是二维画面，由于解剖关系的复杂性以及手术经验的欠缺，观看者感受不到明确的方向和景深[10]，因此有必要将手术录像与3D、VR等技术相结合，使观看者不但有平面的认知，还有立体的感受，增加学习的兴趣[11]。目前，微型摄像机探索该功能。以GoPro为例，其推出了一个名为“GoPro Dual HERO System”的附助工具，是能够放置两部GoPro的防水壳，同时连接两部相机，并且通过系统连动操作，然后通过GoPro Studio，将这些影像结合，成为3D立体影像。

所以，我们认为，运用多媒体提供的丰富素材，在教学的深度、思维的扩散、临床与基础知识的理解联系方面可达到重大的提升。

另外，术中录像亦是客观而真实地记录患者知情同意权执行情况的有效方法，适合新形式下的知情同意医疗制度。目前，民事诉讼法规定医疗实施方承担举证责任，而传统的术前告知及手术同意书签名方式也存有一定弊端。因此，使用录音和录像的方式，有利于保存客观的事实依据[12]。比起传统的录像设备，可穿戴式的微型摄影设备体积小巧，架设简单，是一种更为实用的录像方法。

一套理想的整复外科手术摄影设备，应具备以下几点[13]：①高清的画质、清晰的录音、适当的视野范围、精准的中央对焦，以及可调节的变焦；②可便捷舒适地穿戴，且不影响无菌原则和术者操作，简单易用；③有高清的输出和简单易行的配套后期剪辑软件；④价格合理。GoPro Hero 4 Silver版小巧方便、价格合理、可获取高质量视频，能基本符合上述条件和临床应用要求。将设置参数为窄角视野、点测光、白平衡校正，这样能够匹配亮度高的手术区域的录制，从而取得细节高清的手术视频。综上所诉，GoPro在整复外科的医学教学、技术交流、手术记录等方面具有广阔的应用前景。

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Application of Mini Camera GoPro Hero 4 in Video Capture of Plastic and Reconstructive Surgery Procedures

CHEN Chuhsin,LIU Kai.Department of Plastic and Reconstructive Surgery,Shanghai Ninth People's Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200011,China.Corresponding author:LIU Kai(E-mail:drkailiu@126.com)．

ObjectiveTo explore the application of GoPro in recording plastic surgery for documentary and tutorial purposes,thus obtaining optimal parameters for operative shoots.MethodsThe GoPro HERO 4 Silver Edition camera was head-mounted on the surgeon and oriented to the surgeon＇s perspective using the GoPro App.The camera was used to record：hemangioma interventional surgery(1 case),nasal reconstruction procedure(1 case),pouch resection(1 case)and rhinoplasty with autologous ear cartilage graft(1 case).During case 3,the surgeon was equipped with an additional headlamp. For case 4 the GoPro was mounted with a macro lens to zoom up close on the surgical field.ResultsCamera settings for case 1 were as follows：1 080 p video resolution;60 fps;low-light mode on;narrow field of view;16∶9 aspect ratio.The intervention display screen shown in the footage was overexposed.Within case 2 to case 4,the parameters mentioned above were adjusted to a narrow field of view,which enabled the camera’s automatic white balance to better compensate for bright lights focused on the surgical field.The video captured in Case 2 was adequate for teaching or presenting.During case 3 the lighting contrast resulted in limited exposure due to the headlamp.For case 4,macro photography captured more details. ConclusionThe GoPro HERO 4 Silver Edition camera enables high-quality,cost-effective video recording of plastic and reconstructive operation.When set to a narrow field of view and automatic white balance,the camera is able to sufficiently compensate for the contrasting light environment of the operating room and capture high-resolution and detailed video.

Surgical video recording;Mini camera;Plastic and reconstructive surgery

R622

A

1673－0364（2017）02－0098－04

2016年12月7日；

2016年1月23日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2017.02.012

200011上海市上海交通大学医学院附属第九人民医院整复外科。

刘凯（E-mail：drkailiu@126.com）。