广州医生首创将三种3D技术应用于心脏手术
时间：2018-04-08 10:23 来源：广州参考·广州日报 作者：中国3D打印网 阅读：次
突破一
3D术中导航“移花接木”
2月龄的宝宝小安(化名)，一出生就呈现肺逐渐衰竭的样子，呼吸不畅，小脸憋得发紫，新生儿本应“迎风长”，出生体重达标的小安2个月却仍然只得3公斤重。他被送到广东省人民医院心儿科，证实罹患严重复杂先天性心脏病——肺动脉闭锁。
3月27日，小安成为全球首例在混合现实技术辅助下接受“心术”的患儿。
医生们借助黑科技MR技术，术前根据CT重建好的虚拟三维小安心脏影像，术中投射到手术台上方，开胸后将虚拟心脏“放到”小安胸腔，同实际心脏重合，这样就根据影像指引，一条条把象灌木丛般混乱的侧支血管找到，然后“移花接木”到它们该在的位置。手术仅花了4个多小时顺利结束，这比常规缩短了6个小时以上。
紧随小安之后，4岁男宝宝乐乐(化名)也得救了。乐乐也是肺动脉闭锁，还有大室隔缺损、动脉导管未闭、主肺侧支形成，长期脸色青白紫绀，呼吸又短又促，多次得肺炎，瘦小仅若两岁。乐乐父母说，辗转多家医院，都说孩子心肺功能太差，还在不断衰竭中，可能很快就生命垂危，建议放弃，省医庄建团队是乐乐一家最后的希望了。同样是在混合现实技术的辅助下，乐乐被修通了肺动脉的“树干”“树枝”，补好了心室隔，闭合了导管，以后他将非常接近正常孩子般成长发育。
解密：
省医心外小儿病区主任、省儿童心脏病中心副主任温树生指出，像小安、乐乐这样的肺动脉闭锁，是非常严重的先心病。人体肺动护由右心室发出，就像树干，逐步分侧支，进入双肺，负责把全身“用过”的低氧的静脉血送到肺，通过呼吸加氧并去二氧化碳，成为鲜红的动脉血后运行全身。可见肺动脉与其逐步分支何等重要!
然而肺动脉闭锁的患儿，等于没了树干，那些侧分枝只能混乱象灌木丛，逮着一处薄弱的血管就长，血运脆弱且效率极低，也导致心脏血管乱了套，这样的病情不处理，心肺逐渐衰竭，患儿往往很快夭折。
以往肺动脉闭锁解除，算得上了超大手术——需要左右胸各开一个切口，将一团乱麻般“灌木丛”侧支血管找到，分别游离，再在胸口正中开一个切口，把它们一一拼接到解锁的肺动脉上，一台手术至少超过10个小时。“早上八九点上台，做到晚上八九点”，温树生说，最耗时又最难的是找侧支血管，不是找到就行，是要找到每一根的起源、走向、游离环境等等。混合MR技术就是解决这点的最关键辅助。”
突破二
术前“走进”3D心脏直击“靶点”
5岁女童小冰(化名)，也是复杂先天性心脏病患儿，2年前就接受过心脏手术，近期出现了心肌束肥厚、心内血流通道狭窄，这导致了她小小活动后就严重气促，生长发育也显著迟缓，甚至可能导致猝死。省医心外综合病区团队意识到，确诊后患儿要第一时间手术。
医生团队首先将根据CT数据重建好的虚拟三维的小冰心脏3D打印出来，从而确诊是左心室流出道梗阻，这是肥厚肌束造成的;肺动脉与右心室流出通道的吻合处也狭窄了。
3月29日，手术中，团队将小冰的虚拟3D心脏影像投射到手术台上方，开胸后将虚拟心脏“放到”小冰的胸腔，同实际心脏重合，主刀医生岑坚正教授还戴上头戴式显示器(VR眼镜)，“走进”小冰的虚拟心脏内部，沿着血管，找到畸形狭窄处，“摸”到血管梗阻长出的小肉环。就是在三种3D技术的帮助下，团队形象而直观地摸清了肥厚肌束、狭窄处的解剖结构，精准找到病变部位，精准切除肥厚肌束，以术前规划好的补片加宽好狭窄处，小冰得救了。
解密：
省医心外综合病区主任岑坚正指出，象小冰这样的二次手术的患儿不少，最大问题是做过手术的胸腔，那些原本层次分明的组织已经粘连成一团，患儿心脏本来就小，病变部位寻找困难，周围结构多因而切多少、用多大材料等“雷区”就多，手术的风险极大。
以往对于此类患儿，无论是确认心血管异常走形、组织辨认，还是手术具体细节，都只能等开胸后进行术中反复探查，一点点进行，主刀医生还得时刻担心“看得不够清楚”。
“这样的手术，以前我只能守在心导管室，寸步不离”，省医心导管室主任黄美萍说，主刀医生探查不清，只好停下来，紧张电话找她支援，CT、MRI、心脏彩超多数据交互印证，手术室内外联手。
现在有了术前3D打印、AR“走进心脏”、MR虚拟心脏与实际心脏“合体”，全方位导航手术，黄美萍终于放下“场外导航”的担子。
突破三
3D组合全部实现国产
3D打印、AR、MR，在人们看来都是“黑科技”，但在医学临床上应用，可不是游戏般感受一下虚拟世界那么简单。
中华医学会胸心分会主任委员、广东省人民医院院长庄建指出，虚拟技术应用于医学临床，今年1月有报道称去年12月国际同行应用AR技术在一例简单先心治疗上，而术前3D打印、AR“走进心脏”、MR虚拟心脏与实际心脏“合体”三种虚拟技术组合出击，并且已经应用接近10例复杂先心治疗，这是全球首创的领先临床突破。
更让庄建自豪的是，这样的全球首创，无论是技术还是设备，都是我国完全自主知识产权。
他说，心血管治疗、先心治疗领导，新技术非常有价值，因为背后是患者受益的强大支撑，因此省医很早就决定成为牵头人，带动“黑科技”从体验走入医学诊断与治疗。
最早在虚拟技术落地到临床的，是3D打印技术，至今省医与珠海一家公司联合成立的实验室，已经打印了70多颗虚拟心脏，建模后实现术前、术中导航。“血管者都是组织盖着的，以前术中常常找到一半，记忆中的解剖结构就对不上了，血管找不到，只好求助场外”，庄建说，现在有了虚拟心脏导航，再不用担心半途撤、转体外循环，大大提升手术安全。
VR虚拟现实技术，则是与西安电子科技大学的合作，让医生可直接进入虚拟病人“心脏”内，查找观察内部复杂畸形，再也不用象以前那样开胸“这里切一口，那里开一切”地术中探查，“复杂先心，绝大多数是心内畸形”，庄建说，这可太重要了，对患者心脏破坏少。
MR混合现实技术，则是省医与黑龙江一家公司的合作应用，在增强现实的基础上，可将患者心脏影像放到术野上方导航，甚至将虚拟心脏与实体心脏重合，哪怕找再细、再侧支的血管，也不用到处分离组织了，定位非常精准。
专访团队
“黑科技”神勇却不增患者一分钱
问：“黑科技”入医，患者需要埋单吗?
庄建：三种虚拟技术应用于临床，大大提升手术安全性、精细度，缩短手术时间达1/3以上，目前手术费用以时间计算，患者无疑是省钱又安全了。新技术应用，除了3D打印是需要机器与材料成本外，VR设备约2万多元/套，MR设备约3万元/套，全部加起来都不到10万元，这样的投入也不会转嫁到患者身上。
更值得一提的是，术时大减，手术室轮转速度加快，就有更多的患者得到更快的治疗机会。
问：业内有“技术都是在病人身上练出来的”说法，3D三项“黑科技”能否改变这一情况?
庄建：“技术都是在病人身上练出来的”，这是事实，尤其是在复杂先心领域，病变解剖学特别复杂，而手术治疗需要无比精准。以前，年轻医生正常需要8-10年进行反复的标本模拟与训练才能练出来，偏偏心脏病的标本异常缺乏;哪怕有机会上台了，但心脏病专家都知道，一直以来手术非常依赖B超、CT、MR，造影等结果，其二维、断层结构等，无比考验医生的解剖学才能、空间位置感，术前你在电脑里哪怕看好记熟三维重建图，但10小时手术下来，人的记忆就不可靠了。
现在好了，3D打印虚拟心脏、AR虚拟心脏影像、MR混合现实影像，将心脏解剖一一在术者面前呈现，病灶大小、位置、与比邻关系等等，一清二楚，不用全靠经验与手感。可以说，只要年轻医生够勤奋，在标本上练出来，完全没问题。
问：下一步会有哪些新进步可以期待?
庄建：首先是在精细度上虚拟技术会增强，现在已经是虚拟与实体心血管基本吻合，下一步还将影像数据来源扩大，不再仅靠CT数据三维重建，而是将超声影像数据也整合入内。
其次是建立一个病例标本库，像刚才所说，复杂先心实体标本难得，病例是关键，目前省医的2万多例病例是存放于欧洲数据库的，今后将争取自建数据库，病例做出来，收集起来，打印出虚拟实体标本，可实现更快更有效的临床医生培训教学。目前还正探索复杂心脏病手术大数据评价系统，将来哪种病变可做什么手术、能达到什么效果，如何预防远期发生的问题，都可以提供决策判断，届时年轻医生也可以是老医生。
此外，3D虚拟技术目前在心脏病、神经外科、骨科、肺科等应用尝试中，下一步可望应用于更多结构性病变。
而在更长远的将来，正在探索3D打印材料的逐渐拟人化，一方面可期待生物人工心脏，另一方面也在模拟手术训练上更加大显身手。“我个人十分期望，拟人化仿真3D植入软体材料，无论是金属的，还是生物的，也是我们国家自主知识知权的。”
名词解释
混合现实技术(MR)：是通过特殊的头戴显示器把真实世界和虚拟世界混合在一起，来产生新的可视化环境，环境中同时包含了物理实体与虚拟信息，而且使用者可以实时同虚拟信息交互。
使用场景：只要戴上了混合现实眼镜，就能随时对三维模型进行全方位的观察，甚至可以观察到虚拟心脏内部，可以在手术台上实时导航。并不会增加费用，而缩短手术时间同时提高手术效果、减少并发症，从这个意义上讲可以减少费用。
虚拟现实技术(AR)：使用者佩戴头戴式显示器后，完全沉浸在头戴式显示器里的虚拟世界，并可以通过使用者自身移动或使用配套的控制手柄等在虚拟世界中移动、旋转。
使用场景：可以无限放大，术者甚至能走进心脏内部观察，对于心脏内部的复杂畸形，通过放大并“走进”心脏内部，近距离观察内部的畸形，可以更深入地掌握解剖信息、制定手术方案。但不能同时观察真实世界，故并不能实时在手术中使用，不增加费用。
3D打印技术：通过将二维的断层影像重新建模、上色，使用3D打印机一次成型制作出和实际情况一致的模型。
使用场景：得到一个真实模型，可以在模型上模拟手术操作，甚至可以把模拟手术之后的模型送去做实验，评价模拟手术效果，从而确定最优的方案。但制作3D模型目前较昂贵。
来源：广州参考·广州日报
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