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3D打印技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，當(dāng)三種3D技術(shù)與醫(yī)學(xué)結(jié)合，會(huì)產(chǎn)生什么樣的效果？

近日，廣東省人民醫(yī)院向媒體通報(bào)，院長(zhǎng)莊建團(tuán)隊(duì)將混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助應(yīng)用于近10例復(fù)雜先天性心臟病手術(shù)，在心臟灌木叢般的血管里“移花接木”，找狹窄“小靶點(diǎn)”。這是全球首創(chuàng)臨床突破，更令人自豪的是，三種3D技術(shù)與設(shè)備全部源自國(guó)內(nèi)。

3D術(shù)中導(dǎo)航“移花接木”

2月齡的寶寶小安（化名），一出生就呈現(xiàn)肺逐漸衰竭的樣子，呼吸不暢，小臉憋得發(fā)紫，新生兒本應(yīng)“迎風(fēng)長(zhǎng)”，出生體重達(dá)標(biāo)的小安2個(gè)月只有3公斤重。他被送到廣東省人民醫(yī)院心兒科，證實(shí)罹患嚴(yán)重復(fù)雜先天性心臟病——肺動(dòng)脈閉鎖。

3月27日，小安成為全球首例在混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助下接受“心術(shù)”的患兒。

3D虛擬心臟在術(shù)野（指手術(shù)時(shí)視力所及的范圍）上方導(dǎo)航

3D打印心臟帶進(jìn)了手術(shù)室

醫(yī)生們借助黑科技MR技術(shù)，術(shù)前根據(jù)CT重建好的虛擬三維小安心臟影像，術(shù)中投射到手術(shù)臺(tái)上方，開(kāi)胸后將虛擬心臟“放到”小安胸腔，同實(shí)際心臟重合，接著根據(jù)影像指引，一條條把像灌木叢般混亂的側(cè)支血管找到，然后“移花接木”到它們?cè)撛诘奈恢?。手術(shù)僅花了4個(gè)多小時(shí)，比常規(guī)縮短6個(gè)小時(shí)以上。

緊隨小安之后，4歲男寶寶樂(lè)樂(lè)（化名）也得救了。樂(lè)樂(lè)也是肺動(dòng)脈閉鎖，還有大室隔缺損、動(dòng)脈導(dǎo)管未閉、主肺側(cè)支形成，長(zhǎng)期臉色青白紫紺，呼吸又短又促，多次得肺炎。樂(lè)樂(lè)父母說(shuō)，輾轉(zhuǎn)多家醫(yī)院，都說(shuō)孩子心肺功能太差，還在不斷衰竭中，建議放棄，省醫(yī)莊建團(tuán)隊(duì)成了樂(lè)樂(lè)一家最后的希望了。

同樣是在混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的輔助下，樂(lè)樂(lè)的肺動(dòng)脈“樹(shù)干”“樹(shù)枝”修通了，心室隔也補(bǔ)好了，還閉合了導(dǎo)管，以后他將非常接近正常孩子一般成長(zhǎng)。

解密 | MR技術(shù)解決找側(cè)支血管難問(wèn)題

省醫(yī)心外小兒病區(qū)主任、省兒童心臟病中心副主任溫樹(shù)生說(shuō)，以往肺動(dòng)脈閉鎖解除，算得上超大手術(shù)——需要左右胸各開(kāi)一個(gè)切口，將一團(tuán)亂麻般“灌木叢”側(cè)支血管找到，分別游離，再在胸口正中開(kāi)一個(gè)切口，把它們一一拼接到解鎖的肺動(dòng)脈上，一臺(tái)手術(shù)至少超過(guò)10個(gè)小時(shí)。

“早上八九點(diǎn)上臺(tái)，做到晚上八九點(diǎn)?！睖貥?shù)生說(shuō)，最耗時(shí)又最難的是找側(cè)支血管，不是找到就行，是要找到每一根的起源、走向、游離環(huán)境等。

混合MR技術(shù)就是解決這一難題的最關(guān)鍵輔助。

術(shù)前“走進(jìn)”3D心臟直擊“靶點(diǎn)”

5歲女童小冰（化名），也是復(fù)雜先天性心臟病患兒，2年前就接受過(guò)心臟手術(shù)，近期出現(xiàn)了心肌束肥厚、心內(nèi)血流通道狹窄，這導(dǎo)致了她小小活動(dòng)后就嚴(yán)重氣促，生長(zhǎng)發(fā)育也顯著遲緩，甚至可能導(dǎo)致猝死。確診后患兒需要第一時(shí)間手術(shù)。

醫(yī)生團(tuán)隊(duì)首先將根據(jù)CT數(shù)據(jù)重建好的虛擬三維的小冰心臟3D打印出來(lái)，從而確診是左心室流出道梗阻，這是肥厚肌束造成的；肺動(dòng)脈與右心室流出通道的吻合處也狹窄了。

3月29日，手術(shù)中，團(tuán)隊(duì)將小冰的虛擬3D心臟影像投射到手術(shù)臺(tái)上方，開(kāi)胸后將虛擬心臟“放到”小冰的胸腔，同實(shí)際心臟重合，主刀醫(yī)生岑堅(jiān)正教授還戴上頭戴式顯示器（VR眼鏡），“走進(jìn)”小冰的虛擬心臟內(nèi)部，沿著血管，找到畸形狹窄處，“摸”到血管梗阻長(zhǎng)出的小肉環(huán)。

在三種3D技術(shù)的幫助下，團(tuán)隊(duì)形象而直觀地摸清了肥厚肌束、狹窄處的解剖結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)找到病變部位，精準(zhǔn)切除肥厚肌束，以術(shù)前規(guī)劃好的補(bǔ)片加寬好狹窄處，小冰得救了。

解密 | 3D打印心臟建模探查 虛擬心臟精準(zhǔn)“導(dǎo)航”

省醫(yī)心外綜合病區(qū)主任岑堅(jiān)正說(shuō)，像小冰這樣的二次手術(shù)的最大難題在于，做過(guò)手術(shù)后的胸腔，那些原本層次分明的組織已經(jīng)粘連成一團(tuán)，導(dǎo)致病變部位尋找困難，周?chē)Y(jié)構(gòu)多因而切多少、用多大材料等“雷區(qū)”就多，手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)極大。

以往對(duì)于此類(lèi)手術(shù)，無(wú)論是確認(rèn)心血管異常走形、組織辨認(rèn)，還是手術(shù)具體細(xì)節(jié)，都只能等開(kāi)胸后進(jìn)行術(shù)中反復(fù)探查，一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行，主刀醫(yī)生還得時(shí)刻擔(dān)心“看得不夠清楚”?！斑@樣的手術(shù)，以前我只能守在心導(dǎo)管室，寸步不離”，省醫(yī)心導(dǎo)管室主任黃美萍說(shuō)?，F(xiàn)在有了術(shù)前3D打印、AR“走進(jìn)心臟”、MR虛擬心臟與實(shí)際心臟“合體”，全方位導(dǎo)航手術(shù)，黃美萍終于放下“場(chǎng)外導(dǎo)航”的擔(dān)子。

專(zhuān)訪團(tuán)隊(duì)：“黑科技”神勇卻不增患者一分錢(qián)

廣州日?qǐng)?bào)：“黑科技”入醫(yī)，患者需要埋單嗎？

莊建：三種虛擬技術(shù)應(yīng)用于臨床，大大提升手術(shù)安全性、精細(xì)度，縮短手術(shù)時(shí)間達(dá)1/3以上，目前手術(shù)費(fèi)用以時(shí)間計(jì)算，患者無(wú)疑是省錢(qián)又安全了。新技術(shù)應(yīng)用，除了3D打印需要機(jī)器與材料成本外，VR設(shè)備約2萬(wàn)多元／套，MR設(shè)備約3萬(wàn)元／套，全部加起來(lái)不到10萬(wàn)元，這樣的投入并不會(huì)轉(zhuǎn)嫁到患者身上。

更值得一提的是，術(shù)時(shí)大減，手術(shù)室輪轉(zhuǎn)速度加快，就有更多的患者得到更快的治療機(jī)會(huì)。

廣州日?qǐng)?bào)：業(yè)內(nèi)有“技術(shù)都是在病人身上練出來(lái)的”說(shuō)法，3D三項(xiàng)“黑科技”能否改變這一情況？

莊建：在復(fù)雜先心領(lǐng)域，病變解剖學(xué)特別復(fù)雜，而手術(shù)治療需要無(wú)比精準(zhǔn)。以前，年輕醫(yī)生正常需要8~10年進(jìn)行反復(fù)的標(biāo)本模擬與訓(xùn)練才能練出來(lái)，偏偏心臟病的標(biāo)本異常缺乏；哪怕有機(jī)臺(tái)上臺(tái)了，但手術(shù)非常依賴(lài)B超、CT、MR、造影等結(jié)果，其二維、斷層結(jié)構(gòu)等，無(wú)比考驗(yàn)醫(yī)生的解剖學(xué)才能、空間位置感，術(shù)前你在電腦里哪怕看好記熟三維重建圖，但10小時(shí)手術(shù)下來(lái)，人的記憶就不可靠了。

現(xiàn)在有了3D打印虛擬心臟、AR虛擬心臟影像、MR混合現(xiàn)實(shí)影像技術(shù)，將心臟解剖一一在術(shù)者面前呈現(xiàn)，病灶大小、位置、與比鄰關(guān)系等，一清二楚，不用全靠經(jīng)驗(yàn)與手感。可以說(shuō)，只要年輕醫(yī)生夠勤奮，在標(biāo)本上練出來(lái)，完全沒(méi)問(wèn)題。

廣州日?qǐng)?bào)：下一步會(huì)有哪些新進(jìn)步可以期待？

莊建：首先是在精細(xì)度上虛擬技術(shù)會(huì)增強(qiáng)，現(xiàn)在已經(jīng)是虛擬與實(shí)體心血管基本吻合，下一步還將影像數(shù)據(jù)來(lái)源擴(kuò)大，不再僅靠CT數(shù)據(jù)三維重建，而是將超聲影像數(shù)據(jù)也整合入內(nèi)。

其次是建立一個(gè)病例標(biāo)本庫(kù)，通常復(fù)雜先心實(shí)體標(biāo)本難得，病例是關(guān)鍵，目前省醫(yī)的2萬(wàn)多病例存放在歐洲數(shù)據(jù)庫(kù)，今后將爭(zhēng)取自建數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)更快更有效的臨床醫(yī)生培訓(xùn)教學(xué)。

此外，3D虛擬技術(shù)目前在心臟病、神經(jīng)外科、骨科、肺科等應(yīng)用嘗試中，下一步可望應(yīng)用于更多結(jié)構(gòu)性病變。

臨床突破全球首創(chuàng) 3D組合技術(shù)中國(guó)造

中華醫(yī)學(xué)會(huì)胸心分會(huì)主任委員、廣東省人民醫(yī)院院長(zhǎng)莊建表示，虛擬技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床，今年1月有報(bào)道稱(chēng)去年12月國(guó)際同行應(yīng)用AR技術(shù)在一例簡(jiǎn)單先心治療上，而術(shù)前3D打印、AR“走進(jìn)心臟”、MR虛擬心臟與實(shí)際心臟“合體”三種虛擬技術(shù)組合出擊，并且已經(jīng)應(yīng)用接近10例復(fù)雜先心治療，這是全球首創(chuàng)的領(lǐng)先臨床突破。

更讓莊建自豪的是，這樣的全球首創(chuàng)，無(wú)論是技術(shù)還是設(shè)備，我國(guó)全都擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

據(jù)介紹，最早應(yīng)用到臨床的虛擬技術(shù)是3D打印技術(shù)，省醫(yī)與珠海一家公司聯(lián)合成立的實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)打印了70多顆虛擬心臟，建模后實(shí)現(xiàn)術(shù)前、術(shù)中導(dǎo)航?！把芏际墙M織蓋著的，以前術(shù)中常常找到一半，記憶中的解剖結(jié)構(gòu)就對(duì)不上了，血管找不到，只好求助場(chǎng)外。”莊建說(shuō)，現(xiàn)在有了虛擬心臟導(dǎo)航，再不用擔(dān)心半途撤、轉(zhuǎn)體外循環(huán)，大大提升手術(shù)安全。

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，則是與西安電子科技大學(xué)的合作，讓醫(yī)生可直接進(jìn)入虛擬病人“心臟”內(nèi)，查找觀察內(nèi)部復(fù)雜畸形，再也不用像以前那樣開(kāi)胸“這里切一口，那里切一口”地術(shù)中探查，“復(fù)雜先心，絕大多數(shù)是心內(nèi)畸形。”莊建說(shuō)，對(duì)患者心臟破壞少，這點(diǎn)非常重要。

MR混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，則是省醫(yī)與黑龍江一家公司的合作應(yīng)用，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上，可將患者心臟影像放到術(shù)野上方導(dǎo)航，甚至將虛擬心臟與實(shí)體心臟重合，哪怕找再細(xì)、再側(cè)支的血管，也不用到處分離組織了，定位非常精準(zhǔn)。