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2016年03月23日 星期三
中青在线

科学现场

别担心,这场“手术”可以重来

本报记者 陈卓 《 中国青年报 》( 2016年03月23日   11 版)

    皮埃尔·萨德医生

    蒂莫西·拉普医名

    病人盆骨的3D模拟图

    骨盆呈灰白色,上面没有一丝肉,看起来硬邦邦的。在它坑坑洼洼的粗糙表面下,一块深红色的组织藏在深处。蒂莫西·拉普和皮埃尔·萨德两位医生知道,那就是该死的骨肉瘤。

    是时候对付这块凶猛的癌变组织了。他们没有拿起闪闪发亮的柳叶刀,而是轻点了一下鼠标。

    实际上,癌组织连同骨盆都“生长”在一款“虚拟手术计划(VSP)”软件里。拉普和萨德一遍遍地在电脑里“切除”它,为一场即将到来的真刀实枪的手术,制定最完美的方案。

    眼下有人估计,虚拟现实游戏、设备和软件有望在2016年创造51亿美元营收。在几元钱的虚拟眼镜和几百美元的高端设备完全普及之前,医疗界已经率先享受了这项技术带来的福利。

    VSP软件帮助医生提前规划和演练手术,谷歌眼镜能“安排”日本名古屋的医学生观摩法国名医的手术现场。在美国普渡大学的一个项目里,虚拟现实技术甚至能让后方强大的医生团队,直接指导战地医生进行手术。

    “我们已经进入数字时代,可以轻轻松松撤销一些事情,再重来一遍。”设计VSP软件的3D system公司副总裁凯蒂·魏玛说,“比如‘我不想切除这里了’、‘我想把它移到那里’或者是‘把这部分转过来,看看有没有其它的解剖方式’。”

    虚拟技术能让医生在拿起真实的手术刀前就把手术做上好几遍

    当那名骨肉瘤患者被送上纽约大学朗格尼医疗中心手术台时,希望和绝望手拉手站在一旁。

    癌细胞钻进了骨盆深处,在骶髀关节附近一块难以发现的骨头上安营扎寨。几厘米厚的皮肤、肌肉和脂肪为这个狡猾的凶手提供掩护,交错的主动脉血管让周边环境更加复杂。

    一般情况下,手术刀的进攻会从病人肚子正面发起,癌变组织和它栖身的那块骨头都会被砍掉。胜利的代价是病人的两条腿失去行动能力。

    要避免这一点,必须另辟蹊径。拉普和萨德决定从病人的背部打开切口,切除被大量癌症细胞侵袭的骨头,再把切掉的地方填补起来。

    难度之大,这两位在美国著名骨科医院有着十多年手术经验的医生,也没有任何把握。

    要到达病灶,手术刀必须切开主要的血管、肠、膀胱甚至肾脏,“几乎没有任何犯错的余地”。医生还要准确知晓骨盆中需要切割和修补的骨头有多大,才能在病人身体其他部位挖取合适的骨片。

    只有一遍遍演习,才能确保微弱的希望不会被一刀斩断。通常,这样的演习都要在尸体上进行,但虚拟现实软件能让演习在办公室的电脑上完成。

    VSP软件把病人的CT扫描转化为高分辨率的虚拟视图,不仅能指出病灶位置,还能告诉医生有多少空间需要填充。接着, 3D打印会制出白色的树脂模板,指引下刀处,使医生手部动作尽可能精确。

    在这位骨肉瘤患者之前,VSP软件已经帮助了一个名叫杰拉的小女孩。当她出生时,下巴只有母亲的手指那么大。局促的口腔空间把她的舌头推向喉咙,甚至阻碍了呼吸。医生只能割开她的喉咙,插进一根软管,勉强给她提供些氧气。

    这类下巴畸形的婴儿太少见了,经验丰富的医生也不知道手术刀该怎么落在那张巴掌大的脸上。那根从喉咙里伸出来的软管可能要陪伴小杰拉整整6年,直到她的缺陷随着脸庞一起扩大,才能手术。

    “虚拟手术的优势在于你可以在进手术室之前先把手术做一遍。”小杰拉的主刀医生、纽约蒙迪菲奥利医疗中心的奥伦·泰珀医生说,“这不仅可以让你做好手术计划,也可以帮助你提前发现手术中可能出现的问题。”

    在软件里,杰拉脆弱的小脑袋被电脑剥离重建成干净、清晰的虚拟3D图像。依靠这些图像,泰珀才分得清那个拇指大小的下巴里错综复杂的各种组织,并且测量出骨骼的精确数值,安放下合适的夹具。

    小杰拉的手术只进行了几个小时,一次性成功。那时,她才不到一个月大。她几乎没遭什么罪,现在,她看起来和正常的女孩儿一样。

    触碰到虚拟器官的不同部位,医生的手感也会不同

    对大多数人来说,虚拟现实还只是近年来才慢慢熟悉的概念。但在医学领域,它已有不短的历史。

    “特别是欧美国家,虚拟手术发展比较早。因为有不少国家禁止死刑,动物保护立法又比较完善,所以对医学生来说,不管是用于解剖的尸源还是动物,都比较紧张。”如今在国内从事虚拟手术研究的北京航空航天大学计算机学院潘俊君副教授告诉中国青年报记者。他在英国留学时,曾见过当地医学生驱车前往波兰,只为参与一次尸体解剖。

    1987年,美国一名生物医学工程师在华盛顿大学课堂上大讲医学计算机的应用,那时有人提出,要想在医院推广计算机,“不如先把人体解剖图集数字化”。

    不久后,一项由美国国家医学图书馆资助的“可视人计划”启动。一名男性和一名女性的尸体被切成几千块不到一毫米厚的切片,经过扫描和数字化,超过50G的数据在电脑里重新构建出一男一女两个模型。

    随后,“虚拟人创新计划”将“人类基因组计划”和“可视人计划”的研究结果结合起来,让模拟出的器官组织可以在外界刺激下做出反应——骨头会断,血管会冒血。

    如果虚拟现实的要旨在于让人身临其境,那么电脑里的虚拟人可以算作医学领域虚拟现实的起步——医生和制药公司可以先在与病人身体数据一模一样的虚拟人身上试验新药;外科医生也可以在手术前先让虚拟人挨一刀,电脑上会显示刀口断层及组织断面。

    如今医生电脑桌上的设备,已经远不止这些。潘俊君参与研发的腹腔镜手术模拟器Lap-sim“看起来像个梳妆台”。两根细长的操纵杆插进机器里,医生只要握住它们圆圆的脑袋前后左右移动,就能真实体验腹腔镜在患者肚子里操作时的实际感受。

    在电脑屏幕上,不同的力道会引起虚拟肠胃的不同反应,而触碰到器官的不同部位,医生的手也会感到不同的触感,“就像用筷子戳猪肉”。

    普通的平板电脑,也可能潜力无限。2012年,一款“生物数字人(the BioDigital Human )”软件发布。人体的肌肉、血管、内脏,都被条理清晰地画在一个3D人体模型中,两根手指一张一合,就能看到一个起搏器如何让伤痕累累的心脏重新充满活力。有人形容“它就像是画布一样,需要治疗哪里就看哪里”。

    在萨德医生办公室的电脑上,光秃秃的骨盆模型随着鼠标转着圈。“我们知道会在软件里看到什么,也知道能从中找出该切除的部位。”他一边说,一边指向那块红色的区域。随着鼠标的点击,肌肉、血管和脂肪一层层加上去,图像不断地在屏幕上刷新,“我们把病人平放在手术台上,切开后看到的情况会和电脑里一模一样。”

    虚拟手术不仅帮助解决疑难杂症,还能更多地用于新手的培训

    手术在拉普和萨德反复练习后正式开始。

    拉普操作手术刀,切入患者肌体,越过重重组织。当深入到骨髓时,他才伸手去拿由VSP指导打印的3D模板。医生手持第一块树脂片,使用一个微型的螺丝把它钉到骨头上。然后固定第二片,并检查是否牢固。这样,肿瘤的形态被准确而巧妙地锁定了。

    无影灯下,萨德轻易地切入小腿的腓骨,在那里钻上树脂片,从而获得他需要提取部位的轮廓。然后他连带着血管凿出骨头,填补到拉普留下的缺口里。

    萨德凿出的腓骨骨块严丝合缝,拉普将它移入盘骨,并小心地连接两处不同骨位的静脉和动脉。最后,一块钛金属板被置入其中帮助骨头融合。

    手术从头到尾进行了7个小时,两位医生都表示,如果没有虚拟现实和3D打印的帮助,他们不会尝试这么复杂的手术。

    不久前,专门帮助唇腭裂儿童的慈善组织“微笑列车”和“数字生物人”合作,开发了唇腭裂虚拟手术模拟器。即使远在非洲,当地的医生也可以像玩电子游戏一样对电脑上的虚拟人开上一刀,然后观看虚拟人的反应。

    “陈旧的教科书不是训练外科医生的合适方式,看视频也只能看到摄像机拍摄的角度,虚拟手术简直打开了一片新天地。”“微笑列车”负责人说。此前,缺少针对这种常见新生儿缺陷的熟练的外科医生,一直是欠发达国家面临的难题。

    帮助消除白内障的慈善组织“助视会”则计划在最近上线一个虚拟现实模拟器,用来培养白内障手术医生。在传统模式下,培养一个合格的眼科医生需要好几年,但这个慈善组织认为,用虚拟现实模拟器,或许几个月以后医生就能熟练完成这个只需要5分钟、20步的小手术。

    “虚拟手术可以帮助解决疑难杂症,但更多的用处还是在对新手的培训。”熟悉虚拟手术行业发展的潘俊君告诉记者,“这些年我们医患关系紧张,也与初级外科医生训练时间少、技术不成熟有关。”目前国内虚拟手术模拟器的研究开始起步,而他的愿望是让医院可以用上符合中国人体质和常见病的国产模拟器。

    但是,腹腔镜模拟器从开发到现在,只在北京和青岛的两家医院试用,其他医院“积极性并不是很高”。在潘俊君看来,这可能是很多医生的意识还没有转换过来,“习惯于老师带徒弟的传统授课方式”。

    在拉普和萨德周围,虚拟手术真正走进现实也并非一帆风顺。这种整形外科医生已经使用多年的虚拟手术计划,几乎从来没有被用在肿瘤手术中。当他们做出决定时,不少人认为他们疯了。

    在病床上休息了6个月后,那位34岁骨肉瘤患者终于可以用双腿支撑身体的全部重量,并在三月初的一天,带着没了癌细胞的身体,走进了户外的春天里。

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