3D虛擬現實聯手為醫生“導航”

顧易之

3D打印技術、AR虛擬影像技術、MR混合現實技術，3種前沿技術與醫學結合，能擦出什么樣的“火花”？近日，廣東省一所醫院就將3D打印技術、AR虛擬影像技術和MR混合現實技術等3種前沿技術組合，輔助應用于近10例復雜先天性心臟病手術，在心臟灌木叢般的血管里“移花接木”，找狹窄“小靶點”進行修復治療。這是全球首創的領先臨床突破。更令人自豪的是，3種前沿技術與設備全部源自國內。那么，這3種前沿技術是如何組合在一起的？未來是否大有可為？

虛擬現實組合直擊“靶點”

2月齡的寶寶小安（化名），一出生就呈現肺逐漸衰竭的樣子，呼吸不暢，小臉憋得發紫。新生兒本應“迎風長”，出生體重達標的小安2個月只有3公斤重。他被送到廣東省人民醫院心兒科，證實罹患嚴重復雜先天性心臟病——肺動脈閉鎖。隨即，小安成為全球首例在3D虛擬混合現實技術輔助下接受“心術”的患兒。

醫生們根據CT借助3D打印虛擬心臟找出病灶，然后又利用虛擬現實技術虛擬重建三維小安心臟影像，術中投射到手術臺上方。手術開胸后，再利用MR混合現實技術，將虛擬心臟“放到”小安胸腔，同實際心臟重合，接著根據影像指引，把一條條像灌木叢般混亂的側支血管找到，然后“移花接木”到它們該在的位置。手術僅花了4個多小時，比常規縮短6個小時以上。

緊隨小安之后，4歲男寶寶樂樂（化名）也得救了。樂樂也是肺動脈閉鎖，還有大室隔缺損、動脈導管未閉、主肺側支形成，長期臉色青白紫紺，呼吸又短又促，多次得肺炎。樂樂父母說，輾轉多家醫院，都說孩子心肺功能太差，還在不斷衰竭中，建議放棄。同樣是在混合現實技術的輔助下，樂樂的肺動脈“樹干”“樹枝”修通了，心室隔也補好了，還閉合了導管，以后他將非常接近正常孩子一般成長。

據專家介紹，以往肺動脈閉鎖解除，算得上超大手術—需要左右胸各開一個切口，將一團亂麻般“灌木叢”側支血管找到，分別游離，再在胸口正中開一個切口，把它們一一拼接到解鎖的肺動脈上，一臺手術至少超過10個小時。“早上八九點上臺，做到晚上八九點。最耗時又最難的是找側支血管，不是找到就行，是要找到每一根的起源、走向、游離環境等。3D虛擬混合現實技術就是解決這一難題的最關鍵輔助。”

3D打印精準“導航”走進心臟

5歲女童小冰（化名），也是復雜先天性心臟病患兒，2年前就接受過心臟手術，近期出現了心肌束肥厚、心內血流通道狹窄，這導致了她小小活動后就嚴重氣促，生長發育也顯著遲緩，甚至可能導致猝死。確診后患兒需要第一時間手術。醫生團隊首先將根據CT數據重建好的虛擬三維的小冰心臟3D打印出來，從而確診是左心室流出道梗阻，這是肥厚肌束造成的；肺動脈與右心室流出通道的吻合處也狹窄了。手術中，團隊將小冰的虛擬3D心臟影像投射到手術臺上方，開胸后將虛擬心臟“放到”小冰的胸腔，同實際心臟重合，主刀醫生還戴上頭戴式顯示器（VR眼鏡），“走進”小冰的虛擬心臟內部，沿著血管，找到畸形狹窄處，“摸”到血管梗阻長出的小肉環。

在3種3D技術的幫助下，團隊形象而直觀地摸清了肥厚肌束、狹窄處的解剖結構，精準找到病變部位，精準切除肥厚肌束，以術前規劃好的補片加寬好狹窄處，小冰得救了。

專家介紹，像小冰這樣二次手術的最大難題在于，做過手術后的胸腔，那些原本層次分明的組織已經粘連成一團，導致病變部位尋找困難，周圍結構多，因而切多少、用多大材料等“雷區”就多，手術的風險極大。而以往對于此類手術，無論是確認心血管異常走形、組織辨認，還是手術具體細節，都只能等開胸后進行術中反復探查，一點點進行，主刀醫生還得時刻擔心“看得不夠清楚”。“這樣的手術，以前我只能守在心導管室，寸步不離。現在有了術前3D打印、VR‘走進心臟、MR虛擬心臟與實際心臟‘合體，可進行全方位導航手術。”

未來可望應用于更多結構性病變

3種前沿虛擬技術應用于臨床，大大提升了手術的安全性、精細度，縮短手術時間達1/3以上。另外，目前手術費用以時間計算，患者無疑是省錢又安全了。更值得一提的是，術時大減，手術室輪轉速度加快，就有更多的患者會得到更快的治療機會。

專家介紹，在復雜先心領域，病變解剖學特別復雜，而手術治療需要無比精準。以前，年輕醫生正常需要8～10年進行反復的標本模擬與訓練才能練出來，偏偏心臟病的標本又異常缺乏；哪怕有機會上臺了，可手術也非常依賴B超、CT、MR、造影等結果，其二維、斷層結構等，無比考驗醫生的解剖學才能、空間位置感，術前在電腦里哪怕看好記熟三維重建圖，但10小時手術下來，人的記憶就不可靠了。現在有了3D打印虛擬心臟、AR虛擬心臟影像、MR混合現實影像技術，將心臟解剖一一在術者面前呈現，病灶大小、位置、與比鄰關系等，一清二楚。可以說，只要年輕醫生夠勤奮，在標本上練出來完全沒問題。

那么，未來這3種前沿技術組合應用還會有哪些期待？業界認為，首先是在精細度上虛擬技術會增強，現在已經是虛擬與實體心血管基本吻合，下一步還將影像數據來源擴大，不再僅靠CT數據三維重建，而是將超聲影像數據也整合入內；其次是建立一個病例標本庫，通常復雜先心實體標本難得，病例是關鍵。今后將爭取自建數據庫，可實現更快更有效的臨床醫生培訓教學。此外，3D虛擬技術目前在心臟病、神經外科、骨科、肺科等領域正處于應用嘗試中。而未來，3D虛擬現實混合技術組合可望應用于更多的結構性病變。