手術(shù)室“黑匣子”

楊緒軍

20年前，面對(duì)兇險(xiǎn)的主動(dòng)脈夾層手術(shù)，敢上手術(shù)臺(tái)的醫(yī)生全中國(guó)找不到10位。如今，依托手術(shù)室“黑匣子”，越來越多的醫(yī)生也能掌握復(fù)雜的手術(shù)技能，挽救更多患者的生命。

手術(shù)室“黑匣子”，全稱為信息采集機(jī)器人。它可以在10分鐘內(nèi)快速就位，不用布線，即插即用;手術(shù)視野可智能追蹤，手術(shù)進(jìn)行到哪里，攝像頭就盯到哪里;術(shù)中所有數(shù)據(jù)全部可存儲(chǔ)和共享，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)助……在2021年中國(guó)國(guó)際服務(wù)貿(mào)易交易會(huì)上，信息采集機(jī)器人作為北京安貞醫(yī)院醫(yī)企結(jié)合創(chuàng)新成果亮相，引起業(yè)界廣泛關(guān)注。該成果出自該院新設(shè)立的科創(chuàng)中心，中心帶頭人正是醫(yī)院院長(zhǎng)張宏家。

摘取心臟外科“皇冠上的寶石”

主動(dòng)脈，這條從心臟出發(fā)，經(jīng)過胸部、腹部，最終抵達(dá)位于骨盆附近骶髂關(guān)節(jié)的人體大動(dòng)脈，是體內(nèi)最大最重要的血管。遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，它就像一條形似拐杖的“黃金管道”，將富含氧氣和各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的動(dòng)脈血源源不斷送往大腦、肺、肝、腎和胃腸等全身臟器，晝夜不息，維持著生命的循環(huán)。

主動(dòng)脈一旦出現(xiàn)問題，瞬間致命。尤其是如果內(nèi)膜撕裂，血管內(nèi)高速的血流會(huì)從內(nèi)膜上的破口進(jìn)入中膜甚至外膜，形成一個(gè)夾層。就像一個(gè)不斷增大的氣球，一旦破裂，積聚的血液會(huì)在幾分鐘內(nèi)浸滿整個(gè)胸腔腹腔，絕無生還可能。

對(duì)于心臟外科，張宏家充滿著求知的渴望，1989年從北京大學(xué)醫(yī)學(xué)院畢業(yè)后，他被分配至北京同仁醫(yī)院，在自由選擇科室時(shí)，張宏家一頭扎進(jìn)了胸心外科。2001年的一天，張宏家走入心臟外科專家孫衍慶的辦公室，說出了藏在心中很久的話：我要學(xué)習(xí)主動(dòng)脈夾層手術(shù)！

那個(gè)時(shí)候，年輕的張宏家?guī)缀?4小時(shí)泡在醫(yī)院，把大大小小能參與的心臟外科手術(shù)全部做了個(gè)遍。心臟搭橋術(shù)、心臟瓣膜置換、主動(dòng)脈全弓置換手術(shù)等日漸爐火純青，經(jīng)歷了3000例手術(shù)磨煉后，2006年，考驗(yàn)實(shí)力的機(jī)會(huì)來了。挑戰(zhàn)張宏家的，是一例全胸腹主動(dòng)脈置換術(shù)。主動(dòng)脈手術(shù)是心臟外科“皇冠上的寶石”，而全胸腹主動(dòng)脈置換術(shù)又是主動(dòng)脈手術(shù)中難度最高最復(fù)雜的手術(shù)，患者的胸腹主動(dòng)脈要全部被替換成人工血管，置換完畢后還要同各分支血管小心吻合，稍有不慎，患者就會(huì)因各種并發(fā)癥導(dǎo)致死亡。

手術(shù)臺(tái)上，患者從左胸到腹部再到左側(cè)大腿根部打開了一個(gè)近1米的超長(zhǎng)切口，整個(gè)人體器官完全暴露。開胸游離時(shí)動(dòng)脈瘤突然發(fā)生破裂，鮮血從破口噴射而出，張宏家迅速將破口按住，充分的術(shù)前預(yù)案讓他胸有成竹，早已準(zhǔn)備好的動(dòng)靜脈插管配合體外循環(huán)機(jī)加壓輸血，降體溫、心臟停跳，患者轉(zhuǎn)危為安。近1米長(zhǎng)的胸腹主動(dòng)脈被逐節(jié)替換成人工血管，腎動(dòng)脈、腸系膜動(dòng)脈、腹腔干動(dòng)脈，哪怕直徑只有一兩個(gè)毫米的肋間動(dòng)脈也被重建。

這是一場(chǎng)生命線上的“極限操作”，經(jīng)過10多個(gè)小時(shí)的手術(shù)，張宏家團(tuán)隊(duì)成功置換了患者的胸腹主動(dòng)脈。隨后，心臟重新跳動(dòng)，血流恢復(fù)如常。

手術(shù)的成功，也奠定了張宏家在主動(dòng)脈領(lǐng)域的地位，那時(shí)，成功完成此類手術(shù)的醫(yī)生全國(guó)不超過10人，即便是到現(xiàn)在，全國(guó)能夠完成這項(xiàng)手術(shù)的外科醫(yī)生也不超過30人。

改進(jìn)主動(dòng)脈夾層手術(shù)策略

不過，“炫技”不是外科醫(yī)生的追求，比高精尖手術(shù)更重要的，是“讓手術(shù)更簡(jiǎn)單一些，能夠推廣開來”。作為學(xué)科帶頭人，張宏家有更多的想法。

主動(dòng)脈夾層手術(shù)常被稱為“夜戰(zhàn)”，原因就在于其超長(zhǎng)的手術(shù)時(shí)間。20年前，一次常規(guī)的主動(dòng)脈夾層手術(shù)，平均時(shí)長(zhǎng)能到十五六個(gè)小時(shí)，手術(shù)團(tuán)隊(duì)基本上是頭一天下午進(jìn)去，第二天天亮了才能出來，對(duì)醫(yī)生的身心是一大考驗(yàn)。張宏家發(fā)現(xiàn)，之所以時(shí)間長(zhǎng)，除了手術(shù)本身難度大之外，體外循環(huán)的降溫復(fù)溫過程是耗時(shí)主因。

在主動(dòng)脈夾層手術(shù)中，停跳心臟是必經(jīng)之路，此時(shí)就需要建立一個(gè)體外循環(huán)，用機(jī)器暫時(shí)代替心臟給全身泵血。為了讓基礎(chǔ)代謝減慢，最大程度減輕器官因缺血缺氧導(dǎo)致的不可逆損傷，體外循環(huán)又需要采用“深低溫停循環(huán)”技術(shù)，將患者血液降溫至18℃左右。而降溫、復(fù)溫，需要時(shí)間。

愛琢磨的張宏家挑戰(zhàn)了西方傳統(tǒng)深低溫停循環(huán)的做法，提出了中低溫停循環(huán)的腦保護(hù)策略。通過臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，他看到，停循環(huán)溫度根本不需要降到18℃，25℃左右完全可以。這樣既可等效保護(hù)中樞神經(jīng)和腹腔臟器系統(tǒng)，還能縮短20%的體外循環(huán)時(shí)間。

改變了停循環(huán)溫度，張宏家又盯上了“術(shù)中出血”問題。出血，是主動(dòng)脈外科手術(shù)并發(fā)癥的“萬惡之源”。心跳停跳后，需要暫停心臟、腦、脊髓、腹腔臟器和左右腎動(dòng)脈的血供，再分段置換人工血管，每一個(gè)分支都需要縫合?？p不好會(huì)漏血，縫好后凝血功能不好會(huì)滲血，哪個(gè)地方出問題，病人都會(huì)因失血量過大而死亡。張宏家回憶，早期手術(shù)時(shí)，手術(shù)臺(tái)“血流成河”是常態(tài)，血液有時(shí)甚至?xí)鞯降匕迳?，將醫(yī)生的拖鞋牢牢粘住，主動(dòng)脈手術(shù)也因此被稱作“血戰(zhàn)”。

除了技術(shù)水平差異，過去醫(yī)學(xué)界通常認(rèn)為，術(shù)中出血主要是因?yàn)轶w外循環(huán)造成了對(duì)血小板的破壞，影響凝血功能的緣故。但張宏家通過大量臨床樣本研究發(fā)現(xiàn)，體外循環(huán)導(dǎo)致凝血障礙不是血小板被破壞了，而是纖維蛋白原的流失。在他的倡導(dǎo)下，停掉體外循環(huán)后，由回輸血小板改為輸注纖維蛋白原及凝血因子，出血問題得到大大改善，術(shù)后二次開胸比例降至3.1%。

圖片|北京日?qǐng)?bào)

手術(shù)技術(shù)策略得到改進(jìn)，“中低溫停循環(huán)腦保護(hù)策略”和“圍術(shù)期凝血系統(tǒng)保護(hù)方案”等大大降低了主動(dòng)脈夾層手術(shù)的門檻，手術(shù)時(shí)長(zhǎng)由原來的十五六個(gè)小時(shí)縮短至五六個(gè)小時(shí)，急診手術(shù)死亡率從20%降低到7%，安貞醫(yī)院成為全世界主動(dòng)脈夾層患者死亡率最低的醫(yī)院。

為了推動(dòng)技術(shù)更快在全國(guó)各地落地，2021年，張宏家推動(dòng)發(fā)布了《急性主動(dòng)脈綜合征診斷與治療規(guī)范中國(guó)專家共識(shí)》，這是我國(guó)首部急性主動(dòng)脈綜合征專家共識(shí)，為主動(dòng)脈疾病全國(guó)規(guī)范化治療提供了權(quán)威性參考。

搭建全世界最大心血管樣本庫

在北京安貞醫(yī)院，張宏家的一句名言廣為流傳：手術(shù)做得再好，也只能救幾個(gè)人，但一位臨床醫(yī)生如果把科研做好了，就能推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的改變，這是一個(gè)外科醫(yī)生最大的榮耀。張宏家自己也是這么做的，2008年，他調(diào)任安貞醫(yī)院科研處處長(zhǎng)，在繁重的手術(shù)之余，把大量精力集中在了主動(dòng)脈疾病的相關(guān)研究上。

超高的主動(dòng)脈夾層誤診率引起了張宏家的注意。中國(guó)究竟有多少主動(dòng)脈疾病患者目前尚沒有確切的數(shù)字，按照國(guó)外相關(guān)數(shù)據(jù)推算，僅主動(dòng)脈夾層這一種疾病，中國(guó)每年至少新發(fā)20萬例。不過，在實(shí)際臨床工作中，太多的患者還沒來得及送到手術(shù)室，就因主動(dòng)脈破裂瞬間喪命。究其原因，就在于這種疾病極易被誤診。在張宏家的調(diào)查數(shù)據(jù)中，這個(gè)比例高達(dá)38.62%。

如何減少誤診，需要大量的數(shù)據(jù)支持。張宏家承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目“急性主動(dòng)脈綜合征高危預(yù)警及干預(yù)研究”，納入100余家醫(yī)院，建立了多中心臨床數(shù)據(jù)和生物樣本庫。這個(gè)超大型的主動(dòng)脈夾層多中心協(xié)作網(wǎng)覆蓋了全國(guó)9個(gè)代表性省市，入組患者樣本6083例，最終建立了急性主動(dòng)脈綜合征的高危預(yù)警與決策治療系統(tǒng)。

“系統(tǒng)從根本上解決了基層醫(yī)生經(jīng)常遇到的兩個(gè)問題，在臨床中大顯身手?！睆埡昙艺f，主動(dòng)脈夾層的診斷并不難，關(guān)鍵在于有沒有這個(gè)意識(shí)。系統(tǒng)根據(jù)大數(shù)據(jù)對(duì)主動(dòng)脈疾病進(jìn)行精準(zhǔn)畫像，通過若干簡(jiǎn)單問題就能對(duì)患者進(jìn)行一次精準(zhǔn)的分型診斷。像撫摸足背動(dòng)脈這些頂尖級(jí)醫(yī)生總結(jié)出來的“妙招”，也都囊括在內(nèi)。

機(jī)器人主體就像一個(gè)“手提箱”，上方延伸出來一個(gè)巨大的機(jī)械臂，一直抬高至手術(shù)臺(tái)上方，高清全景攝像頭和數(shù)據(jù)傳輸同步開啟，延遲控制在100毫秒以內(nèi)。神奇的是，通過人工智能運(yùn)算和為手術(shù)器械賦予“靶標(biāo)”的方式，攝像頭可以跟隨手術(shù)刀自動(dòng)移動(dòng)，對(duì)正在操作的區(qū)域高清展示。線上專家也可以遠(yuǎn)程遙控?cái)z像頭，對(duì)手術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

確診主動(dòng)脈夾層后，系統(tǒng)還可對(duì)其精準(zhǔn)分型。“醫(yī)生是人不是神，倉促應(yīng)戰(zhàn)，肯定沒有在各方面都準(zhǔn)備充分后再做效果好?！睆埡昙覍?duì)此深有感觸。手術(shù)是治療主動(dòng)脈夾層的唯一方法，但越是這樣的重大手術(shù)，就越需要考慮周全。哪些病人需要立刻做手術(shù)，哪些病人可以緩上幾個(gè)小時(shí)，通過對(duì)6000例手術(shù)進(jìn)行回顧性研究，系統(tǒng)同樣給出了具體指標(biāo)，大大提高了手術(shù)成功率。

經(jīng)過多個(gè)版本的迭代升級(jí)，如今，急性主動(dòng)脈綜合征的高危預(yù)警與決策治療系統(tǒng)已經(jīng)在100余家醫(yī)院得到臨床推廣。5分鐘出結(jié)構(gòu)化病歷，隨后給出檢查項(xiàng)目提示、快速鑒別診斷和決策支持，必要情況下還可協(xié)作轉(zhuǎn)診，主動(dòng)脈夾層診斷準(zhǔn)確率提高至95%以上，患者平均進(jìn)入手術(shù)室的時(shí)間縮短至12小時(shí)以內(nèi)。

張宏家（左二）和同事們做現(xiàn)場(chǎng)操作演示。圖片|北京日?qǐng)?bào)

創(chuàng)新讓醫(yī)學(xué)協(xié)同提升到新境界

這里是北京安貞醫(yī)院科創(chuàng)中心，一個(gè)供醫(yī)生和企業(yè)負(fù)責(zé)人“碰撞火花”的地方。

大名鼎鼎的信息采集機(jī)器人就是在這里誕生的。主動(dòng)脈夾層手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大，術(shù)中隨時(shí)可能出現(xiàn)突發(fā)情況，即便推行了專家共識(shí)和治療規(guī)范，不少基層醫(yī)生還是不愿嘗試。幾年前，張宏家就有了一個(gè)想法，打造適合主動(dòng)脈夾層手術(shù)的遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)。

想法很美好，實(shí)現(xiàn)起來卻異常艱難。主動(dòng)脈夾層手術(shù)不同于其他常規(guī)手術(shù)，病情瞬息萬變，這對(duì)“實(shí)時(shí)傳輸”有著極高的要求，甚至一秒鐘都不能遲滯。而且，主動(dòng)脈夾層手術(shù)操作區(qū)域跨度大，從胸部到腿部，從精細(xì)操作再到體外循環(huán)，如果需要人工頻繁干預(yù)，那無異于“幫倒忙”。此外，光有影像也是不夠的，各個(gè)手術(shù)決策嚴(yán)重依賴各項(xiàng)生理指征，醫(yī)生光看影像完全無法作出判斷，數(shù)據(jù)和影像結(jié)合起來才能進(jìn)行一次完美的“遠(yuǎn)程協(xié)同”。

這樣高的要求，靠醫(yī)院的轉(zhuǎn)化實(shí)力是無法滿足的，張宏家想到了醫(yī)企結(jié)合。通過科創(chuàng)中心平臺(tái)，他找到了愿意支持該項(xiàng)目的企業(yè)。

經(jīng)過兩年的研發(fā)，張宏家的愿望實(shí)現(xiàn)了。2020年10月，這個(gè)命名為“術(shù)中協(xié)同及質(zhì)控系統(tǒng)”的信息采集機(jī)器人在安貞醫(yī)院科創(chuàng)中心平臺(tái)正式亮相，顯示屏前，醫(yī)院各個(gè)科室主任屏聲靜氣，觀看現(xiàn)場(chǎng)演示。

機(jī)器人主體就像一個(gè)“手提箱”，上方延伸出來一個(gè)巨大的機(jī)械臂，一直抬高至手術(shù)臺(tái)上方，高清全景攝像頭和數(shù)據(jù)傳輸同步開啟，延遲控制在100毫秒以內(nèi)。神奇的是，通過人工智能運(yùn)算和為手術(shù)器械賦予“靶標(biāo)”的方式，攝像頭可以跟隨手術(shù)刀自動(dòng)移動(dòng)，對(duì)正在操作的區(qū)域高清展示。線上專家也可以遠(yuǎn)程遙控?cái)z像頭，對(duì)手術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。除了醫(yī)生的操作術(shù)野外，手術(shù)室內(nèi)的其他設(shè)備比如監(jiān)護(hù)儀、麻醉機(jī)、體外循環(huán)、腔鏡、造影機(jī)的數(shù)據(jù)也可以被機(jī)器人全程記錄。

張宏家給它起了個(gè)外號(hào)，叫手術(shù)室“黑匣子”。從手術(shù)開始的那一刻起，患者生理數(shù)據(jù)、手術(shù)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)音視頻都被記錄下來，任何人無法篡改?！熬拖耧w機(jī)黑匣子一樣，如果需要，這些數(shù)據(jù)可以隨時(shí)被調(diào)取，用來還原這臺(tái)手術(shù)曾有過的所有信息。”張宏家說，有了這一利器，所有外科手術(shù)的醫(yī)學(xué)協(xié)同、教學(xué)將會(huì)提升到一個(gè)新境界。通過安裝VR眼鏡，醫(yī)生甚至能夠遠(yuǎn)程參與手術(shù)……

目前，這個(gè)系統(tǒng)已申請(qǐng)發(fā)明專利2項(xiàng)，應(yīng)用于外科手術(shù)50臺(tái)次，先后與全國(guó)10家心血管中心建立遠(yuǎn)程會(huì)診體系，并有望在今年投入量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。未來，高危預(yù)警與決策治療系統(tǒng)也會(huì)注入機(jī)器人的“大腦”，將患者信息輸入后，手術(shù)類型、術(shù)中提示、并發(fā)癥處理等都會(huì)被一一提醒，智能化水平也將會(huì)越來越高。

◎ 來源|北京日?qǐng)?bào)（有刪減）