數字化人體：從“傳統(tǒng)解剖”到“3D打印”精準醫(yī)療

數字醫(yī)學，一個來自于傳統(tǒng)學科“解剖”的新型研究方向，用計算機數字化的手段來解決診斷和治療的種種問題。它的發(fā)展，生動詮釋了醫(yī)學“3D打印”的前世今生。

借助3D打印做手術

不久前，60多歲的手術患者殷道榮回到第三軍醫(yī)大學西南醫(yī)院醫(yī)院復查，結果顯示身體恢復良好。這正是第三軍醫(yī)大學生物工程學院數字醫(yī)學研究所與西南醫(yī)院心胸外科合作，借助3D數字化導航、3D打印技術和3D輔助設計，完成的一例胸腔巨大腫瘤切除加胸壁重建手術。

據悉，患者的左側胸腔內有一個巨大的腫瘤，且腫瘤已經嚴重壓迫肺葉。不僅腫瘤切除有一定難度，巨大腫瘤切除后胸壁將出現(xiàn)嚴重的骨缺損，影響患者術后的呼吸功能。第三軍醫(yī)大學數字醫(yī)學研究所將患者的CT數據導入專業(yè)醫(yī)學圖像處理系統(tǒng)，在計算機上進行了巨大腫瘤切除術手術方案的設計，并將打印出的3D模型進行了手術預演。在“數字醫(yī)學”的協(xié)助下，手術進行得非常順利，3D打印輔助制作的三維弧形鈦板與缺損胸壁斷端完全吻合。

“鈦板通常是平面的，難與胸壁弧形相貼合，隨著患者呼吸運動，常規(guī)鈦板容易出現(xiàn)移位等情況，治療效果有限。而3D打印則相當于對患者所需手術材料的一種私人定制，打印物的大小、尺寸完全可以自行設計。3D打印技術將成為未來精準醫(yī)療的重要手段�！睌底轴t(yī)學研究所吳毅副教授介紹。

讓解剖重新煥發(fā)活力

時間倒退到本世紀初。山城重慶的酷暑，戶外近40攝氏度，實驗室卻是零下25攝氏度的酷暑。第三軍醫(yī)大學數字醫(yī)學研究所所長、我國數字醫(yī)學學科開拓者張紹祥教授，帶著團隊成員，大衣、毛帽、厚手套全副武裝，正在緊張地進行人體冰凍切片。 這可不是普通的“切片”，他們把整個人體上千的切片圖像輸入計算機，經過一系列復雜的處理，獲取數字化人體包括大腦、心臟、肝臟的全身數據集。

這是當時世界上繼美國、韓國之后的第三例可視化人體數據集，無論在切片層厚和圖像分辨率上都優(yōu)于前述。由于美國數字化人體切片是在常溫下進行，人體標本會因“解凍”出現(xiàn)較大的誤差。因此，張紹祥教授堅持在零下25度的極寒條件下開展切片，最大可能減小誤差。人在“極寒”實驗室連續(xù)工作不能超過2個小時，而室內外溫差最高可以達到60攝氏度。研究人員往往在外面抽上一根煙，休息一會兒，又返回實驗室，工作到凌晨。

解剖是一門古老的學科，數字化的引入讓它重新煥發(fā)活力。從2001年至今，研究所已獲取了8例可視化人體數據集，并構建了男性、女性全身臟器的分割數據集和三維重建模型，完成了人體局部復雜、抽象器官的斷層解剖學與三維可視化研究。開創(chuàng)了我國數字醫(yī)學研究領域。

“3D打印很‘時髦’，但它的根基在數字醫(yī)學，沒有精確的數字化設計，就沒有‘漂亮’的3D打印。也可以說，從2001年起，我們勇敢跟蹤前沿，預見了精準醫(yī)學、個性醫(yī)學時代的到來。”研究所博士方彬吉說。

全新認識人體結構

隨著薄層、高精度數字化人體圖像和三維可視化模型的廣泛應用，傳統(tǒng)解剖中“肉眼”所不理解的微小隱蔽結構也不斷被發(fā)現(xiàn)。

傳統(tǒng)的解剖學認為胸部與腹部并無多少交流，而通過數字解剖學卻發(fā)現(xiàn)胸部與腹部之間實際上有10個“異常通道”，這就解釋了為什么胰腺炎患者的腹腔積液可以進入胸腔�！禤LOS one》、《Journal of anatomy》等解剖類頂級雜志刊登了數字醫(yī)學研究所的一系列重大發(fā)現(xiàn)。

“目前，我們與臨床的結合，主要體現(xiàn)在兩個方面：一個方面是數字化診斷，比如巨大肝癌與周圍血管的毗鄰關系、盆腔臟器脫垂的盆底結構損傷分析；另一個方面是數字化治療，它主要包括術前預演、手術導航和3D定制，主要為3D重建和3D打印技術的應用�！毖芯克�計算機工程師李穎說。

在第三軍醫(yī)大學，解剖的實驗室，也由人體標本解剖教室延伸到數字解剖教室，在那里，醫(yī)學生正熟練應用數字研究所研發(fā)的“虛擬解剖教學平臺”，在電腦上對“三維人體”開展各種手術操作，作為實踐教學的重要補充，不用受到標本稀缺、動手機會少的制約。


來源:人民網