手术室“黑匣子”

业界 | 2021-10-14 07:46:49
时间:2021-10-14 07:46:49   /   来源: 北京日报      /   点击数:()

20年前,面对凶险的主动脉夹层手术,敢上手术台的医生全中国找不到10位。如今,依托手术室“黑匣子”,越来越多的医生也能掌握复杂的手术技能,挽救更多患者的生命。

手术室“黑匣子”,全称为信息采集机器人。它可以在10分钟内快速就位,不用布线,即插即用;手术视野可智能追踪,手术进行到哪里,摄像头就盯到哪里;术中所有数据全部可存储和共享,可实现远程协助……在前不久举行的2021年中国国际服务贸易交易会上,信息采集机器人作为北京安贞医院医企结合创新成果亮相,引起业界广泛关注。与信息采集机器人同台亮相的,还包括先心安母胎会诊平台、涂抹式搭桥血管外支架等一批最新成果,这些成果均出自该院新设立的科创中心。中心带头人,正是医院院长张宏家。

信息采集机器人可记录所有手术数据和音视频信息,为高质量手术质控提供便利。图为张宏家(左二)和同事们做现场操作演示。本报记者 阎彤摄

摘取心脏外科“皇冠上的宝石”

主动脉,这条从心脏出发,经过胸部、腹部,最终抵达位于骨盆附近骶髂关节的人体大动脉,是体内最大最重要的血管。远远看去,它就像一条形似拐杖的“黄金管道”,将富含氧气和各种营养物质的动脉血源源不断送往大脑、肺、肝、肾和胃肠等全身脏器,昼夜不息,维持着生命的循环。

主动脉一旦出现问题,瞬间致命。尤其是如果内膜撕裂,血管内高速的血流会从内膜上的破口进入中膜甚至外膜,形成一个夹层。就像一个不断增大的气球,一旦破裂,积聚的血液会在几分钟内浸满整个胸腔腹腔,绝无生还可能。而在2000年前后,敢在主动脉上动刀的医生,全中国不超过10个。

2001年的一天,张宏家走入心脏外科专家孙衍庆的办公室,说出了藏在心中很久的话:我要学习主动脉夹层手术!

对于心脏外科,张宏家充满着求知的渴望,1989年从北京大学医学院毕业后,他被分配至北京同仁医院。在自由选择科室时,张宏家一头扎进了胸心外科。而后又师从中国医学科学院阜外医院刘迎龙教授,学习先心病手术,技术逐渐成熟。

在中国主动脉夹层手术治疗领域,北京安贞医院第二任院长孙衍庆是“开山鼻祖”,1982年,国内首例主动脉夹层动脉瘤根治术便由他完成。张宏家扎实的手术功底和强烈的求知欲望打动了孙衍庆,2001年5月,他终于如愿以偿,进入北京安贞医院心脏外科博士后流动站工作,成为孙衍庆的学生。

那个时候,年轻的张宏家几乎24小时泡在医院,把大大小小能参与的心脏外科手术全部做了个遍。心脏搭桥术、心脏瓣膜置换、主动脉全弓置换手术等日渐炉火纯青,经历了3000例手术磨炼后,2006年,考验实力的机会来了。挑战张宏家的,是一例全胸腹主动脉置换术。

蓝色的手术室里,只能听到剪钳清脆的碰撞声,弥漫着犹如战场般紧张的气氛。主动脉手术是心脏外科“皇冠上的宝石”,而全胸腹主动脉置换术又是主动脉手术中难度最高最复杂的手术,患者的胸腹主动脉要全部被替换成人工血管,置换完毕后还要同各分支血管小心吻合,稍有不慎,患者就会因各种并发症导致死亡。

手术台上,患者从左胸到腹部再到左侧大腿根部打开了一个近1米的超长切口,整个人体器官完全暴露。开胸游离时动脉瘤突然发生了破裂,鲜血从破口喷射而出,张宏家迅速将破口按住,充分的术前预案让他胸有成竹,早已准备好的动静脉插管配合体外循环机加压输血,降体温、心脏停跳,患者转危为安。近1米长的胸腹主动脉被逐节替换成人工血管,肾动脉、肠系膜动脉、腹腔干动脉,哪怕直径只有一两个毫米的肋间动脉也被重建。

这是一场生命线上的“极限操作”,经过十多个小时的手术,张宏家团队成功置换了患者的胸腹主动脉。随后,心脏重新跳动,血流恢复如常。

缝合完血管,张宏家疲惫地瘫坐在手术室一侧的小凳子上,看着眼前麻醉师、体外循环师、护士等十余人有条不紊地完成最后的手术流程,内心却激动无比。“心脏外科是外科中起步最晚但也是发展最快的,对综合素质和团队配合度要求也最高。”骨子里喜欢挑战的张宏家感慨道。手术的成功,也奠定了张宏家在主动脉领域的地位,那时,成功完成此类手术的医生全国不超过10人,即便是到现在,全国能够完成这项手术的外科医生也不超过30人。

推动首部主动脉夹层专家共识

不过,“炫技”不是外科医生的追求,比高精尖手术更重要的,是“让手术更简单一些,能够推广开来”。作为学科带头人,张宏家有更多的想法。

主动脉夹层手术常被称为“夜战”,原因就在于其超长的手术时间。20年前,一次常规的主动脉夹层手术,平均时长能到十五六个小时,手术团队基本上是头一天下午进去,第二天天亮了才能出来,对医生的身心是一大考验。张宏家发现,之所以时间长,除了手术本身难度大之外,体外循环的降温复温过程是耗时主因。

在主动脉夹层手术中,停跳心脏是必经之路,此时就需要建立一个体外循环,用机器暂时代替心脏给全身泵血。为了让基础代谢减慢,最大程度减轻器官因缺血缺氧导致的不可逆损伤,体外循环又需要采用“深低温停循环”技术,将患者血液降温至18℃左右。而降温、复温,需要时间。

爱琢磨的张宏家挑战了西方传统深低温停循环的做法,提出了中低温停循环的脑保护策略。通过临床和动物实验,他看到,停循环温度根本不需要降到18℃,25℃左右完全可以。这样既可等效保护中枢神经和腹腔脏器系统,还能缩短20%的体外循环时间。

改变了停循环温度,张宏家又盯上了“术中出血”问题。出血,是主动脉外科手术并发症的“万恶之源”。心跳停跳后,需要暂停心脏、脑、脊髓、腹腔脏器和左右肾动脉的血供,再分段置换人工血管,每一个分支都需要缝合。缝不好会漏血,缝好后凝血功能不好会渗血,哪个地方出问题,病人都会因失血量过大而死亡。“最高峰的时候,有接近一半的患者会直接死在手术台上。医生抢救了一夜,病人还是离去,这是特别让人沮丧的事情。”张宏家回忆,早期手术时,手术台“血流成河”是常态,血液有时甚至会流到地板上,将医生的拖鞋牢牢粘住,主动脉手术也因此被称作“血战”。

除了技术水平差异,过去医学界通常认为,术中出血主要是因为体外循环造成了对血小板的破坏,影响凝血功能的缘故。但张宏家通过大量临床样本研究发现,体外循环导致凝血障碍不是血小板被破坏了,而是纤维蛋白原的流失。在他的倡导下,停掉体外循环后,由回输血小板改为输注纤维蛋白原及凝血因子,出血问题得到大大改善,术后二次开胸比例降至3.1%。

手术技术策略得到改进,“中低温停循环脑保护策略”和“围术期凝血系统保护方案”等大大降低了主动脉夹层手术的门槛,手术时长由原来的十五六个小时缩短至五六个小时,急诊手术死亡率从20%降低到7%,安贞医院成为全世界主动脉夹层患者死亡率最低的医院。

为了推动技术更快在全国各地落地,2021年,张宏家推动发布了《急性主动脉综合征诊断与治疗规范中国专家共识》,这是我国首部急性主动脉综合征专家共识,为主动脉疾病全国规范化治疗提供了权威性参考。

搭建全世界最大心血管样本库

在北京安贞医院,张宏家的一句名言广为流传:手术做得再好,也只能救几个人,但一位临床医生如果把科研做好了,就能推动整个行业的改变,这是一个外科医生最大的荣耀。

张宏家自己也是这么做的,2008年,他调任安贞医院科研处处长,在繁重的手术之余,把大量精力集中在了主动脉疾病的相关研究上。

超高的主动脉夹层误诊率引起了张宏家的注意。中国究竟有多少主动脉疾病患者目前尚没有确切的数字,按照国外相关数据推算,仅主动脉夹层这一种疾病,中国每年至少新发20万例。不过,在实际临床工作中,太多的患者还没来得及送到手术室,就因主动脉破裂瞬间丧命。究其原因,就在于这种疾病极易被误诊。在张宏家的调查数据中,这个比例高达38.62%。

一次,北京安贞医院急诊科来了一位中年男性,肚子痛到脸色苍白、坐立不安,连说话都难以为继。医生在肚子上触诊,不管是哪个部位,男子都喊疼。是消化问题?胰腺炎?还是心脏问题?

此时,张宏家正好路过诊室,听完主诉后,他伸出手,在病人的足背处摸了一下,立刻有了判断,“很有可能是主动脉夹层,立刻做血液检查和增强CT,告诉患者不要动,准备手术!”

CT结果出来了,证实了张宏家的判断。“主动脉夹层对下肢动脉的血供影响很大,这个患者的足背动脉根本摸不到,多数情况下是主动脉夹层。”张宏家解释,主动脉夹层跟脑梗、心梗、消化道出血等疾病症状相似,且都是急症,在临床诊治中很容易被误判。此时,主动脉血管管壁就像一张薄纸,打个喷嚏都有可能导致夹层破裂,所以特别不建议吃东西或者喝水。

如何减少误诊,需要大量的数据支持。张宏家承担了国家重点项目“急性主动脉综合征高危预警及干预研究”,纳入100余家医院,建立了多中心临床数据和生物样本库。这个超大型的主动脉夹层多中心协作网覆盖了全国9个代表性省市,入组患者样本6083例,最终建立了急性主动脉综合征的高危预警与决策治疗系统。

“系统从根本上解决了基层医生经常遇到的两个问题,在临床中大显身手。”张宏家说,主动脉夹层的诊断并不难,关键在于有没有这个意识。系统根据大数据对主动脉疾病进行精准画像,通过若干简单问题就能对患者进行一次精准的分型诊断。像抚摸足背动脉这些顶尖级医生总结出来的“妙招”,也都囊括在内。

确诊主动脉夹层后,系统还可对其精准分型。“医生是人不是神,仓促应战,肯定没有在各方面都准备充分后再做效果好。”张宏家对此深有感触。手术是治疗主动脉夹层的唯一方法,但越是这样的重大手术,就越需要考虑周全。哪些病人需要立刻做手术,哪些病人可以缓上几个小时,通过对六千例手术进行回顾性研究,系统同样给出了具体指标,大大提高了手术成功率。

经过多个版本的迭代升级,如今,急性主动脉综合征的高危预警与决策治疗系统已经在100余家医院得到临床推广。5分钟出结构化病历,随后给出检查项目提示、快速鉴别诊断和决策支持,必要情况下还可协作转诊,主动脉夹层诊断准确率提高至95%以上,患者平均进入手术室的时间缩短至12小时以内。

“北京安贞医院作为一个以心血管疾病为主的三甲医院,同时又是国家心血管病临床医学研究中心,承担的任务绝对不仅是简单地看好几个病人,还要承担着对这个疾病的再认识,承担着医疗创新。”在张宏家的推动下,北京安贞医院还承建了心血管疾病医学工程教育部重点实验室和心血管疾病精准医学北京实验室。这是全世界最大的心血管临床样本库,多达29.7万余份血液样本、2450余份组织样本、2万余份临床数据在这里收集储存,此外,还有6千余例主动脉影像数据和2万余例冠状动脉影像数据。“样本的入库、维护和使用都有严格标准,需要占用极大的精力,但我相信,未来,一大批重量级的临床科研成果将会在这一平台上孵化产出。”张宏家说。

创新让医学协同提升到新境界

北京安贞医院门诊楼13层,不同于其他医院常规形态的“格子间”,这里俨然是一个科技公司的模样——精心栽培的绿植、形态各异的沙发卡座,还有随处可供手机直接投影的高清显示屏。

这里是北京安贞医院科创中心,一个供医生和企业负责人“碰撞火花”的地方。

大名鼎鼎的信息采集机器人就是在这里诞生的。主动脉夹层手术风险大,术中随时可能出现突发情况,即便推行了专家共识和治疗规范,不少基层医生还是不愿尝试。几年前,张宏家就有了一个想法,打造适合主动脉夹层手术的远程协助系统。

想法很美好,实现起来却异常艰难。主动脉夹层手术不同于其他常规手术,病情瞬息万变,这对“实时传输”有着极高的要求,甚至一秒钟都不能迟滞。而且,主动脉夹层手术操作区域跨度大,从胸部到腿部,从精细操作再到体外循环,如果需要人工频繁干预,那无异于“帮倒忙”。此外,光有影像也是不够的,各个手术决策严重依赖各项生理指征,医生光看影像完全无法作出判断,数据和影像结合起来才能进行一次完美的“远程协同”。

这样高的要求,靠医院的转化实力是无法满足的,张宏家想到了医企结合。通过科创中心平台,他找到了愿意支持该项目的企业。

经过两年的研发,张宏家的愿望实现了。2020年10月,这个命名为“术中协同及质控系统”的信息采集机器人在安贞医院科创中心平台正式亮相,显示屏前,医院各个科室主任屏声静气,观看现场演示。

机器人主体就像一个“手提箱”,上方延伸出来一个巨大的机械臂,一直抬高至手术台上方,高清全景摄像头和数据传输同步开启,延迟控制在100毫秒以内。神奇的是,通过人工智能运算和为手术器械赋予“靶标”的方式,摄像头可以跟随手术刀自动移动,对正在操作的区域高清展示。线上专家也可以远程遥控摄像头,对手术进行现场指导。除了医生的操作术野外,手术室内的其他设备比如监护仪、麻醉机、体外循环、腔镜、造影机的数据也可以被机器人全程记录。

张宏家给它起了个外号,叫手术室“黑匣子”。从手术开始的那一刻起,患者生理数据、手术数据以及现场音视频都被记录下来,任何人无法篡改。“就像飞机黑匣子一样,如果需要,这些数据可以随时被调取,用来还原这台手术曾有过的所有信息。”张宏家说,有了这一利器,所有外科手术的医学协同、教学将会提升到一个新境界。通过安装VR眼镜,医生甚至能够远程参与手术……

目前,这个系统已申请发明专利2项,应用于外科手术50台次,先后与全国10家心血管中心建立远程会诊体系,并有望在今年投入量产,实现转化。未来,高危预警与决策治疗系统也会注入机器人的“大脑”,将患者信息输入后,手术类型、术中提示、并发症处理等都会被一一提醒,智能化水平也将会越来越高。

医疗创新让北京安贞医院受益颇多。在刚刚过去的2021年中国国际服务贸易交易会上,安贞医院一口气拿出了五款最具代表性的创新成果,“安贞-科亚人工智能联合实验室”和“安贞-华诺奥美医学检验联合实验室”正式落地,针对新生儿出生缺陷问题的先心安母胎会诊平台还成了服贸会上的网红打卡地。

“单靠临床规模是不可持续的,没有创新,医院就没有了灵魂。”张宏家说,依托科创中心和医企结合,医生的智力成果将会迅速转化,最终受益的还是广大患者。

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