临床应用

方驰华教授谈数字医学技术在肝胆胰外科的应用

时间:2012-3-19 15:34:21  作者:39健康网  蔡明花  来源:网络转载  查看:676  评论:0

导读:他,正值青壮年却一脸愁容,皆因揣着一份“死刑”判决书。数日前,他在某省四家知名三甲医院的CT检查诊断为“胰头癌晚期”,从CT显示肿瘤与血管的关系而言,该肿瘤体积巨大(大于10cm),侵犯了临近的几根大血管,而不能进行手术切割。本着对生命的“不抛弃、不放弃”精神,他及家属多方探查治疗途径,近日走进了南方医科大学附属珠江医院肝胆外一科。
  先到CT室进行64排螺旋CT扫描,合计须拍摄数百兆的图片;然后将采集的数据(图片)传输到特定的服务器上,30多秒即可将所有图片传输完毕;接着运用具有自主知识产权的腹部医学图像三维可视化系统(MI-3DVS)对采集的数据进行自动分割、配准和三维重建。最后,在三维重建的模型上,发现此患者的肿瘤对几根大血管显示严重的压迫,而不是侵犯,可以采取手术切割方式进行治疗。

方驰华教授谈数字医学技术在肝胆胰外科的应用

方驰华教授谈数字医学技术在肝胆胰外科的应用

  (三维显示肿瘤对门静脉形成了严重的压迫)

  “64排螺旋CT”、“自动分割”、“三维重建”……这些字眼并不为大众眼球所熟悉,甚至对于那些常日浸泡在手术台上的外科医生也并不太清楚,因为在医学领域“隔行如隔山”的现象更为明显。
  为此,39健康网特意走访了南方医科大学附属珠江医院肝胆外一科主任方驰华教授,因为从2006年至今,方驰华教授有了另一重身份——国家高技术研究发展计划(863计划)项目《腹部脏器64排CT扫描数据三维重建及仿真手术研究》项目负责人和课题组长。

  专家介绍:

方驰华教授谈数字医学技术在肝胆胰外科的应用

  方驰华 教授、主任医师、博士生导师

  现任南方医科大学附属珠江医院肝胆一科主任,从事肝胆胰外科临床诊治工作30余年,长期从事肝胆胰外科疾病的临床诊治和基础研究。在肝胆胰脾疾病腹腔镜微创外科治疗、原发性肝癌序贯综合治疗、复杂肝胆管结石综合治疗、肝硬化和先天性门静脉海绵样病变外科治疗、肝胆管肿瘤和胰腺肿瘤外科治疗等方面具有丰富的临床经验。
  出诊时间:周二、四、六、日(注:周二、周四上午为专家门诊)
  出诊地点:珠江医院门诊楼东面三楼外科诊室
  比较:“数字人”VS“数字医学”
  在谈及《腹部脏器64排CT扫描数据三维重建及仿真手术研究》项目之前,方驰华教授首先为广大网友详细梳理了两个重要的概念以及概念之间的异同。
  一、“数字人”的概念与意义
  “数字人”实际上是一种数字信息的概念,但是仅仅从数字层面去把握则显得太抽象,太粗犷。若以传统和新兴的技术对比来认识可能会更具有感性认知——
  在传统的医学研究方法中,为了研究人体的解剖,一直以来都是采取尸体的标本进行研究。而这种传统的研究方式在电子计算机无比发达的当今社会显得“力量微弱”,如何将人体的解剖信息结合电子计算机技术进行更宽广的研究,这成为了当代医学研究的趋势。
  1989年,美国开发了世界上首例的“数字人”,其以亚毫米水平获得了人体的解剖信息数据。这是一个了不起的成果,因为对于人体信息数据而言,其要求是“越小越精确”。 “数字人”在其采集数据过程中,利用机床对尸体进行削切,其切片只有0.2毫米。每一层的切片均拍摄为高清晰的图像,以图像数据的形式保存。在收集数千个不同层面的图像数据后,将数据导入电脑系统,进行分割、配准和三维重建,继而还原人体本身的信息。
  二、“数字医学”的概念与意义
  “数字人”虽然是开创了研究的新时代,但是数据的来源依然是尸体标本,其有着非常致命的局限性。
  首先,这种来源于尸体标本的“数字人”只有研究价值却实用价值受限;其次,这种研究不具备个体化特征,而对于临床病人来说,每个病人都有自己个体化的特征。再次,这种研究只能反映人体物理化的特征,还未能反映人体生理化的特征。
  2002年,我国工程院院士、中国“数字人”研究联络组组长钟世镇带领其课题组完成了首例女“数字人”的数据采集,这标志着我国由此成为继美国、韩国后,成为世界上第三个拥有本国“数字人”的国家。为此,钟世镇院士获得了2009年广东省科技突出贡献奖。
  作为钟世镇院士的博士研究生,方驰华教授在肝胆外科的临床研究领域有着出色的造诣,为此,钟世镇院士建议其根据自己的专业方向(肝胆外科的临床研究),应该在已有的“数字人”基础上转向“数字医学”方向,进行临床的攻关研究,让“数字医学”在“数字人”研究的基础上,把“数字人”的技术应用于肝胆外科疾病的诊断与治疗之中。

  (注:人体腹部脏器三维重建的模型)
  1.腹主动脉 2.脾脏 3.脾动脉 4.脾静脉5.左肾 6.肠系膜上动脉 7.肠系膜上静脉8.右肾 9.胆囊 10.胃十二指肠动脉11.肝固有动脉 12.门静脉干 13.门静脉右支14.门静脉左支 15.肝中静脉 16.肝右静脉17.肝左静脉 18.下腔静脉
瓶颈:无法获取活人体的亚毫米数据
  于是,从2003年开始方驰华教授就投身于将“数字人”技术转向“数字医学”的应用中。其间,该研究项目团队获得各种各样的资金资助,如2003年得到广东省科技计划项目资助50万,2004年得到国家自然科学基金项目23万。但是,这期间的研究依然没有进入“数字医学”的真正临床诊断,其中最大的瓶颈——无法获取活人亚毫米的数据。因为对于一个活生生的人体,无法运用机床进行层层削割,也就无法获取每一个横切面的数据。
  但是,本着对“数字医学”应用前景的信心,方驰华教授和他的项目团队一如既往地进行各项研究和准备,也正是这种积极的态度,积累了更多的数据与素材,一旦赢来“契机”,将首先迈开走向成功的第一步。
  契机:64排螺旋CT精确到0.625毫米
  方驰华教授回忆道:“2005年11月,珠江医院在广东乃至全国率先引进64排螺旋CT,其具有一个非常重要的功能就是可以将人体解剖的信息精确到0.625毫米。这虽然与0.2毫米这个距离依然差距很大,但是这个变化对于我们来说却是一种无比的欣喜,因为这意味着我们可以通过64排螺旋CT掌握活人体的信息数据。”
  64排螺旋CT的作用如何体现呢?以一位病人的实际过程为例,其先到CT室进行64排螺旋CT扫描,然后将采集的数据(图片)传说到另一个工作室特定的服务器上,每30秒传送一个病人,每一个病人大约数百兆图片,然后运用自主研发的MI-3DVS软件对采集的数据进行自动分割、配准和三维重建,最后得到的模型,不管是肝脏、血管还是肿瘤,完全与实际人体一摸一样。
  为了对人体腹部脏器三维重建和仿真手术研究,方驰华带领的项目组团队可谓是“投入重金”,研发了一套具有自主知识产权的腹部医学图像三维可视化系统。谈及这个系统出炉的细节时,方驰华教授相当自豪:“这个技术并不是单一智力的成果,它集合了肝胆外科的知识、电子计算机技术的知识、数学图形的知识、物理学流体力学和影像数字学等多学科的知识。由珠江医院、华南师范大学计算机学院两个单位的5个科研小组的70余位专家、学者、研究人员,历时2年多时间,搜集240余例正常人和300余例腹部实质脏器肿瘤患者的腹部CT数据,并应用计算机技术进行研究而获得。”
  的确如此,这个项目的成功具有深刻的意义,经国内外相关文献检索对比,医学图像三维重建可视化仿真手术系统目前处于国内领先、国际先进水平,它首次真正实现了中国活人体腹部实质脏器解剖数字化,也首次实现了个体化腹部外科仿真手术的临床应用。
 
  (注:《64排CT医学数据的人体腹部脏器三维重建及仿真手术研究》软件著作权)
  列举:医学图像三维重建的临床应用价值
  据了解,该研究受到国家高科技研究发展(863)计划项目、广东省自然科学基金团队项目、国家自然科学基金项目、广东省科技计划项目等多项科研项目经费资助,总资助额达500万元。
  目前研究进展的情况如何呢?方驰华教授总结:通过64排螺旋CT和MI-3DVS软件,可以将正常人的肝胆胰脾的模型和腹腔的血管完全显示,首次建立中国活人体肝胆胰脾外科疾病的三维重建,首次实现中国活人体肝胆胰脾外科疾病术前的仿真手术。
  那么,对于肝胆胰脾外科疾病的患者来说,医学图像三维重建的临床应用价值具体体现在哪里呢?
  1、我们可以准确的得到这个肿瘤在肝脏和胰腺的部位、大小、形态、立体的空间位置;
  2、我们可以准确的得到肝脏肿瘤与肝动脉、门静脉、肝静脉的关系和胰腺肿瘤与门静脉、肠系膜上静脉和腹腔血管的关系,准确指导手术方式的选择;
  3、我们可以准确的计算肿瘤在肝脏部位所占的体积大小,剩余正常的肝脏还有多少体积,预计手术过程中能切多少,保留多少,剩余的肝脏功能还有多少;
  4、我们可以准确的进行肝脏分段,历来肝脏被分为八段,但是现在的研究发现这种分段并不是完全适用的,有的肝脏可以分为八段,有的肝脏只有七段,甚至还有六段的,因此需要讲究‘个体化’;
  5、根据三维重建的模型,我们可以对病人的情况了如指掌,心中有数,避免因判断失误造成‘白开刀’,对患者造成额外的身体伤害和经济负担;
  6、有利于营造良好的医患关系,由于受专业知识、理解能力等差异的影响,病人及其家属在手术之前往往不能充分的理解手术的必要性和可能性,更多的情况是将所有希望寄托在医生身上,一旦手术失败便不分青红皂白将医生归为‘庸医’之列,继而引发医疗纠纷等,但是根据三维重建可视化仿真手术的演示,病人及其家属都可以在术前进行直观的认识,清楚手术过程和相关风险预测,真正落实了‘知情权’。
  7、三维重建的目的是为了更好地诊断,继而为肝胆胰脾外科疾病的进一步治疗提供了直观的辅助手段,为此可以使已经判了“死刑”的患者获得手术的机会,成就重获新生的可能。例如,通过三维重建清晰的观察到肿瘤的具体形态,将临床上诊断的‘胰腺癌晚期’患者重新确认为‘非癌症’患者,并为之提供及时的手术治疗。将多例被判为临床死刑的肝癌患者,成功地进行了手术切除。
  8、MI-3DVS三维重建模型可以清晰地显示肝胆管结石的部位、大小、形态、分布;显示肝胆管狭窄的部位、长度、程度,准确地指导手术方式的选择,使肝胆管结石术后残石率由过去的30%-40%降低到1.0%以下。
  据方驰华教授介绍,该项目研究已经获得2项软件著作权,并申请9项发明专利,其中八项已经进入实质审查程序。到目前为止,他们应用MI-3DVS技术,为数百例肝胆胰肿瘤、肝胆管结石等患者进行了诊断和外科手术治疗,并已在全国103家医院进行临床推广。为了将技术及研究产品更有利于教学和医学事业的发展,课题组还组织人员正在编制《正常人体腹部脏器数字化解剖图谱》、《腹部脏器疾病或肿瘤数字化解剖图谱》、《腹部脏器疾病或肿瘤数字化手术图谱》等医学图谱。此外,还共同研制开发出肝脏、胆道、胰腺、脾脏等4类疾病的14种仿真手术教学应用软件,为专业人士的教学推广起到非常前瞻性的作用。


版权所有:中华医学会数字医学分会(Chinese Society of Digital Medicine ,简写CSDM) 网址:www.csdm.org.cn
主管单位:中华医学会 主办单位:数字医学分会 承办单位:南阳医学高等专科学校、南阳理工学院国医学院
网站负责人:刘荣志 网站管理员:徐国昌 TCP/IP备案号: 豫ICP备[12004093]号