庄建

如拳头般大小的心脏，是机体的动力泵，在心脏上“动刀子”，需要无比精准。抛开心脏病标本异常缺乏的因素，年轻医生往往要经过8~10年辅助手术及反复标本模拟才能练就出主刀心外科手术的技术。但即使最富经验的“心术”专家，面对动辄10小时以上的手术，也会担心脑子里熟记的解剖结构、空间位置记忆不可靠而出错。

有这么一群专家，他们致力于解决这一痛点，推动“黑科技”提升结构性心脏病诊治水平——3D打印、VR、MR、人工智能和大数据分析等技术纷纷应用于医学临床，从根本上改变了心脏外科手术诊治模式。他们的名字是广东省人民医院庄建教授团队。

首例：两地医生近千里外“并肩”手术

41岁的田女士，一直受先天性心脏病折磨，气促、胸痛时时相伴，今年3月底病情拖延至重症，等到高州市人民医院就诊时已无法下地行走。

今年4月3日，田女士成为全国首场AI+5G远程微创心脏手术患者，当日10:00-12:50,广东省人民医院心研所的专家团队与400公里外的当地医生携手，为田女士修补好心脏病房间隔上一个3.5厘米直径的巨大孔洞。这样的远程手术，田女士不用转送，省医专家不用“飞刀”，省了两份折腾。

看上去不算太长的术时4个小时，其实功夫早在几天前就已做足。首先，高州医生将田女士所有影像检查、检验资料通过5G传来，省医应用自主研发的AI建模软件进行三维建模，应用虚拟现实技术（VR）做出手术规划，从患者上手术台体位、定位、手术入路、灌注保护液、建体外循环、切开心房、修补、缝合等一目了然；其次，省医的3D打印实验室，4小时将病变心脏按1:1大小打印出来，所有心血管结构一清二楚，也正是3D打印，让田女士真切知道自己的病状多重——她的心脏已经扩大至柚子那么大。

术前，两地专家碰头多次通过VR、3D心脏查对、模拟，一起“钻进”患者心脏，对状况与应对策略心中有底；术中，每到打孔、缝合、阻断等关键处，高州医生都有VR、和省医专家语音双重指引。

创新：三维“黑科技”让手术时长减三分之一

早在2017年10月，庄建教授团队联合省内高科技公司，成立国内首个心血管医学3D打印医研企联合实验室；2018年3月末，庄建带领团队，完成全球首例在MR辅助下的复杂先心病手术。自2018年3月初版系统发布后，三种三维技术便开始全面常规应用于临床，截至今年6月已惠及近500例患者。

“利用CT等影像数据构建心血管3D数字，通过3D打印机打印出1:1比例的心血管结构模型，用于术前诊断、术前手术规划与模拟操作、术中导航和医患沟通等；通过VR和MR可以让心血管结构由二维变为三维，以此对虚拟心脏模型进行全方位的观察等。”庄建教授说。

另一方面，团队引进国内外优秀人工智能和大数据人才团队，将其与临床大数据相结合，研发精准的辅助评价模型为临床所用。目前已实现自动化程度较高的人工智能建模，建模时间从2~6个小时缩短到两分钟以内。

庄建教授以肺动脉闭锁手术为例，说明三种三维“黑科技”的威力。以往解除闭锁手术算得上超大手术——需要左右胸各开一个切口，将一团乱麻般“灌木丛”侧支血管找到，分别游离，再在胸口正中开一个切口，把它们一一拼接到解锁的肺动脉上，且一台手术至少超过10个小时。现在，术前根据CT重建好虚拟三维心脏影像后，应用MR混合现实技术，术中将虚拟心脏投射到手术台上方，开胸后将虚拟心脏“放入”胸腔同实际心脏重合，根据影像指引，找到每一根侧支血管的起源、走向、游离环境等。

由此，术时大减1/3以上。手术时间越长意味着费用越高，所以患者因此省钱又安全了。更值得一提的是，术时大减，手术室轮转速度大增，有利于更多患者得到更快治疗机会。

展望：突破医学人才培养瓶颈

目前，3D虚拟技术与AI、大数据应用，已从心脏病逐渐向神经外科、骨科、肺科等领域应用。不过，庄建教授更为看重的是突破医学人才培养瓶颈的应用前景。

医学界业内一直有“技术都是在病人身上练出来的”说法，这不无道理。比如在复杂先心领域，病变解剖学特别复杂，而实施手术需要无比精准。以前，年轻医生往往需要8~10年进行辅助手术以及反复的标本模拟与训练，偏偏心脏病标本异常缺乏。哪怕有机会上台，一直以来心脏病手术还非常依赖B超、CT、MR造影等结果，其二维、断层结构等十分考验医生解剖学才能和空间位置感，有时候术前在电脑里看好记熟三维重建图，但10小时手术下来，人的记忆也会变得不可靠。

现在，借助三维“黑科技”，将心脏解剖多维图一一在术者面前呈现，病灶大小、位置、与比邻关系等一清二楚，经验与手感之外有了新帮手。

庄建团队正在争取自建病例标本库，目前省医已积累了2万多例先天性心脏病图像数据，待三维建模完成后可随时调取虚拟标本模型，也可随时打印实体标本模型，临床医生培训教学将更快更有效。

此外，“结构性心脏病人工智能辅助诊疗与评价系统”研究也正在开展，将来哪种病变可做什么手术、能达到什么效果等问题，该系统都能辅助决策，届时年轻医生有望变身“老医生”。

庄  建

广东省人民医院心脏外科首席专家、主任医师、教授、博士生导师，广东省心血管病中心主任，WHO心血管病研究与培训合作中心主任，广东省华南结构性心脏病重点实验室主任，广东省人民医院心血管医学3D打印实验室主任，国家百千万人才工程人选，国务院政府特殊津贴专家，全国人大代表。带领团队在国内率先将3D打印、虚拟现实和混合现实技术应用于先天性心脏病辅助诊疗。

创新感言

所有的创新，包括新方法、新技术和新事物等，都只是为了给病人提供更好的诊治服务，而不是任何别的目的。一些创新哪怕对诊治只有一点点新帮助，都值得花大量时间精力去研究，因为作为医生，就应该穷尽所有方法去治病救人。

盼望医工结合研究更火热，建立更好的交流平台促进新技术落地临床应用，给病人带来更好的诊治服务。

医生如何“走进”患者心脏

3D打印心脏

通过将二维的断层影像重新建模、上色，使用3D打印机一次成型制作出和实际情况一致的心脏模型，医生可在“心脏”上模拟手术操作，“术后”模型可作评价手术效果，确定最优手术方案。

VR辅助“心术”

VR即虚拟现实技术，头戴显示器，医生就能放大并“走进”患者心脏内部，最近距离观察心脏畸形病变，充分掌握解剖信息、制定手术方案。

MR辅助“心术”

MR即混合现实技术，真实世界和虚拟世界混合而产生可视化环境。医生戴上混合现实眼镜，能随时对心脏三维模型进行全方位的观察，甚至可观察到虚拟心脏内部，可在手术台上实时导航。