手術室“黑匣子”

楊緒軍

20年前，面對兇險的主動脈夾層手術，敢上手術臺的醫(yī)生全中國找不到10位。如今，依托手術室“黑匣子”，越來越多的醫(yī)生也能掌握復雜的手術技能，挽救更多患者的生命。

手術室“黑匣子”，全稱為信息采集機器人。它可以在10分鐘內快速就位，不用布線，即插即用;手術視野可智能追蹤，手術進行到哪里，攝像頭就盯到哪里;術中所有數(shù)據(jù)全部可存儲和共享，可實現(xiàn)遠程協(xié)助……在2021年中國國際服務貿易交易會上，信息采集機器人作為北京安貞醫(yī)院醫(yī)企結合創(chuàng)新成果亮相，引起業(yè)界廣泛關注。該成果出自該院新設立的科創(chuàng)中心，中心帶頭人正是醫(yī)院院長張宏家。

摘取心臟外科“皇冠上的寶石”

主動脈，這條從心臟出發(fā)，經過胸部、腹部，最終抵達位于骨盆附近骶髂關節(jié)的人體大動脈，是體內最大最重要的血管。遠遠看去，它就像一條形似拐杖的“黃金管道”，將富含氧氣和各種營養(yǎng)物質的動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)。

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

對于心臟外科，張宏家充滿著求知的渴望，1989年從北京大學醫(yī)學院畢業(yè)后，他被分配至北京同仁醫(yī)院，在自由選擇科室時，張宏家一頭扎進了胸心外科。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：我要學習主動脈夾層手術！

那個時候，年輕的張宏家?guī)缀?4小時泡在醫(yī)院，把大大小小能參與的心臟外科手術全部做了個遍。心臟搭橋術、心臟瓣膜置換、主動脈全弓置換手術等日漸爐火純青，經歷了3000例手術磨煉后，2006年，考驗實力的機會來了。挑戰(zhàn)張宏家的，是一例全胸腹主動脈置換術。主動脈手術是心臟外科“皇冠上的寶石”，而全胸腹主動脈置換術又是主動脈手術中難度最高最復雜的手術，患者的胸腹主動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，患者就會因各種并發(fā)癥導致死亡。

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

這是一場生命線上的“極限操作”，經過10多個小時的手術，張宏家團隊成功置換了患者的胸腹主動脈。隨后，心臟重新跳動，血流恢復如常。

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

改進主動脈夾層手術策略

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

主動脈夾層手術常被稱為“夜戰(zhàn)”，原因就在于其超長的手術時間。20年前，一次常規(guī)的主動脈夾層手術，平均時長能到十五六個小時，手術團隊基本上是頭一天下午進去，第二天天亮了才能出來，對醫(yī)生的身心是一大考驗。張宏家發(fā)現(xiàn)，之所以時間長，除了手術本身難度大之外，體外循環(huán)的降溫復溫過程是耗時主因。

在主動脈夾層手術中，停跳心臟是必經之路，此時就需要建立一個體外循環(huán)，用機器暫時代替心臟給全身泵血。為了讓基礎代謝減慢，最大程度減輕器官因缺血缺氧導致的不可逆損傷，體外循環(huán)又需要采用“深低溫停循環(huán)”技術，將患者血液降溫至18℃左右。而降溫、復溫，需要時間。

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)的腦保護策略。通過臨床和動物實驗，他看到，停循環(huán)溫度根本不需要降到18℃，25℃左右完全可以。這樣既可等效保護中樞神經和腹腔臟器系統(tǒng)，還能縮短20%的體外循環(huán)時間。

改變了停循環(huán)溫度，張宏家又盯上了“術中出血”問題。出血，是主動脈外科手術并發(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脈的血供，再分段置換人工血管，每一個分支都需要縫合?？p不好會漏血，縫好后凝血功能不好會滲血，哪個地方出問題，病人都會因失血量過大而死亡。張宏家回憶，早期手術時，手術臺“血流成河”是常態(tài)，血液有時甚至會流到地板上，將醫(yī)生的拖鞋牢牢粘住，主動脈手術也因此被稱作“血戰(zhàn)”。

除了技術水平差異，過去醫(yī)學界通常認為，術中出血主要是因為體外循環(huán)造成了對血小板的破壞，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，術后二次開胸比例降至3.1%。

圖片|北京日報

手術技術策略得到改進，“中低溫停循環(huán)腦保護策略”和“圍術期凝血系統(tǒng)保護方案”等大大降低了主動脈夾層手術的門檻，手術時長由原來的十五六個小時縮短至五六個小時，急診手術死亡率從20%降低到7%，安貞醫(yī)院成為全世界主動脈夾層患者死亡率最低的醫(yī)院。

為了推動技術更快在全國各地落地，2021年，張宏家推動發(fā)布了《急性主動脈綜合征診斷與治療規(guī)范中國專家共識》，這是我國首部急性主動脈綜合征專家共識，為主動脈疾病全國規(guī)范化治療提供了權威性參考。

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：手術做得再好，也只能救幾個人，但一位臨床醫(yī)生如果把科研做好了，就能推動整個行業(yè)的改變，這是一個外科醫(yī)生最大的榮耀。張宏家自己也是這么做的，2008年，他調任安貞醫(yī)院科研處處長，在繁重的手術之余，把大量精力集中在了主動脈疾病的相關研究上。

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

如何減少誤診，需要大量的數(shù)據(jù)支持。張宏家承擔了國家重點項目“急性主動脈綜合征高危預警及干預研究”，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。這個超大型的主動脈夾層多中心協(xié)作網覆蓋了全國9個代表性省市，入組患者樣本6083例，最終建立了急性主動脈綜合征的高危預警與決策治療系統(tǒng)。

“系統(tǒng)從根本上解決了基層醫(yī)生經常遇到的兩個問題，在臨床中大顯身手?！睆埡昙艺f，主動脈夾層的診斷并不難，關鍵在于有沒有這個意識。系統(tǒng)根據(jù)大數(shù)據(jù)對主動脈疾病進行精準畫像，通過若干簡單問題就能對患者進行一次精準的分型診斷。像撫摸足背動脈這些頂尖級醫(yī)生總結出來的“妙招”，也都囊括在內。

機器人主體就像一個“手提箱”，上方延伸出來一個巨大的機械臂，一直抬高至手術臺上方，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。神奇的是，通過人工智能運算和為手術器械賦予“靶標”的方式，攝像頭可以跟隨手術刀自動移動，對正在操作的區(qū)域高清展示。線上專家也可以遠程遙控攝像頭，對手術進行現(xiàn)場指導。

確診主動脈夾層后，系統(tǒng)還可對其精準分型。“醫(yī)生是人不是神，倉促應戰(zhàn)，肯定沒有在各方面都準備充分后再做效果好?！睆埡昙覍Υ松钣懈杏|。手術是治療主動脈夾層的唯一方法，但越是這樣的重大手術，就越需要考慮周全。哪些病人需要立刻做手術，哪些病人可以緩上幾個小時，通過對6000例手術進行回顧性研究，系統(tǒng)同樣給出了具體指標，大大提高了手術成功率。

經過多個版本的迭代升級，如今，急性主動脈綜合征的高危預警與決策治療系統(tǒng)已經在100余家醫(yī)院得到臨床推廣。5分鐘出結構化病歷，隨后給出檢查項目提示、快速鑒別診斷和決策支持，必要情況下還可協(xié)作轉診，主動脈夾層診斷準確率提高至95%以上，患者平均進入手術室的時間縮短至12小時以內。

張宏家（左二）和同事們做現(xiàn)場操作演示。圖片|北京日報

創(chuàng)新讓醫(yī)學協(xié)同提升到新境界

這里是北京安貞醫(yī)院科創(chuàng)中心，一個供醫(yī)生和企業(yè)負責人“碰撞火花”的地方。

大名鼎鼎的信息采集機器人就是在這里誕生的。主動脈夾層手術風險大，術中隨時可能出現(xiàn)突發(fā)情況，即便推行了專家共識和治療規(guī)范，不少基層醫(yī)生還是不愿嘗試。幾年前，張宏家就有了一個想法，打造適合主動脈夾層手術的遠程協(xié)助系統(tǒng)。

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

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

經過兩年的研發(fā)，張宏家的愿望實現(xiàn)了。2020年10月，這個命名為“術中協(xié)同及質控系統(tǒng)”的信息采集機器人在安貞醫(yī)院科創(chuàng)中心平臺正式亮相，顯示屏前，醫(yī)院各個科室主任屏聲靜氣，觀看現(xiàn)場演示。

機器人主體就像一個“手提箱”，上方延伸出來一個巨大的機械臂，一直抬高至手術臺上方，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。神奇的是，通過人工智能運算和為手術器械賦予“靶標”的方式，攝像頭可以跟隨手術刀自動移動，對正在操作的區(qū)域高清展示。線上專家也可以遠程遙控攝像頭，對手術進行現(xiàn)場指導。除了醫(yī)生的操作術野外，手術室內的其他設備比如監(jiān)護儀、麻醉機、體外循環(huán)、腔鏡、造影機的數(shù)據(jù)也可以被機器人全程記錄。

張宏家給它起了個外號，叫手術室“黑匣子”。從手術開始的那一刻起，患者生理數(shù)據(jù)、手術數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場音視頻都被記錄下來，任何人無法篡改?！熬拖耧w機黑匣子一樣，如果需要，這些數(shù)據(jù)可以隨時被調取，用來還原這臺手術曾有過的所有信息?！睆埡昙艺f，有了這一利器，所有外科手術的醫(yī)學協(xié)同、教學將會提升到一個新境界。通過安裝VR眼鏡，醫(yī)生甚至能夠遠程參與手術……

目前，這個系統(tǒng)已申請發(fā)明專利2項，應用于外科手術50臺次，先后與全國10家心血管中心建立遠程會診體系，并有望在今年投入量產，實現(xiàn)轉化。未來，高危預警與決策治療系統(tǒng)也會注入機器人的“大腦”，將患者信息輸入后，手術類型、術中提示、并發(fā)癥處理等都會被一一提醒，智能化水平也將會越來越高。

◎ 來源|北京日報（有刪減）