2016年2月23日，60多歲的手術患者殷道榮回到第三軍醫(yī)大學西南醫(yī)院復查，結(jié)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(shù)字醫(yī)學研究所與西南醫(yī)院心胸外科合作，借助3D數(shù)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。

人體胸腔部分數(shù)字化圖像

據(jù)悉，患者的左側(cè)胸腔內(nèi)有一個巨大的腫瘤，初步顯示為低度惡性腫瘤，且腫瘤已經(jīng)嚴重壓迫肺葉，大肆侵犯胸壁，侵蝕左胸5—10肋骨、肋軟骨和肋間內(nèi)外肌，而且腫瘤與肺動靜脈關系較為復雜。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，且患者心肺難以得到較好的胸壁保護。

胸腔巨大腫瘤和胸腔臟器的術前三維重建圖像

數(shù)字醫(yī)學研究所將患者的CT數(shù)據(jù)導入專業(yè)醫(yī)學圖像處理系統(tǒng)，對患者肺血管、肋骨、肋軟骨、胸骨、肺和胸腔巨大腫瘤進行了數(shù)據(jù)半自動分割和三維重建，在計算機上進行了巨大腫瘤切除術手術方案的設計，并根據(jù)對側(cè)胸骨的性狀和腫瘤侵蝕范圍，設計出突出胸壁的腫瘤和擬重建胸壁的3D模型，將打印出的3D模型進行了手術預演，并以3D設計打印的胸壁為模子，制作出了三維的弧形適形鈦板。在“數(shù)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。

裝置3D適形鈦板的胸壁重建手術術中照片

“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。”數(shù)字醫(yī)學研究所吳毅副教授介紹。

裝置3D適形鈦板胸壁成形術后的CT三維重建圖像

數(shù)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(shù)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。

可視化人體數(shù)據(jù)集——讓“解剖”活起來

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“嚴寒”。第三軍醫(yī)大學數(shù)字醫(yī)學研究所所長、我國數(shù)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(jīng)過一系列復雜的處理，獲取數(shù)字化人體包括大腦、心臟、肝臟的全身數(shù)據(jù)集。

張紹祥教授工作照

這是當時世界上繼美國、韓國之后的第三例可視化人體數(shù)據(jù)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(shù)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(nèi)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。

張紹祥教授帶領團隊在低溫實驗室里工作

解剖是一門古老的學科，數(shù)字化的引入讓它重新煥發(fā)活力。從2001年起的15年，在實驗平臺的建設中，研究所已具備高精度斷層切片機、低溫冰凍實驗室、高精度數(shù)控銑床、精細薄層斷面標本鋸切實驗室、Detrobeam人機交互虛擬手術展示平臺、圖像圖形工作站等，在數(shù)字化解剖、數(shù)字人輔助影像診斷、數(shù)字化醫(yī)學教學、醫(yī)學圖像處理包括圖像融合、配準、分割方面取得了較大發(fā)展。從2001年至今，研究所已獲取了8例可視化人體數(shù)據(jù)集，并構(gòu)建了男性、女性全身臟器的分割數(shù)據(jù)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，發(fā)表了37篇高質(zhì)量論文，在數(shù)字化可視人體研究的基礎上相繼開展了數(shù)字解剖學、數(shù)字化醫(yī)學圖像處理、數(shù)字化診療方面和數(shù)字化醫(yī)院管理系統(tǒng)的研究，并在數(shù)字化解剖教學、臨床輔助診斷與治療方面取得了多項研究成果，開創(chuàng)了我國數(shù)字醫(yī)學研究領域。

張紹祥教授在重慶市數(shù)字醫(yī)學學會年會上主持工作

“3D打印很‘時髦’，但它的根基在數(shù)字醫(yī)學，沒有精確的數(shù)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?！毖芯克┦糠奖蚣f。

張紹祥教授主持第三屆全國數(shù)字醫(yī)學學術年會

三維可視化——全新認識人體結(jié)構(gòu)

隨著薄層、高精度數(shù)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(jié)構(gòu)也不斷被發(fā)現(xiàn)。例如，在原來的解剖認知中，公認肛提肌分為三個部分，主要運動路徑是“向上”，肌纖維與陰道或前列腺相連，而通過數(shù)字解剖學研究發(fā)現(xiàn)肛提肌分為四個部分，運動路徑實際是“向前移動”，而且肛提肌纖維與陰道或前列腺不相連。傳統(tǒng)的解剖學認為胸部與腹部并無多少交流，而通過數(shù)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(shù)字醫(yī)學研究所的一系列重大發(fā)現(xiàn)。

數(shù)字醫(yī)學研究所團隊

“目前，我們與臨床的結(jié)合，主要體現(xiàn)在兩個方面：一個方面是數(shù)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(jié)構(gòu)損傷分析；另一個方面是數(shù)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嬎銠C工程師李穎說。

據(jù)悉，研究所和國家工業(yè)與信息化部聯(lián)合開發(fā)了一套基于中國數(shù)字化人體的男性與女性全身輻射劑量吸收計算模型，能通過計算機模擬計算人體各臟器所能吸收的輻射劑量。

虛擬解剖，悄然改變醫(yī)學生的課堂

第三軍醫(yī)大學西南醫(yī)院超聲診斷科，科室主任郭燕麗正教實習生用數(shù)字醫(yī)學圖像與超聲影像進行比對學習。在第三軍醫(yī)大學的解剖實驗室，也由人體標本解剖教室延伸到數(shù)字解剖教室，在那里，醫(yī)學生正熟練應用數(shù)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。

為了進一步增進學術交流，數(shù)字醫(yī)學研究所主辦了《數(shù)字醫(yī)學》雜志，作為世界上第一本數(shù)字醫(yī)學英文期刊，在國際上進入檢索序列。