這是真的！手術中患者身上漂浮著一顆虛擬心臟 醫生用MR眼鏡可隨時調取

3月27日，廣東省人民醫院潔凈的手術室中，主刀醫生溫樹生和他的助手團隊在緊張的為一名肺動脈閉鎖合併嚴重室缺的患兒進行手術。患者是一名剛剛兩個月的病童，體重僅僅三公斤。手術的複雜程度自不消多說，嬰兒手術註定了醫生看到的、切割、遊離、包紮的都是最袖珍的臟器、組織。

而這台手術最最特殊的，不是手術對象的低齡和手術器官的袖珍，而是在這個手術室里同時存在著「兩個」病變心臟及血管，一個在接受手術的寶寶體內，一個則在溫樹生和手術助手的MR（混合現實）眼鏡里。

利用先進的影像檢查和三維重建，再加上居於世界前沿的混合現實技術，溫樹生一旦遇到疑問，就可以從酷炫的眼鏡里調取出一個三維的心臟來。有了這個以只會出現在科幻電影里的3D心臟影像的存在和指引，原本十多個小時的手術，被壓縮到4小時，原本會在側腹壁用手術刀劃開的切口也免了，孩子能更快康復。

這是目前世界上首例利用混合現實技術輔助下的複雜先心病手術。以往停留在遊戲、娛樂領域的虛擬現實、混合現實，堂而皇之的走進了高大上的手術室里。「做複雜手術時的適時引導，做外科醫生的訓練，將來用VR技術，還能非常形象的向患者、家屬進行疾病講解……」廣東省人民醫院院長、心臟外科專家莊建對於將VR、AR、MR，以及3D列印這些當下熱門的先進領域和傳統的外科醫學結合在一起後，所發生的化學反應充滿憧憬。

庄建院長測試AR 。

手術室漂浮著一顆虛擬心臟

醫生有需要時打開MR眼鏡就能調取

溫樹生本身是一名非常優秀的兒童心臟外科專家，作為省醫心外小兒病區主任、省兒童心臟中心副主任，類似的肺動脈閉鎖患兒，他之前也做過很多例。但彼時的手術，說是慢工出細活一點都不為過。

正常情況下，人體的肺動脈由右心室發出，逐漸分支進入雙側肺部，把身體各個器官已經用過、低氧的靜脈血輸送到肺裡面，通過呼吸作用加氧，去除二氧化碳，從而變成鮮紅的動脈血。從外觀上看，肺動脈就像是一顆樹，樹榦連在右心室，很快分成左右兩支，再一級級地分叉下去進入兩側的肺。

肺動脈閉鎖的患者卻不存在這顆「樹榦」這條幹線血管，只有繁雜的「灌木」作為支線血管。醫生需要把這些支線血管一一找到，並移花接木把它們重新拼成一條幹線「樹榦」。加上手術對象大多數是低齡、極低齡的嬰幼兒，血管都是最最袖珍的「S」號血管，把這些袖珍的支線血管逐一找到，考校的可不僅僅是醫生的眼力和解剖功能。

以27日接受手術的小傢伙為例，他的主幹血管，被分裂成了5條細微的支線血管後，恢復肺動脈的過程就需要將這五條都找到，並縫合在一塊，手術過程中，還不能對旁邊的胸腔臟器組織造成損害。

這對醫生的考驗非常大，對患兒的折磨也是巨大的。需要在孩子的左右側胸上分別開一個大大的切口，一個供醫生施展手術，一個切口專門給醫生來觀察、發現、尋找、探查這些細微的血管走向。「一台手術下來，至少需要10小時以上，全程需要體外循環，對孩子的術後康復又多了一層打擊。」

AR技術同比投射，為醫生導航。

但在27日這天，兩個大切口被縮減成了一個切口。醫生遇到不知道的血管走向時，打開混合現實眼鏡，就能從眼鏡里調取到一個立體的心臟來進行觀察。這個只存在於眼鏡里的心臟，與病痛的心臟接近100%一致，是根據對病童的CT影像檢查重建好的。溫樹生需要查看血管走向時，只要把這個虛擬三維心臟影像投射到手術台上方，或者直接把虛擬心臟放到患者胸腔內同實際心臟重合，這樣就能根據影像的指引一條條地把側支血管找到，進而完成後續步驟。

AR顯示屏。

借住這顆實時漂浮在術野上方的虛擬心臟指引，手術僅僅花費了4個多小時就順利結束。關鍵是，使用類似的手術技術，並不額外增加任何的手術費用。醫生頭戴的混合現實（MR）眼鏡，不到3萬元，按患兒病變心臟接近1:1構建出來的虛擬心臟，也沒有什麼額外的成本增加。

類似的讓醫生帶著一個酷炫的眼鏡引導下的手術，省醫接二連三的進行了四台，無不是切口減少，手術時間大大壓縮。「對於心臟病患者而言，外科手術過程中進行體外循環的時間越短，患者恢復的越快。」庄建表示。

更複雜的心臟病手術 ：

這個團隊用VR眼鏡走進了「心」里

不僅能用混合現實技術幫助手術時的醫生進行術中判斷和導航。對於更為複雜的手術案例，省醫的小兒心臟外科團隊，在和影像、心血管醫療3D列印聯合實驗室的配合下，還能在手術之前就走到患者的病變心臟里，在手術前看看這顆心臟哪裡狹窄了，哪裡堵塞了。

3月29日，省醫心外科綜合病區主任岑堅正就需要為一例先心手術後再度出現通道狹窄的5歲病患進行二次手術。之前先心手術的對血管、組織的損毀、修復，造成了嚴重的黏連，僅僅是用混合現實技術在受術中調取虛擬心臟來導航，都不足以克服這台手術的難點、瓶頸。

在這台手術之前，岑堅正不得不把混合現實（MR）、虛擬現實（VR）和3D列印這些輔助技術統統用了個遍。

第一步，根據影像檢查重建的三維圖像，用3D列印出了一個1：1的模型，岑堅正教授拿著模型進行反覆的揣摩。這一步比較常規，3D列印技術在許多醫院的應用都是這樣，給醫生對複雜病例進行術前練手；

第二步，根據三維重建後的影像資料，在特殊的系統里，完全的構建出一個和病變心臟高度一致的VR虛擬三維圖。可以放大，可以縮小，在將虛擬心臟放大到一個真實房間那麼大時，岑堅正帶著VR眼鏡，甚至能走到這顆虛擬心臟的內部，看看心房、心室和每一條血管的流向，很快就找到了真正狹窄、幾近閉塞的心血管位置，最終敲定了手術方案。

第三步，就是用三維重建的資料，構建一個立體的病變心臟，存放於混合現實的眼鏡里，真正手術時，再遇到不太確定的地方，戴上混合現實眼鏡，調出這個立體心臟，用來指引手術完成。

岑堅正主任術前研究3D列印成品，制定手術方案。

果然，在將三種最新技術全部應用在一起後，手術成功完成。「某一個單項技術應用於醫療臨床，很多醫院都進行過。比如用VR進行術前方案確定，美國的約翰。霍普金斯大學醫院今年初就做了兩例，還發了論文。但我們是全球第一次將三種技術糅合在一起使用的醫療機構，而且這種糅合，取得了很好的效果」，庄建表示道。

影像技術和虛擬現實結合 ：

能讓患者、家屬帶著VR眼鏡了解病變在哪

庄建表示，之所以將三大影像領域的輔助神器，首先都聚焦在了兒童先天性心臟病領域，完全是因為複雜性先心的病變解剖結構非常複雜，手術是其唯一的根治方式。

「以前，類似的手術，外科醫生要通過影像檢查來了解病變情況。還要對人體解剖結構有著極深造詣，並且還要有著很強的空間感。需要把二維的影像片在腦內形成一個立體的映像」。

類似的經驗技能，其中一項有很深造詣都需要長期訓練，何況是要同時具備多項。有了列印技術，虛擬現實技術，甚至混合現實技術後，就能很好的進行術前的手術演練，術中手術指引。

主刀醫生對照3D列印心臟模型 。

「目前應用於複雜先心領域，也同樣能夠應用於骨科、神經外科、腫瘤切除等諸多醫學領域。」庄建表示，由於這一系列的設備，價格並不高昂，患者以前只要進行CT檢查，現在依然只要進行CT檢查，並不額外增加患者的負擔。此外，三維重建也就是幾十分鐘的過程，而VR、MR眼鏡這樣的設備也可以由醫院投資，將來，在對患者和家屬進行術前講解時，完全可以讓他們帶著VR眼鏡，走進自己的『心裡』來切身體會。

「新科技很多，VR、MR、3D列印這些技術如果單純的變成遊戲沒有絲毫意義，要落地，就要在疾病的診斷、治療上提供具體的幫助」，庄建表示，這些新科技在醫學領域有著極大的應用價值，省醫的研究團隊歡迎國內外同類先進科研工作者加盟其中，用虛擬現實等技術更好的服務醫學。

目前，省醫團隊正計劃於一系列科技企業進行合作，將這些技術和省醫2萬多例先心病資料結合起來做一套輔助診療系統。利用這套系統，醫生和患者能夠直觀的了解病情，系統也能根據病情給出一個初步的判斷供醫生、患者選擇，「用什麼手術方式治療最好，更加的一目了然」。

影像檢查精度已經很高：

手術醫生不用全程帶著眼鏡來操作手術

做手術的醫生，同時要觀察病變心臟和虛擬心臟兩個「靶器官」，會不會干擾到醫生的具體判斷呢？

溫樹生和岑堅正兩位最早期的體驗者有著很直觀的感受。「那個MR混合現實眼鏡確實比較沉重，戴久了醫生也會覺得不舒服。」

AR技術應用到手術中，醫生戴著眼鏡調出虛擬心臟。

但好在，即便是再複雜的手術，醫生也不用全程帶著那個眼鏡，只有在醫生無法通過直視、記憶找到血管時，才需要調取或固定在病變心臟上。用的時候可以調出，不用的時候，就把眼鏡摘了，專心手術。

「戴上那個眼鏡，拇指、食指一扣，就能通過眼鏡里的游標固定虛擬心臟。過程有點像美國大片《鋼鐵俠》在空中打開操作界面，用手抓取想要的文件。」溫樹生表示，而類似大片里表現出來的輕型化、操作簡單化的混合現實，也正是這一技術的改進方向。

醫生戴上VR眼鏡之後的視角：

如何確保MR、VR眼鏡里的虛擬心臟，和真實的病變心臟一致呢？這有賴於現代醫學影像技術的進步。「虛擬圖像的數據來源，都是患者CT影像檢查的結果， 然後通過軟體重建後導入到系統里，生成三維圖像和眼鏡里的虛擬心臟。」

團隊的影像專家，省醫心導管室主任黃美萍表示，心在的CT設備，已經能做到極高的精度、準度，再加上重建軟體的修正，進入眼鏡的虛擬心臟和真實的病變心臟已保持高度一致。

三大輔助舉措優劣

混合現實技術：是通過特殊的頭戴顯示器把真實世界和虛擬世界混合在一起，來產生新的可視化環境，環境中同時包含了物理實體與虛擬信息，而且使用者可以實時同虛擬信息交互。

使用場景：只要戴上了混合現實眼鏡，就能隨時對三維模型進行全方位的觀察，甚至可以觀察到虛擬心臟內部，可以在手術台上實時導航。並不會增加費用，而縮短手術時間同時提高手術效果、減少併發症，從這個意義上講可以減少費用。

虛擬現實技術：使用者佩戴頭戴式顯示器後，完全沉浸在頭戴式顯示器里的虛擬世界，並可以通過使用者自身移動或使用配套的控制手柄等在虛擬世界中移動、旋轉。

使用場景：可以無限放大，術者甚至能走進心臟內部觀察，對於心臟內部的複雜畸形，通過放大並「走進」心臟內部，近距離觀察內部的畸形，可以更深入地掌握解剖信息、制定手術方案。但不能同時觀察真實世界，故並不能實時在手術中使用，不增加費用。

3D列印技術：通過將二維的斷層影像重新建模、上色，使用3D印表機一次成型製作出和實際情況一致的模型。

使用場景：得到一個真實模型，可以在模型上模擬手術操作，甚至可以把模擬手術之後的模型送去做實驗，評價模擬手術效果，從而確定最優的方案。但製作3D模型目前較昂貴。

采寫：南都記者王道斌 實習生楊麗雲 通訊員張藍溪

圖片及視頻 受訪者提供

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