手術室“黑匣子”有啥作用？高科技助力醫生救死扶傷

20年前，面對兇險的主動脈夾層手術，敢上手術檯的醫生全中國找不到10位。如今，依託手術室“黑匣子”，越來越多的醫生也能掌握複雜的手術技能，挽救更多患者的生命。

手術室“黑匣子”，全稱為資訊採集機器人。它可以在10分鐘內快速就位，不用佈線，即插即用；手術視野可智慧追蹤，手術進行到哪裡，攝像頭就盯到哪裡；術中所有資料全部可儲存和共享，可實現遠端協助……在前不久舉行的2021年中國國際服務貿易交易會上，資訊採集機器人作為北京安貞醫院醫企結合創新成果亮相，引起業界廣泛關注。與資訊採集機器人同臺亮相的，還包括先心安母胎會診平臺、塗抹式搭橋血管外支架等一批最新成果，這些成果均出自該院新設立的科創中心。中心帶頭人，正是醫院院長張宏家。

資訊採集機器人可記錄所有手術資料和音影片資訊，為高質量手術質控提供便利。圖為張宏家（左二）和同事們做現場操作演示。本報記者 閻彤攝

摘取心臟外科“皇冠上的寶石”

主動脈，這條從心臟出發，經過胸部、腹部，最終抵達位於骨盆附近骶髂關節的人體大動脈，是體內最大最重要的血管。遠遠看去，它就像一條形似柺杖的“黃金管道”，將富含氧氣和各種營養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，維持著生命的迴圈。

主動脈一旦出現問題，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。而在2000年前後，敢在主動脈上動刀的醫生，全中國不超過10個。

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！

對於心臟外科，張宏家充滿著求知的渴望，1989年從北京大學醫學院畢業後，他被分配至北京同仁醫院。在自由選擇科室時，張宏家一頭扎進了胸心外科。而後又師從中國醫學科學院阜外醫院劉迎龍教授，學習先心病手術，技術逐漸成熟。

在中國主動脈夾層手術治療領域，北京安貞醫院第二任院長孫衍慶是“開山鼻祖”，1982年，國內首例主動脈夾層動脈瘤根治術便由他完成。張宏家紮實的手術功底和強烈的求知慾望打動了孫衍慶，2001年5月，他終於如願以償，進入北京安貞醫院心臟外科博士後流動站工作，成為孫衍慶的學生。

那個時候，年輕的張宏家幾乎24小時泡在醫院，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例手術磨鍊後，2006年，考驗實力的機會來了。挑戰張宏家的，是一例全胸腹主動脈置換術。

藍色的手術室裡，只能聽到剪鉗清脆的碰撞聲，瀰漫著猶如戰場般緊張的氣氛。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複雜的手術，患者的胸腹主動脈要全部被替換成人工血管，置換完畢後還要同各分支血管小心吻合，稍有不慎，患者就會因各種併發症導致死亡。

手術檯上，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。開胸遊離時動脈瘤突然發生了破裂，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迴圈機加壓輸血，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替換成人工血管，腎動脈、腸繫膜動脈、腹腔幹動脈，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”，經過十多個小時的手術，張宏家團隊成功置換了患者的胸腹主動脈。隨後，心臟重新跳動，血流恢復如常。

縫合完血管，張宏家疲憊地癱坐在手術室一側的小凳子上，看著眼前麻醉師、體外迴圈師、護士等十餘人有條不紊地完成最後的手術流程，內心卻激動無比。“心臟外科是外科中起步最晚但也是發展最快的，對綜合素質和團隊配合度要求也最高。”骨子裡喜歡挑戰的張宏家感慨道。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生全國不超過10人，即便是到現在，全國能夠完成這項手術的外科醫生也不超過30人。

推動首部主動脈夾層專家共識

不過，“炫技”不是外科醫生的追求，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”，原因就在於其超長的手術時間。20年前，一次常規的主動脈夾層手術，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，對醫生的身心是一大考驗。張宏家發現，之所以時間長，除了手術本身難度大之外，體外迴圈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迴圈，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，體外迴圈又需要採用“深低溫停迴圈”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了西方傳統深低溫停迴圈的做法，提出了中低溫停迴圈的腦保護策略。透過臨床和動物實驗，他看到，停迴圈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，還能縮短20%的體外迴圈時間。

改變了停迴圈溫度，張宏家又盯上了“術中出血”問題。出血，是主動脈外科手術併發症的“萬惡之源”。心跳停跳後，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。縫不好會漏血，縫好後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。“最高峰的時候，有接近一半的患者會直接死在手術檯上。醫生搶救了一夜，病人還是離去，這是特別讓人沮喪的事情。”張宏家回憶，早期手術時，手術檯“血流成河”是常態，血液有時甚至會流到地板上，將醫生的拖鞋牢牢粘住，主動脈手術也因此被稱作“血戰”。

除了技術水平差異，過去醫學界通常認為，術中出血主要是因為體外迴圈造成了對血小板的破壞，影響凝血功能的緣故。但張宏家透過大量臨床樣本研究發現，體外迴圈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，停掉體外迴圈後，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，術後二次開胸比例降至3。1%。

手術技術策略得到改進，“中低溫停迴圈腦保護策略”和“圍術期凝血系統保護方案”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%，安貞醫院成為全世界主動脈夾層患者死亡率最低的醫院。

為了推動技術更快在全國各地落地，2021年，張宏家推動釋出了《急性主動脈綜合徵診斷與治療規範中國專家共識》，這是我國首部急性主動脈綜合徵專家共識，為主動脈疾病全國規範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，但一位臨床醫生如果把科研做好了，就能推動整個行業的改變，這是一個外科醫生最大的榮耀。

張宏家自己也是這麼做的，2008年，他調任安貞醫院科研處處長，在繁重的手術之餘，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字，按照國外相關資料推算，僅主動脈夾層這一種疾病，中國每年至少新發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，就在於這種疾病極易被誤診。在張宏家的調查資料中，這個比例高達38。62%。

一次，北京安貞醫院急診科來了一位中年男性，肚子痛到臉色蒼白、坐立不安，連說話都難以為繼。醫生在肚子上觸診，不管是哪個部位，男子都喊疼。是消化問題？胰腺炎？還是心臟問題？

此時，張宏家正好路過診室，聽完主訴後，他伸出手，在病人的足背處摸了一下，立刻有了判斷，“很有可能是主動脈夾層，立刻做血液檢查和增強CT，告訴患者不要動，準備手術！”

CT結果出來了，證實了張宏家的判斷。“主動脈夾層對下肢動脈的血供影響很大，這個患者的足背動脈根本摸不到，多數情況下是主動脈夾層。”張宏家解釋，主動脈夾層跟腦梗、心梗、消化道出血等疾病症狀相似，且都是急症，在臨床診治中很容易被誤判。此時，主動脈血管管壁就像一張薄紙，打個噴嚏都有可能導致夾層破裂，所以特別不建議吃東西或者喝水。

如何減少誤診，需要大量的資料支援。張宏家承擔了國家重點專案“急性主動脈綜合徵高危預警及干預研究”，納入100餘家醫院，建立了多中心臨床資料和生物樣本庫。這個超大型的主動脈夾層多中心協作網覆蓋了全國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徵的高危預警與決策治療系統。

“系統從根本上解決了基層醫生經常遇到的兩個問題，在臨床中大顯身手。”張宏家說，主動脈夾層的診斷並不難，關鍵在於有沒有這個意識。系統根據大資料對主動脈疾病進行精準畫像，透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生總結出來的“妙招”，也都囊括在內。

確診主動脈夾層後，系統還可對其精準分型。“醫生是人不是神，倉促應戰，肯定沒有在各方面都準備充分後再做效果好。”張宏家對此深有感觸。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，透過對六千例手術進行回顧性研究，系統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，急性主動脈綜合徵的高危預警與決策治療系統已經在100餘家醫院得到臨床推廣。5分鐘出結構化病歷，隨後給出檢查專案提示、快速鑑別診斷和決策支援，必要情況下還可協作轉診，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。

“北京安貞醫院作為一個以心血管疾病為主的三甲醫院，同時又是國家心血管病臨床醫學研究中心，承擔的任務絕對不僅是簡單地看好幾個病人，還要承擔著對這個疾病的再認識，承擔著醫療創新。”在張宏家的推動下，北京安貞醫院還承建了心血管疾病醫學工程教育部重點實驗室和心血管疾病精準醫學北京實驗室。這是全世界最大的心血管臨床樣本庫，多達29。7萬餘份血液樣本、2450餘份組織樣本、2萬餘份臨床資料在這裡收集儲存，此外，還有6千餘例主動脈影像資料和2萬餘例冠狀動脈影像資料。“樣本的入庫、維護和使用都有嚴格標準，需要佔用極大的精力，但我相信，未來，一大批重量級的臨床科研成果將會在這一平臺上孵化產出。”張宏家說。

創新讓醫學協同提升到新境界

北京安貞醫院門診樓13層，不同於其他醫院常規形態的“格子間”，這裡儼然是一個科技公司的模樣——精心栽培的綠植、形態各異的沙發卡座，還有隨處可供手機直接投影的高畫質顯示屏。

這裡是北京安貞醫院科創中心，一個供醫生和企業負責人“碰撞火花”的地方。

大名鼎鼎的資訊採集機器人就是在這裡誕生的。主動脈夾層手術風險大，術中隨時可能出現突發情況，即便推行了專家共識和治療規範，不少基層醫生還是不願嘗試。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端協助系統。

想法很美好，實現起來卻異常艱難。主動脈夾層手術不同於其他常規手術，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域跨度大，從胸部到腿部，從精細操作再到體外迴圈，如果需要人工頻繁干預，那無異於“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徵，醫生光看影像完全無法作出判斷，資料和影像結合起來才能進行一次完美的“遠端協同”。

這樣高的要求，靠醫院的轉化實力是無法滿足的，張宏家想到了醫企結合。透過科創中心平臺，他找到了願意支援該專案的企業。

經過兩年的研發，張宏家的願望實現了。2020年10月，這個命名為“術中協同及質控系統”的資訊採集機器人在安貞醫院科創中心平臺正式亮相，顯示屏前，醫院各個科室主任屏聲靜氣，觀看現場演示。

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，一直抬高至手術檯上方，高畫質全景攝像頭和資料傳輸同步開啟，延遲控制在100毫秒以內。神奇的是，透過人工智慧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，對正在操作的區域高畫質展示。線上專家也可以遠端遙控攝像頭，對手術進行現場指導。除了醫生的操作術野外，手術室內的其他裝置比如監護儀、麻醉機、體外迴圈、腔鏡、造影機的資料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，患者生理資料、手術資料以及現場音影片都被記錄下來，任何人無法篡改。“就像飛機黑匣子一樣，如果需要，這些資料可以隨時被調取，用來還原這臺手術曾有過的所有資訊。”張宏家說，有了這一利器，所有外科手術的醫學協同、教學將會提升到一個新境界。透過安裝VR眼鏡，醫生甚至能夠遠端參與手術……

目前，這個系統已申請發明專利2項，應用於外科手術50臺次，先後與全國10家心血管中心建立遠端會診體系，並有望在今年投入量產，實現轉化。未來，高危預警與決策治療系統也會注入機器人的“大腦”，將患者資訊輸入後，手術型別、術中提示、併發症處理等都會被一一提醒，智慧化水平也將會越來越高。

醫療創新讓北京安貞醫院受益頗多。在剛剛過去的2021年中國國際服務貿易交易會上，安貞醫院一口氣拿出了五款最具代表性的創新成果，“安貞-科亞人工智慧聯合實驗室”和“安貞-華諾奧美醫學檢驗聯合實驗室”正式落地，針對新生兒出生缺陷問題的先心安母胎會診平臺還成了服貿會上的網紅打卡地。

“單靠臨床規模是不可持續的，沒有創新，醫院就沒有了靈魂。”張宏家說，依託科創中心和醫企結合，醫生的智力成果將會迅速轉化，最終受益的還是廣大患者。

作者：楊緒軍

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