维普资讯 http://www.cqvip.com · 900 · 审 垡 制 骨 科 熹 2 1 3 0 4年 R月第 6卷 第 8期

    三维虚拟成像， 可以直观形象地展示病变及相关组织的大体

    形态及不同的结构层次 ” 】 。最新的 4 D — C T采用新型 C T专用

    的平板探测器技术 ， 通过在同一位置连续采集随时间而改变

    的三维图像 ， 就可得到动态的三维成像， 即四维成像 ， 使动态

    采样范围和采样频率大幅度提高，实现 了C T扫描由层面扫

    描方式向容积扫描方式的转变 ， 其性能远优越于当今的多层

    螺旋 C T 。通过对三维或四维图像加工构建的三维虚拟结构 .

    不仅可显示复杂的空间结构， 设计手术径路 、 模拟手术， 提高

    微创手术的成功率 、 降低并发症 ， 而且可以研究疾病的隐藏 、发展规律 ， 正确评估愈后。

    二 、 数字化虚拟人研究的深人为微创外科奠定了坚实的解

    剖学基础

    近年来， 数字化虚拟人的研究引起了广泛的关注。虚拟人

    研究发起于 1 9 8 7年美国国立医学图书馆 ( N L M) 的一项长期计

    划建议 ，目的是建立一个医学图像库，以提供生物医学文献检

    索系统， 称之为“ 可视人计划” ( v i s i b l e h u ma n p r o j e c t ，V H P ) 。虚

    拟人的研究可分为四个阶段 ， 即“ 虚拟可视人” 、 “ 虚拟物理人” 、“ 虚拟生理人” 和“ 虚拟智能人” …。继虚拟美国人和虚拟韩国人

    制作完成后，到 目前为止，国内外已有 9个 “ 虚拟可视人数据

    集” ， 其中我国提供了6个 ， 第一军医大学钟世镇院士领导下的

    课题组完成了2个 。虚拟人将人体结构信息数字化与可视

    化， 使人们能够通过计算机操作以三维形式动态观察人体整个

    解剖结构的大小 、 形状、 位置及器官间相互空间关系， 通过虚拟

    反馈装置 ， 进行各种外科手术设计， 模拟外科手术操作或指导

    医师进行手术。 随着人类基因组计划的完成和数字化虚拟人研

    究的深人 ， 利用信息化技术实现人体的结构和功能从微观到宏

    观的数字化、 可视化， 达到人体结构的精确模拟， 最终实现人体

    功能和思维智能的模拟， 将对微创外科的发展起着巨大的推动

    作用， 并将极大地充实和更新微创外科理念。

    三、 虚拟具有生物学功能的器官为微创外科发展拓展了新

    的空间

    在虚拟人研究取得可喜成绩的同时， 虚拟器官的研究也捷

    报频传。虚拟器官实际上是人体器官的“ 数字化克隆” ， 是一个

    包罗了真实器官结构与功能的完整模型， 可以对各种刺激做出

    反应， 并能模拟人体器官的生理 、 病理过程。M a r t o n e n 公司利用

    流体力学原理开发的虚拟肺具有 2 0 0 0万个气道，用于预报某

    些疾病， 已经在英国和加拿大进行临床试验。 德国研制的“ 虚拟

    髋关节” ， 可以根据患者的不同情况来选用适宜的人工关节 ， 实

    现个体化的预制人工关节； 还能够模拟人工关节材料的老化过

    程， 预测所移植人工关节的寿命。 美国研制含有。 肾活细胞的“ 仿

    生。 肾” ， 有望代替 5 0 %人体自然。 肾脏的功能， 使晚期。 肾病患者 5

    年生存率明显提高。而将虚拟细胞与分子影像学技术结合， 不

    仅便于探讨病变组织细胞内生物过程的变化、 代谢活性的高低

    和生理调节机制， 而且可以从细胞与分子水平了解和揭示疾病

    发病过程， 对疾病进行预警诊断和实施超早期微创治疗 。 此

    外 ， “ 虚拟骨骼” 、 “ 虚拟心脏瓣膜” 、 “ 虚拟眼皮” 等研究也已初见

    成效。 可以预测 ， 虚拟具有生物学结构与功能的组织器官， 无疑

    将对微创外科的技能训练 、 手术设计、 疾病诊断、 手术导航 、 术

    后评估和康复治疗等产生深远的影响。

    虚拟技术拓展了微创手术的适应证范围

    将虚拟技术应用于微创外科， 不仅可以提高病变部位定位

    的精确度， 减少手术损伤， 提高手术成功率， 而且可以进行科学

    完善的术前设计 ，为不同的患者提供个性化的治疗 ， 模拟复杂

    的手术操作， 预先判断不同治疗方法对组织器官功能的影响和

    治疗后的效果，甚至可以突破传统手术的禁区，帮助开展以前

    不能做的高难度手术；或者不直接接触患者 ， 通过计算机控制

    开展远程遥控手术， 极大地拓展了微创手术的适应证范围。

    一

    、虚拟内镜扩大了手术视野， 拓展了诊疗范围

    目前采用内窥镜 、 腔镜、关节镜所进行的微创外科手术与

    传统外科相比， 具有创伤小 、 术后恢复快 、 住院时间短等优点 ，在许多外科领域得到了应用 【 。但由于内窥镜、 腔镜和关节镜

    的手术视角有限， 操作缺少灵活性 ， 不能进行内脏器官的透壁

    检查；医生与患者在物理上被隔开， 影响了操作的准确性和柔

    软性；并且缺少对可能引起微创手术区域脆弱组织的大出血 、器官穿透等严重并发症进行直接 、 快速的控制的手段。 因此， 目

    前应用范围较局限， 在复杂的手术中应用较少。 而虚拟内窥镜、腔镜 、 关节镜可供使用者在虚拟环境中围绕某一解剖结构取任

    意角度进行观察、 诊断 【 ， 具有非侵人性 、 重复使用、 动态病理

    分析 、 无检查死区等独特优点。 因此在使用传统的内窥镜、 腔镜

    和关节镜检查之前，先进行虚拟检查 ， 不仅可便于医生对病变

    组织周围的三维结构进行实时观察和跟踪， 还可大大方便手术

    操作 ， 避免使用传统方法可能带来的危险。目前开发的由语音

    控制的辅助内镜手术机器人AE S O P系统已获美 F D A批准进人

    市场。开发具有触觉或力觉感知功能、 能进行精密手术操作的

    遥控机器人或械器手的研究也已初见成效， 如美国开发的具有

    力反馈功能的腹腔手术机器人系统和韩国开发的具有触觉操

    作界面的遥控手术机器人系统等” … 。

    二、 虚拟技术突破了疾病诊疗空间的限制， 实现远程遥控

    远程遥控手术系统是在可进行遥控操作的手术机器人系

    统基础上发展起来的。在多个操作者的远程医疗场景下， 患者

    可以是虚拟或真实的， 或者是两者的综合。这种虚拟的远程环

    境可以让位于不同地点 、远离手术现场的多位专家相互合作，将远程传送来的图像虚拟成手术场景 ， 手术医生通过远程控制

    手术现场的机器人系统对手术过程进行计划和模拟演练 ， 甚至

    对患者进行实际的手术操作…【 。 远程手术跨越了手术治疗的空

    间限制 ， 使患者能够接受身处异地医生的手术治疗 ， 从而使具

    备精湛医术的医疗专家能够为更多的患者服务， 也能使特殊场

    合 ( 如战场、 太空等) 的伤病人员得到及时救护，目前此项技术

    已有许多成功的报道。 1 9 9 3年 7月 7日一位意大利医生成功地

    在美国加州通过远程遥控对位于意大利米兰的模型猪进行了

    世界上首例远程手术试验 I 。1 9 9 7年 9月， 一名 日本医生利用

    远程控制的血管缝合机器人， 在东京大学和冈山大学医学部之

    间也成功地实现了直径 1 mm血管的远程缝合手术 I t o l 。最近还

    有远程手术胆囊切除术、 心脏旁路搭桥术、 前列腺根治术等成

    功的报道 】 。虽然真正的远程手术尚处于研究阶段， 但上述

    临床试验的成功充分说明了远程手术的可行性和今后诱人的

    发展前景。

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    三、 虚拟康复有利于争取患者的配合 ......