手术室“黑匣子”

杨绪军

20年前，面对凶险的主动脉夹层手术，敢上手术台的医生全中国找不到10位。如今，依托手术室“黑匣子”，越来越多的医生也能掌握复杂的手术技能，挽救更多患者的生命。

手术室“黑匣子”，全称为信息采集机器人。它可以在10分钟内快速就位，不用布线，即插即用;手术视野可智能追踪，手术进行到哪里，摄像头就盯到哪里;术中所有数据全部可存储和共享，可实现远程协助……在2021年中国国际服务贸易交易会上，信息采集机器人作为北京安贞医院医企结合创新成果亮相，引起业界广泛关注。该成果出自该院新设立的科创中心，中心带头人正是医院院长张宏家。

摘取心脏外科“皇冠上的宝石”

主动脉，这条从心脏出发，经过胸部、腹部，最终抵达位于骨盆附近骶髂关节的人体大动脉，是体内最大最重要的血管。远远看去，它就像一条形似拐杖的“黄金管道”，将富含氧气和各种营养物质的动脉血源源不断送往大脑、肺、肝、肾和胃肠等全身脏器，昼夜不息，维持着生命的循环。

主动脉一旦出现问题，瞬间致命。尤其是如果内膜撕裂，血管内高速的血流会从内膜上的破口进入中膜甚至外膜，形成一个夹层。就像一个不断增大的气球，一旦破裂，积聚的血液会在几分钟内浸满整个胸腔腹腔，绝无生还可能。

对于心脏外科，张宏家充满着求知的渴望，1989年从北京大学医学院毕业后，他被分配至北京同仁医院，在自由选择科室时，张宏家一头扎进了胸心外科。2001年的一天，张宏家走入心脏外科专家孙衍庆的办公室，说出了藏在心中很久的话：我要学习主动脉夹层手术！

那个时候，年轻的张宏家几乎24小时泡在医院，把大大小小能参与的心脏外科手术全部做了个遍。心脏搭桥术、心脏瓣膜置换、主动脉全弓置换手术等日渐炉火纯青，经历了3000例手术磨炼后，2006年，考验实力的機会来了。挑战张宏家的，是一例全胸腹主动脉置换术。主动脉手术是心脏外科“皇冠上的宝石”，而全胸腹主动脉置换术又是主动脉手术中难度最高最复杂的手术，患者的胸腹主动脉要全部被替换成人工血管，置换完毕后还要同各分支血管小心吻合，稍有不慎，患者就会因各种并发症导致死亡。

手术台上，患者从左胸到腹部再到左侧大腿根部打开了一个近1米的超长切口，整个人体器官完全暴露。开胸游离时动脉瘤突然发生破裂，鲜血从破口喷射而出，张宏家迅速将破口按住，充分的术前预案让他胸有成竹，早已准备好的动静脉插管配合体外循环机加压输血，降体温、心脏停跳，患者转危为安。近1米长的胸腹主动脉被逐节替换成人工血管，肾动脉、肠系膜动脉、腹腔干动脉，哪怕直径只有一两个毫米的肋间动脉也被重建。

这是一场生命线上的“极限操作”，经过10多个小时的手术，张宏家团队成功置换了患者的胸腹主动脉。随后，心脏重新跳动，血流恢复如常。

手术的成功，也奠定了张宏家在主动脉领域的地位，那时，成功完成此类手术的医生全国不超过10人，即便是到现在，全国能够完成这项手术的外科医生也不超过30人。

改进主动脉夹层手术策略

不过，“炫技”不是外科医生的追求，比高精尖手术更重要的，是“让手术更简单一些，能够推广开来”。作为学科带头人，张宏家有更多的想法。

主动脉夹层手术常被称为“夜战”，原因就在于其超长的手术时间。20年前，一次常规的主动脉夹层手术，平均时长能到十五六个小时，手术团队基本上是头一天下午进去，第二天天亮了才能出来，对医生的身心是一大考验。张宏家发现，之所以时间长，除了手术本身难度大之外，体外循环的降温复温过程是耗时主因。

在主动脉夹层手术中，停跳心脏是必经之路，此时就需要建立一个体外循环，用机器暂时代替心脏给全身泵血。为了让基础代谢减慢，最大程度减轻器官因缺血缺氧导致的不可逆损伤，体外循环又需要采用“深低温停循环”技术，将患者血液降温至18℃左右。而降温、复温，需要时间。

爱琢磨的张宏家挑战了西方传统深低温停循环的做法，提出了中低温停循环的脑保护策略。通过临床和动物实验，他看到，停循环温度根本不需要降到18℃，25℃左右完全可以。这样既可等效保护中枢神经和腹腔脏器系统，还能缩短20%的体外循环时间。

改变了停循环温度，张宏家又盯上了“术中出血”问题。出血，是主动脉外科手术并发症的“万恶之源”。心跳停跳后，需要暂停心脏、脑、脊髓、腹腔脏器和左右肾动脉的血供，再分段置换人工血管，每一个分支都需要缝合。缝不好会漏血，缝好后凝血功能不好会渗血，哪个地方出问题，病人都会因失血量过大而死亡。张宏家回忆，早期手术时，手术台“血流成河”是常态，血液有时甚至会流到地板上，将医生的拖鞋牢牢粘住，主动脉手术也因此被称作“血战”。

除了技术水平差异，过去医学界通常认为，术中出血主要是因为体外循环造成了对血小板的破坏，影响凝血功能的缘故。但张宏家通过大量临床样本研究发现，体外循环导致凝血障碍不是血小板被破坏了，而是纤维蛋白原的流失。在他的倡导下，停掉体外循环后，由回输血小板改为输注纤维蛋白原及凝血因子，出血问题得到大大改善，术后二次开胸比例降至3.1%。

图片|北京日报

手术技术策略得到改进，“中低温停循环脑保护策略”和“围术期凝血系统保护方案”等大大降低了主动脉夹层手术的门槛，手术时长由原来的十五六个小时缩短至五六个小时，急诊手术死亡率从20%降低到7%，安贞医院成为全世界主动脉夹层患者死亡率最低的医院。

为了推动技术更快在全国各地落地，2021年，张宏家推动发布了《急性主动脉综合征诊断与治疗规范中国专家共识》，这是我国首部急性主动脉综合征专家共识，为主动脉疾病全国规范化治疗提供了权威性参考。

搭建全世界最大心血管样本库

在北京安贞医院，张宏家的一句名言广为流传：手术做得再好，也只能救几个人，但一位临床医生如果把科研做好了，就能推动整个行业的改变，这是一个外科医生最大的荣耀。张宏家自己也是这么做的，2008年，他调任安贞医院科研处处长，在繁重的手术之余，把大量精力集中在了主动脉疾病的相关研究上。

超高的主动脉夹层误诊率引起了张宏家的注意。中国究竟有多少主动脉疾病患者目前尚没有确切的数字，按照国外相关数据推算，仅主动脉夹层这一种疾病，中国每年至少新发20万例。不过，在实际临床工作中，太多的患者还没来得及送到手术室，就因主动脉破裂瞬间丧命。究其原因，就在于这种疾病极易被误诊。在张宏家的调查数据中，这个比例高达38.62%。

如何减少误诊，需要大量的数据支持。张宏家承担了国家重点项目“急性主动脉综合征高危预警及干预研究”，纳入100余家医院，建立了多中心临床数据和生物样本库。这个超大型的主动脉夹层多中心协作网覆盖了全国9个代表性省市，入组患者样本6083例，最终建立了急性主动脉综合征的高危预警与决策治疗系统。

“系统从根本上解决了基层医生经常遇到的两个问题，在临床中大显身手。”张宏家说，主动脉夹层的诊断并不难，关键在于有没有这个意识。系统根据大数据对主动脉疾病进行精准画像，通过若干简单问题就能对患者进行一次精准的分型诊断。像抚摸足背动脉这些顶尖级医生总结出来的“妙招”，也都囊括在内。

机器人主体就像一个“手提箱”，上方延伸出来一个巨大的机械臂，一直抬高至手术台上方，高清全景摄像头和数据传输同步开启，延迟控制在100毫秒以内。神奇的是，通过人工智能运算和为手术器械赋予“靶标”的方式，摄像头可以跟随手术刀自动移动，对正在操作的区域高清展示。线上专家也可以远程遥控摄像头，对手术进行现场指导。

确诊主动脉夹层后，系统还可对其精准分型。“医生是人不是神，仓促应战，肯定没有在各方面都准备充分后再做效果好。”张宏家对此深有感触。手术是治疗主动脉夹层的唯一方法，但越是这样的重大手术，就越需要考虑周全。哪些病人需要立刻做手术，哪些病人可以缓上几个小时，通过对6000例手术进行回顾性研究，系统同样给出了具体指标，大大提高了手术成功率。

经过多个版本的迭代升级，如今，急性主动脉综合征的高危预警与决策治疗系统已经在100余家医院得到临床推广。5分钟出结构化病历，随后给出检查项目提示、快速鉴别诊断和决策支持，必要情况下还可协作转诊，主动脉夹层诊断准确率提高至95%以上，患者平均进入手术室的时间缩短至12小时以内。

张宏家（左二）和同事们做现场操作演示。图片|北京日报

创新让医学协同提升到新境界

这里是北京安贞医院科创中心，一个供医生和企业负责人“碰撞火花”的地方。

大名鼎鼎的信息采集机器人就是在这里诞生的。主动脉夹层手术风险大，术中随时可能出现突发情况，即便推行了专家共识和治疗规范，不少基层医生还是不愿尝试。几年前，张宏家就有了一个想法，打造适合主动脉夹层手术的远程协助系统。

想法很美好，实现起来却异常艰难。主动脉夹层手术不同于其他常规手术，病情瞬息万变，这对“实时传输”有着极高的要求，甚至一秒钟都不能迟滞。而且，主动脉夹层手术操作区域跨度大，从胸部到腿部，从精细操作再到体外循环，如果需要人工频繁干预，那无异于“帮倒忙”。此外，光有影像也是不够的，各个手术决策严重依赖各项生理指征，医生光看影像完全无法作出判断，数据和影像结合起来才能进行一次完美的“远程协同”。

这样高的要求，靠医院的转化实力是无法满足的，张宏家想到了医企结合。通过科创中心平台，他找到了愿意支持该项目的企业。

经过两年的研发，张宏家的愿望实现了。2020年10月，这个命名为“术中协同及质控系统”的信息采集机器人在安贞医院科创中心平台正式亮相，显示屏前，医院各个科室主任屏声静气，观看现场演示。

机器人主体就像一个“手提箱”，上方延伸出来一个巨大的机械臂，一直抬高至手术台上方，高清全景摄像头和数据传输同步开启，延迟控制在100毫秒以内。神奇的是，通过人工智能运算和为手术器械赋予“靶标”的方式，摄像头可以跟随手术刀自动移动，对正在操作的区域高清展示。线上专家也可以远程遥控摄像头，对手术进行现场指导。除了医生的操作术野外，手术室内的其他设备比如监护仪、麻醉机、体外循环、腔镜、造影机的数据也可以被机器人全程记录。

张宏家给它起了个外号，叫手术室“黑匣子”。从手术开始的那一刻起，患者生理数据、手术数据以及现场音视频都被记录下来，任何人无法篡改。“就像飞机黑匣子一样，如果需要，这些数据可以随时被调取，用来还原这台手术曾有过的所有信息。”张宏家说，有了这一利器，所有外科手术的医学协同、教学将会提升到一个新境界。通过安装VR眼镜，医生甚至能够远程参与手术……

目前，这个系统已申请发明专利2项，应用于外科手术50台次，先后与全国10家心血管中心建立远程会诊体系，并有望在今年投入量产，实现转化。未来，高危预警与决策治疗系统也会注入机器人的“大脑”，将患者信息输入后，手术类型、术中提示、并发症处理等都会被一一提醒，智能化水平也将会越来越高。

◎ 来源|北京日報（有删减）