國家科技獎背後故事:兒外醫生攜手海信攻堅數字醫療,讓不可能變成可能

大眾日報 發佈 2020-01-12T00:34:53+00:00

7年後,2020年1月10日,海信與青大附院緣起於這番對話的合作,結出了碩果:青島大學附屬醫院、海信醫療與復旦大學附屬兒科醫院共同完成的「基於小兒肝膽胰計算機輔助手術系統研發、臨床應用及產業化」項目,榮獲2019年度國家科技進步二等獎。

「海信有沒有計算機高手?」青島大學附屬醫院院長董蒨問。

「我們有8萬多人,您想做什麼?」海信集團董事長周厚健答。

「研發一套好系統,幫助我們做手術。」董蒨說出了期待。

「海信一定會幫忙!」周厚健做出承諾。

2013年1月6日,周厚健和董蒨在青大附院有一次會面。會談快結束的時候,兩人之間發生了這樣一段對話。

7年後,2020年1月10日,海信與青大附院緣起於這番對話的合作,結出了碩果:青島大學附屬醫院、海信醫療與復旦大學附屬兒科醫院共同完成的「基於小兒肝膽胰計算機輔助手術系統研發、臨床應用及產業化」項目,榮獲2019年度國家科技進步二等獎。

這是青島歷史上首個由青島市推薦獲得的醫學類國家科技獎,也是我省大外科領域斬獲的首個國家科技獎。

術前精準判斷,真的不能再等了

董蒨是小兒外科教授。他介紹說,相比其他器官,人體肝臟內血管遍布、錯綜交織,因此肝膽手術也是難度最高的外科手術之一。兒童肝臟相較成人更小,手術難度也隨之上升。以往僅藉助CT二維圖像,醫生只能憑經驗,在腦中構建肝臟立體圖像,難以實現精準手術。

6年前的這個案例,最能說明兒童肝膽手術之難——

2013年3月22日,家住黃島的4歲女孩涵涵在父親倒車時被攔腰碾過,肝臟破裂,病情危重,董蒨立即出發,連夜趕到黃島分院進行搶救。

從事小兒外科工作30餘年,身為國內小兒肝膽領域權威專家,董蒨經常面對常人難以想像的高難度疑難、危重手術。但這一次,擺在董蒨和他的同事們面前的,是前所未有的挑戰。

董蒨回憶,手術過程中,三次對肝臟進行修復,三次仍出血不止。「我當時,汗真的一下子就下來了,傳統的CT只能為手術醫生提供二維圖像,無法精準了解複雜傷情。這個孩子的肝臟表面,看起來沒有破損,實際上沒有拍到的地方有兩處破口。」董蒨說。下一步還有哪些問題還會不會出血還不知道,只能硬著頭皮一點點把手術艱難進行。結果,從晚上9點到次日凌晨2點,整整5個小時,他艱難地完成了手術。

雖然孩子最終順利完成手術康復出院,但董蒨一直心有餘悸:術前精準判斷,真的是不能再等了,孩子們也不能再等了!

「臨床上面臨的一個重要問題就是,醫生在術前和術中必須準確判斷腫瘤、肝臟和血管間的位置關係。」董蒨說。可是長久以來,由於CT是二維影像,醫生無法進行直觀手術規劃,尤其是小兒肝臟胰等器官相較成人更小,血管更細,手術難度更大。

針對這一臨床需求痛點,董蒨申請了國家「十二五」科技支撐計劃課題——「小兒肝臟腫瘤手術治療臨床決策系統開發」,計劃在中國第一個將小兒肝臟數字化、立體呈現,實現精準醫療,讓更多瀕臨死亡的患兒獲得生還的希望。

但是,由於團隊缺少技術方面的支撐,課題立項一年半,仍然沒有多少進展。「我向科技部的專家、領導講述了一個美麗動人的故事,然而在技術上卻沒有什麼進展,無法把故事變成現實,當時特別焦急。」董蒨說。

就在董蒨心急如焚時,海信也正在為進軍醫療領域而尋尋覓覓。作為老牌家電企業,依託在顯示與圖像數據處理技術上的深厚積累,海信早在2005年就開始在醫療電子領域進行技術儲備,但強大的研發優勢尚未找到著陸支點。

了解到董蒨的研究課題和瓶頸所在後,周厚健在不到兩個小時的時間裡,打了十幾個電話,最終確定了向董蒨推薦的海信計算機專家人選。其中,就有從日本歸國專門從事醫療圖像處理算法的陳永健博士。

三維數字肝臟,為精準手術「導航」

很快,海信集團與青大附院的聯合攻關開始了。

「我的學生們都曾在海信待過三個月到半年時間,他們與工程師一起根據臨床數據隨時溝通,為產品研發解決了很多問題。」董蒨在自己的實驗室里為海信集團工程師們設置了專門的辦公桌。「我們還經常召開視頻會議,遇到問題隨時溝通、隨時解決。」

醫生白天要坐診、做手術,於是三更半夜搞研究成了常態。陳永健回憶說,在前期開發階段,醫生與工程師經常三更半夜一起去「殺豬」做實驗。這些豬活體的標記為「QD-piggy」,亦即「青島小豬」。

產學研緊密合作,目標明確,使命崇高,但過程卻並非一帆風順。

在CAS的前期開發階段,海信工程師們白天做研發,晚上和外科醫生們做動物實驗,將12頭試驗用豬分別行CT薄層掃描,將掃描獲得的DICOM數據輸入研發中的海信計算機輔助手術系統(HisenseCAS),工程師設定相關參數並優化算法,通過海信自主研發的醫學圖像預處理和分割技術,只需在一幅圖像上設定相應參數和少量人工輔助,系統可以自動精確地在一系列CT圖像上分割出肝臟、血管、腫瘤、膽囊等肝臟各組織。

陳永健回憶說,海信的工程師們,之前做的是基礎數據處理,不是三維的,臨床應用和算法開發涉及兩個不同的專業,只能不斷磨合,那時候只能白天不斷做數據,然後晚上再改進算法,項目一度沒有進展,壓力很大。陳永健說,他們一度陷入了沒有思路的迷茫。

轉機發生在一個凌晨三點。「那天晚上,我們不斷改進算法,不斷測試,大概凌晨三點的時候,做出來的數據很好,我們都很興奮,趕緊發郵件給董院長,沒想到他也沒睡,正在等著這個數據,秒回信息,第二天就在手術中應用了,這是我們突破的第一步。」

在這個研發過程中,作為「典型的技術崇拜者」,周厚健一直密切關注。「這相當於是周董拿回來的項目,一些階段性的成果,都要到周董辦公室親自過項目。在一些關鍵節點上,與青大附院的會議交流等,也都是由周董親自主持,最深層、最基礎的技術問題,周董都非常清楚。」陳永健說,第一代海信CAS產品做出來速度有些慢,手術規劃需要一兩個小時,周厚健親自主持專題會組織技術攻關,經過多次技術疊代,現在只需要15分鐘就能完成手術規劃。

歷時兩年多研發,兩款產品相繼問世,一是海信計算機輔助手術系統(ComputerAssistedSurgery,下稱海信CAS),繫世界一流、全球TOP;二是海信外科智能顯示系統(HisenseSurgicalIntelligentDisplaysystem,下稱海信SID),系國內首創、世界唯一。

單來說,海信CAS即肝臟的三維數字成像:將近千張原始CT片中的數據輸入系統,電腦會自動建立虛擬立體的數字肝臟。因此,不用開膛破肚,醫生便可三維觀察病變與血管、臟器的關係,精確計算臟器、病變的體積,還可實施虛擬手術切除,確定最佳手術切除線,從而最大限度保留正常肝組織,減少手術出血量,降低術後患者肝功能衰竭的風險。

海信SID即術中手勢控制導航:通過智能識別,該設備可在術中根據醫生手勢指揮,三維立體展現數字肝臟的不同側面和不同角度,既方便醫生迅速判斷手術操作路徑,又保證操作環境無菌無污染。

2014年,兩款產品正式獲得國家註冊證,推向臨床應用市場。

不可能變成可能,成功應用於全國100多家醫院

5年來,海信CAS成為董蒨手中的一件神奇法寶,助他創造了一個又一個醫學奇蹟。

2013年年底,一個叫帥帥的男孩從濟南來到青大附院。巨大的腫瘤侵蝕了他肝臟的三分之二,濟南、北京的多家醫院就此判定「無法手術」。根據海信CAS建立的三維肝臟圖像,董蒨及其團隊進行了大約半小時的手術模擬,直觀預測各種方案可能帶來的後果,成功為帥帥做了手術,出血量僅30毫升。

「沒有這套系統的輔助,手術是不可能做到的。稍有不慎會大出血,危及生命。」董蒨說。

時間來到2019年3月,又是3月22日,整整6年之後,相似的一幕發生¬——一膠州一名4歲男孩被汽車撞倒輾軋,情況危急。「我要求直接送到CT室,15分鐘做出CAS影象,有了三維導航,哪裡有問題很清楚。」董蒨說,有了海信CAS,手術歷時2.5小時順利完成,出血僅20毫升,自己「沒有像6年前那麼狼狽」。

醫生與工程師擦出火花,董蒨與海信一起站上中國精準醫療行業前沿。實際上,董蒨團隊現已成立九個課題組,在包括肺、心臟、顱骨等不同學科領域開展系列產品研發。

基於合作成果,董蒨與海信建立了全球最大的人類數字肝臟資料庫平台,將全部肝臟數據將免費對外開放,與世界共享。「這是我們為人類進步所做的貢獻。」

在大數據分析的基礎上,董蒨又在全球提出了新的、適合中國人體特點的、以中國人名命名的肝臟分段體系,即「Dong’s數字肝臟分段體系」,並將中國人體肝臟分為ABCD四種類型,被稱之為「改變經典醫學教科書的發現」。

對於海信而言,海信CAS的成功像是打開了一扇門,短短几年,海信醫療迅速擴張為集數字化手術室、醫用顯示器、醫護終端等多產品、多方向的醫療公司。

2019年,海信醫療繼續推出業內領先的3D產品解決方案;推出4K超高清內窺鏡顯示器;推出第一款全面自主研發的彩色超聲診斷儀產品,成功獲得國家醫療器械註冊證,成為海信深耕醫療影像領域、加快轉型發展的又一把科技「尖刀」,填補了山東省在超聲領域的產業空白。

截至目前,海信CAS已成功運用於全國100多家三級以上醫院,因海信CAS獲得救治的疑難病例已經增加到8000多例。

陳永健說,這其中很多手術,都是按照國際臨床指南做不了的,而且病人早就輾轉了很多醫院,醫院基本都拒收,建議家長和孩子「好好度過剩下的日子」。

「我也是兩個孩子的父親,都是為人父母,每每想起這些,就很有成就感」陳永健說。

(大眾日報客戶端記者 肖芳 報導)

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