手术室从1.0时代到数字化智能化的迭代演化

文摘   2024-11-23 07:31   北京  

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手术室无疑是现代医院的诊疗核心,但你可知道,从中世纪蒙昧与黑暗的初始形态快速发展到新一代数字化智能手术机器人平台,手术室从“野蛮”进化到现代的“精准诊疗”,一路“狂飙”经历了怎样的幻化演变。

真正意义上的现代外科手术,大约始于200年前。从19世纪下半叶至今,伴随着医学技术的快速进步,外科手术逐步从“哪里不好切哪里”的野蛮期进入到“修复与更换”、充满了各种复杂辅助器械和高科技装备的精细时代。现在,手术室正在向着数字化、智能化、机器人化的方向发展,让手术变得更微创、更精准、更安全、更高效,也更加人性化。


建于1822年带观摩席位的欧洲最古老手术室

手术室1.0

魔术师、牧师、理发师拿起手术刀


几千年间,中国、印度、南美洲、波斯、阿拉伯以及欧洲,外科手术在不同地区慢慢发展着,手术场所也千差万别。

现代手术室源于拿破仑时期的罗马军用帐篷和医院系统。第一支罗马医疗队由奥古斯都皇帝组建,医疗专业人员必须在陆军医学院接受培训,通过严格的考试,否则不能执业。

第一间近代手术室来自伊斯兰。但不可思议的是,同时期的欧洲可开展外科手术的并非都是专业医者,他们还可能是牧师、魔术师、理发师。

较为典型的是理发师,由于他们给人刮脸时经常出血,会随身携带绷带,有一定的伤口处理经验,因此便成为理发师外科医生。

在没有麻醉剂的时代,为了防止病人在术中乱动,医生们对其采取过各种极端措施:捆绑、灌醉、用棍棒打晕等。据悉,这一时期病人的死亡率高达70%,不过,他们究竟死于疾病本身还是手术过程,无从得知。

荒诞行径不止于此。为了防止出血和感染,人们曾用热油、烙铁灼烫皮肤,使之结痂,为减少患者痛苦,医生必须极力缩短手术时间。以至于速度太快,英国医生罗伯特·李斯顿曾创下一场手术死亡率300%的记录:患者因感染身亡;助手被划伤死于败血症;围观人员直接被吓到心脏病发而亡。


《截肢》,画中数名外科医生围住一名正在被截肢的男子


手术室2.0

剧场里的血腥表演

直到19世纪中叶,一直制约着外科手术技术的发展的疼痛、感染、出血等问题局面才有了改观。

1846年10月16日,美国医生威廉·汤姆斯·格林·莫顿首次在现麻省总医院的一间圆顶大厅实施了乙醚麻醉手术,拉开了近代麻醉史的序幕。


第一次公开使用乙醚麻醉

至此,人类得以摆脱手术的剧痛,麻醉也成为外科手术基石之一。

仔细观察后,我们发现一个有趣的现象。如今的手术室要求闲人免进,然而在19世纪,外科手术却是一种可以被围观的“表演”。当时的手术多在圆形剧场进行,空间狭小,观众密集,医生们对手术表演乐此不疲,享受着惊叹和掌声。

无论如何,乙醚、氯仿、笑气、氟烷等麻醉药品的发明都具有划时代的意义。不过,患者疼痛问题得到解决后,感染却始终困扰着人们。许多复杂手术,如卵巢切开术、开放性骨折处理、截肢手术等的感染率都超过了50%。

转机出现于1865年,英国外科医生约瑟夫·李斯特用石炭酸作为消毒剂开展了一例骨折手术,此后,标准的消毒灭菌制度在全世界建立起来。

手术室3.0

现代模式正式开启

现今,感染控制已成为医院管理工作的重中之重,其实,早在1884年,德国外科医生Gustav Neuber便设计建造了第一间无菌手术室 ,墙壁、地板、架子等均可清洗,所有器械经过消毒,工作人员也会在术前用氯化汞消毒剂清洗双手和脸部。


19世纪无菌手术室

此后,木制的剧场型手术室逐渐被取代。伴随着蒸汽灭菌法、洗手法、口罩、手术衣、灭菌橡胶手套等在手术中的应用,尤其是无影灯、透视仪、监护器等各种电器设备的使用,手术室大跨步向前发展。

20世纪中期,病房由分散走向集中,并具备了相应的环境控制标准,术后感染率稳步下降。

手术室4.0

集医疗高科技利器于一身

科技的发展,不断突破想象力的极限。1895年X射线的发现,使医生可以在无切口的情况下观察人体内部;1903年,心电图仪的问世提升了心脏疾病诊断能力;1929年,心导管技术的出现使心、肝功能研究成为可能。此后,超声扫描仪、CT、DSA、PET、MRI、内窥镜等先进设备让疾病诊疗更加精准高效。

基于此,英国学者Angelini于1996年提出复合手术室的概念。复合手术室融合了多种先进影像设备,通常包括DSA、CT、MRI等单复合,以及DSA+CT、DSA+MRI等双复合形式,也有堪称“航空母舰”的DSA+CT+MRI多复合手术室。在这里,可完成一站式术前诊断、术中治疗、术后评估,降低了患者术中移动的潜在风险。

与此同时,更具颠覆性的设备——手术机器人开始登场。1985年,美国医生使用工业机械臂完成全球首个机器人辅助的外科手术,1992年全球首个医疗手术机器人ROBODOC开展了骨科关节置换手术,90年代末腹腔镜手术机器人的鼻祖“达芬奇”开始正式开发。国内外企业热情高涨,纷纷布局腹腔镜、骨科、血管介入、肿瘤介入等细分领域。

01
手术室“机器人+”时代

近年来,在多重因素影响下,手术室实现数字化、智能化、机器人化的进程正逐渐加快,手术越来越“美好和治愈”。

在原有的复合手术室和系列手术机器人发展基础上,全新一代的手术机器人以及复合血管介入手术机器人平台,直击最根本的临床需求,整合了先进的术中精准影像技术、高精度导航技术、多臂融合机器人技术、新材料技术、人工智能技术以及全数字化流程,实现了诊疗一体化并能够完成全流程辅助。

同时采用一体化方案、模块化设计,可以快速适应不同客户、不同场地和术式的需求,从而构建出了具有便捷流程和超强适应性的全数字化、智能化、机器人化的手术室解决方案。

具体来看,高精度术中影像是数字化手术室的基础,结合术前多模影像的融合以及人工智能分析,可精准再现患者病变和周围组织结构的空间信息,帮助医生制定手术规划。同时,整个过程中,系统对手术行为和数据的记录、采集、分析,将进一步提升人工智能手术机器人的算法能力,通过数字化智能化推动外科手术走向标准化、逐步自动化。

数字化和智能化的高度发展,推动了混合现实技术在医疗领域的应用。

02
复合手术室是系统工程

从宏观角度,一体化复合手术室是一间配备齐全的手术室和导管室的整合。从具体建设角度,复合手术室是一项非常复杂的系统,包含智能工程、净化装修工程、设备工程、通讯网络工程、自控监控系统等多个子系统工程,还要将DSA、甚至术中CT、术中MRI等影像设备整合到现代化手术室中。

医院领导、主要临床科室、设备管理部门,要从全院发展的高度,来权衡是否建设是复合手术室?建设什么样的复合手术室?这不光考验医院的财力,也考验医院的综合管理能力。比如,2020年西南地区首个滑轨CT+DSA+术中放疗的手术室在重庆大学附属肿瘤医院投入使用,耗资接近亿元!

建设复合手术室,由于耗资巨大,切忌“拍脑袋”决策,必须医院临床需求为核心。首先,明确医院复合手术室专注哪几类疾病,才能有明确的着力点,确定到底是建设介入复合手术室还是外科复合手术室。

其次,在手术室设计和遴选设备时,管理者要充分认识到复合手术室绝不是简单的手术室+影像设备1+1=2问题,必须要从放射科、介入导管室的固有思维中跳出,全面围绕患者和疾病,考虑到术式和医生角度、麻醉站位、体外循环站位、手术等级、净化、设备联动、消毒等因素。

比如,在常规介入导管室中,DSA的扫描轨迹为直线进出;而在复合手术室中,因为有麻醉机和麻醉师在患者头部,DSA的扫描轨迹为L型进出。

再次,还要考虑设备运行环境。有的医院是新建大楼、手术室,有的医院则是改造旧手术室。手术室所在楼层、实用面积、房间最短边边长、承重、层高、电源储备,是否需要改造层流等,都是需要考虑的,必须要列出各种有利因素和不利因素,据此来判断各种设备是否能够进场以及充分发挥其作用。比如,有的医院复合手术室面积过小,但采购了一台可以满地跑的机器人介入设备,导致和麻醉医生抢空间,最终只能尴尬地停泊在头位,大笔的投资并没有发挥出应有的效益。

因此,复合手术室的建设,必须以临床需求为核心,同时临床、护理、医工、基建、信息等部门都要参与其中。

03
复合手术室:从规划到完成

由于不同医院的需求完全不同,因此复合手术室具有高度个性化,在初步完成设计方案后,可以考虑以视频可视化形式仿真模拟整个磨合手术室,并邀请手术全部参与者和设备供应商讨论。使用者可以身临其境地感受手术过程,包括人的站位和各种器械使用时是否互相掣肘,以及路径是否制约。

比如,肿瘤外科手术室通常会考虑设置滑轨CT,要将滑轨CT的行进路径考虑进来;比如,悬吊DSA方案,在增加宽轨后,要重新设计各种悬吊设备摆臂的位置。

在最终的建设阶段,同样由于不同设计方案导致最终所需要的施工及屏蔽方案各异,从百万到千万元不等,区间非常大。这是一个被低估的成本区间,在编制预算时,经常会因低估不同方案带来的成本剧烈波动。

比如,介入机器人,要使其充分发挥性能和优势,不仅要有足够大的机房面积,还需要地面绝对水平,其移动路径上不能有障碍等因素;比如,为考虑层流,需要设计宽轨悬吊,这就考虑房间层高;还比如,具备术中磁共振手术室,必须考虑磁力线分布的影响,这都会使整个复合手术室的建设成本大大增加。

尽管复合手术室能明显提高医院的综合实力,但是从前期需求分析、规划建设、再到后期使用磨合,都是一个非常复杂的系统工程;从编制预算、设备遴选、再到装修屏蔽,又是一个非常考验医院财力的项目。   

写在最后的话                        

回顾近几个世纪手术室的发展历史,不难发现科学理念的更新和技术的进步推动着手术室环境的演变,而现代手术室的设计已成为医学、工程学、建筑学、环境保护学等多门学科智慧的结晶。可以预想,当下流行的技术理念,如微创、腔镜、人工智能、机器人、远程协助等都会深切影响手术室未来的发展方向。随着科技的进步和医学人文的发展,未来的手术室必定是一个同时体现科技便利和科技服务于人的空间。


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