數字醫學，一個來自于傳統學科“解剖”的新型研究方向，用計算機數字化的手段來解決診斷和治療的種種問題。它的發展，生動詮釋了醫學“3D打印”的前世今生。
今年2月下旬，60多歲的患者殷道榮術后回到第三軍醫大學西南醫院醫院復查，結果顯示身體恢復良好。要知道，這是第三軍醫大學生物工程學院數字醫學研究所（下簡稱研究所）與西南醫院心胸外科合作，借助3D數字化導航、3D打印技術和3D輔助設計，完成的一例胸腔巨大腫瘤切除加胸壁重建手術。
借助3D打印做手術
此前檢查發現，患者的左側胸腔內有一個巨大的腫瘤，初步顯示為低度惡性腫瘤，且腫瘤已經嚴重壓迫肺葉，大肆侵犯胸壁，侵蝕左胸肋骨、肋軟骨和肋間內外肌，而且腫瘤與肺動靜脈關系較為復雜。不僅腫瘤切除有一定難度，巨大腫瘤切除后胸壁將出現嚴重的骨缺損，影響患者術后的呼吸功能，且患者心肺難以得到較好的胸壁保護。
研究所醫療團隊將患者的CT數據導入專業醫學圖像處理系統，對患者肺血管、肋骨、肋軟骨、胸骨、肺和胸腔巨大腫瘤進行了數據半自動分割和三維重建，在計算機上進行了巨大腫瘤切除術手術方案的設計，并根據對側胸骨的性狀和腫瘤侵蝕范圍，設計出突出胸壁的腫瘤和擬重建胸壁的3D模型，將打印出的3D模型進行了手術預演，并以3D設計打印的胸壁為模子，制作出了三維的弧形適形鈦板。
在“數字醫學”的協助下，手術進行得非常順利，3D打印輔助制作的三維弧形鈦板與缺損胸壁斷端完全吻合。
“鈦板通常是平面的，難以與胸壁弧形相貼合，隨著患者呼吸運動，常規鈦板容易出現移位等情況，治療效果有限。而3D打印則相當于對患者所需手術材料的一種私人定制，打印物的大小、尺寸完全可以自行設計。”研究所副教授吳毅介紹說，“3D打印技術將成為未來精準醫療的重要手段。”
數字醫學，一個來自于傳統學科“解剖”的新型研究方向，用計算機數字化的手段來解決診斷和治療的種種問題。它的發展，生動詮釋了醫學“3D打印”的前世今生。
讓解剖重新煥發活力
時間倒退到本世紀初。“火爐”重慶的戶外已近40℃，實驗室卻是-25℃的嚴寒。研究所所長張紹祥帶著團隊成員，大衣、毛帽、厚手套全副武裝，正在緊張地進行人體冰凍切片。
這不是普通的“切片”，他們把整個人體上千的切片圖像輸入計算機，經過一系列復雜的處理，獲取數字化人體包括大腦、心臟、肝臟的全身數據集。
這是當時世界上繼美國、韓國之后的第三例可視化人體數據集，無論在切片層厚和圖像分辨率上都優于前述。由于美國數字化人體切片是在常溫下進行，人體標本會因“解凍”出現較大的誤差。因此，張紹祥堅持在-25℃的低溫下開展切片，最大限度減小誤差。
解剖是一門古老的學科，數字化的引入讓它重新煥發活力。據張紹祥介紹，數字醫學研究所目前已具備高精度斷層切片機、低溫冰凍實驗室、高精度數控銑床、精細薄層斷面標本鋸切實驗室、Detrobeam人機交互虛擬手術展示平臺、圖像圖形工作站等，在數字化解剖、數字人輔助影像診斷、數字化醫學教學、醫學圖像處理包括圖像融合、配準、分割方面取得了較大發展。
在數字化可視人體研究的基礎上，該研究所還相繼開展了數字解剖學、數字化醫學圖像處理、數字化診療方面和數字化醫院管理系統的研究，并在數字化解剖教學、臨床輔助診斷與治療方面取得了多項研究成果。從2001年至今，研究所已獲取了8例可視化人體數據集，并構建了男性、女性全身臟器的分割數據集和三維重建模型，完成了人體局部復雜、抽象器官的斷層解剖學與三維可視化研究。
“3D打印很‘時髦’，但它的潛力在于數字醫學，沒有精確的數字化設計，就沒有‘漂亮’的3D打印。可以說，從2001年起，我們就瞄準前沿，預見了精準醫學、個性醫學時代的到來。”研究所博士方彬吉說。
全新認識人體結構
張紹祥告訴記者，隨著薄層、高精度數字化人體圖像和三維可視化模型的廣泛應用，傳統解剖中肉眼所不理解的微小隱蔽結構也不斷被發現。
他舉例說，在原來的解剖認知中，公認肛提肌分為三個部分，主要運動路徑是“向上”，肌纖維與陰道或前列腺相連；而通過數字解剖學研究發現肛提肌分為四個部分，運動路徑實際是“向前移動”，而且肛提肌纖維與陰道或前列腺并不直接相連。再如，傳統的解剖學認為胸部與腹部并無多少交流，而通過數字解剖學卻發現胸部與腹部之間實際上有10個“異常通道”，這就解釋了為什么胰腺炎患者的腹腔積液可以進入胸腔。目前，數字醫學研究所已將這一系列發現發表在PLoS ONE、Journal of Anatomy等解剖類著名刊物。
此外，研究所和工業與信息化部還聯合開發了一套基于中國數字化人體的男性與女性全身輻射劑量吸收計算模型，該模型能通過計算機模擬計算人體各臟器所能吸收的輻射劑量。
“目前，我們與臨床的結合，主要體現在兩個方面：一方面是數字化診斷，比如巨大肝癌與周圍血管的毗鄰關系、盆腔臟器脫垂的盆底結構損傷分析；另一方面是數字化治療，它主要包括術前預演、手術導航和3D定制，主要為3D重建和3D打印技術的應用。”研究所計算機工程師李穎說。