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计算机辅助外科的机遇与挑战

时间:2023-03-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:因此,临床医师进行计算机辅助外科的研究和临床应用,必须掌握相关专业必要的知识和技能。

虽然计算机辅助外科可以使外科手术更加精确和容易,但是也存在许多制约计算机辅助外科发展的因素。

首先,计算机辅助外科的基础和临床应用研究领域,属于信息科学和医学的交叉学科,虽然科学家很早就描绘了计算机辅助外科美好的未来,但迟迟实现不了在临床的广泛应用,主要原因就在于传统模式培养下的医生缺乏必要的工科背景知识,而相关工科专业人员,又很难掌握医学知识。在实际的合作研究过程中,如果医学人员不努力学一些基础的工科知识;工程人员不努力学一些基础的医学知识,则很难做出有价值的研究工作来。

其次,计算机辅助外科的许多研究工作,需要一系列昂贵的设备,比如计算机手术导航系统、虚拟现实系统、快速成型设备等,在国内只有少数实力雄厚的研究机构有条件开展相关的研究。

因而,虽然计算机辅助外科越来越得到相关学者的重视,取得很多成果,但是目前国内相关研究在深度上还不够,许多有价值的研究苗头,追踪不到后续的研究,大多属于研究生期间的一些探索性研究;涉及范围还不广,能够产生明显社会效益和经济效益的研究还不多,研究成果多停留在了课题组;研究队伍还不大,在临床中发现问题的医生缺乏解决问题的相关计算机知识,而具有解决问题能力的工科人员又很难找到真正有研究价值的临床问题。

“尺有所短,寸有所长。”计算机辅助外科是医学与计算机科学的交叉学科,对于如何进行计算机辅助外科的研究,最普遍的观点是通过医学研究人员与工科研究人员的合作,“取长补短,各尽所能。”只有这样,才能少走弯路,多出成果。

许多临床医师认为,计算机辅助外科对临床医生来说是一种工具,有专门开发工具的专业人员,把工具做好了,临床医师拿来能用好就行了,临床医生搞计算机辅助外科的研究,有越俎代庖、不务正业之嫌。然而,就进行交叉学科的研究来讲,精通所有涉及的学科不太可能,而只靠简单的合作,对自己不熟悉的学科没有足够的了解,在实际的合作中就不能准确地向合作者描述自己的问题,不能进行良好的合作。因此,临床医师进行计算机辅助外科的研究和临床应用,必须掌握相关专业必要的知识和技能。

虽然,应该掌握哪些具体内容会因所研究的具体问题而异,但是学习医学三维建模是外科医师进行计算机辅助外科研究和临床应用时无法回避的任务,也是合作者无法包办的工作。这是由以下两个核心问题所决定的。

其一,医学三维建模的最为关键一步在于图像分割,而不在于三维重建技术。

我们知道,在工业设计领域,不论是传统的CAD设计方法还是基于激光扫描点云数据和连续断层的轮廓线数据的逆向工程方法,三维重建都不是一个新的话题,各种算法和软件业已非常成熟。而制约三维重建在医学领域应用的关键是图像分割,在临床上应用最多的基于CT的三维重建,除了少数Housfield值与周围对比明显的组织,如骨骼、肺、造影后的血管外,其他组织器官均无法自动分割。即使是这些组织,由于受扫描层厚和容积效应的影响,计算机自动分割的轮廓也常常不能令医学研究者满意。医学研究者的解剖学先验知识,使其能判断图像分割的准确性,也能评价三维重建的效果。而工科背景的研究人员是无法对计算机自动分割的结果进行修正的,所以医学三维建模起码应该有医学研究人员的参与,而计算机性能的提高和软件的发展,使得医学研究者掌握图像分割方法不再是一个难点,最好是亲自来做。

其二,个性化治疗是现代外科的发展方向之一,同时临床病例的复杂多变,使得无论多么高明的模式化设计,都无法满足临床上复杂多变的不同需求。

对于一个外科医师,在诊治的全过程要对病灶局部解剖毗邻的空间关系尽可能多地了解,以达到精确的诊断、手术和术后评价。传统上,限于技术条件的不足,只能通过二维的图谱,X线片提供的信息在术者的大脑中重构患者病灶局部解剖结构的三维关系。随着CT、MRI等可以获得体数据集的影像设备的普及,临床上已经积累了大量的断层数据,这些数据除了提供影像学诊断外,还包含着大量的三维解剖学信息和临床病理信息,如果充分挖掘利用这些消息,使外科医师在术前、术中、术后获得人体生理和(或)病理的三维信息,从而对患者进行个性化的治疗,必然会促进外科的发展。

容易理解的是,临床遇到的问题复杂多变,只有作为主治的外科医生才了解什么是真正需要的信息,什么是真正需要解决的问题。而这些问题,可能有代表性,可以形成一个合作课题而通过与工科相关专业人员的合作来完成感兴趣区域的三维建模,从而进一步地研究分析;而更多的是一些个性化的问题,如果外科医师不能自己掌握医学三维建模方法,则问题得以积累,反之,则问题得以解决!

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