2019-06-04 18:34:05 热度:

从引进到自主研发——北京大学口腔医院数字化外科发展10年历程

回忆北京大学口腔医院数字化外科发展的几个阶段

历史机遇

口腔医学数字化技术在中国的萌芽可以追溯到上个世纪90年代,令人印象深刻的两个标志性事件分别为吕培军教授倡导的CAD/CAM口腔修复技术和刘彦普教授报道的CAD/CAM下颌骨修补体。2009年,正值医学数字化技术从科研技术走向临床应用的关键时期,我院口腔颌面外科的教授们看到了数字化技术蕴含的巨大发展前景,相继将自己课题组的研究方向与数字化研究结合,比如郭传瑸教授、张益教授、蔡志刚教授等。还有大量年轻医生的临床创新也呼吁口腔颌面外科有一个属于自己的数字化基地。2009年北京大学口腔医院口腔颌面外科筹备成立数字化外科实验室,2010年正式成立,实验室装备大量先进的数字化装备,包括三维扫描仪,3D照相机、3D打印机、手术导航系统等硬件(图1)以及几乎所有用于医学三维数字设计的软件。在2010年,中国只有北大口腔和香港大学具备这样的数字外科实验室,而我们的装备水平可以说是国内领先的。

 

图1外科数字化外科实验室及设备和软件

 

 

迅速成长

 

数字化外科实验室的成立极大地推动了口腔颌面外科的数字化进程。2010年装机导航工作站,当年共完成导航引导手术63例,而且涵盖了创伤、修复重建、牙颌面畸形、颅底肿瘤、三叉神经痛等口腔颌面外科的所有病种,呈现出“遍地开花”的发展态势(图2~4)。截至2018年12月31日,我科的导航引导手术例数已经达到1005例次,可能是迄今世界上例数最多的一组导航引导口腔颌面外科手术病例。近10年来,口腔颌面外科依托数字外科实验室申请的科研项目累计30多项,从国家863重点研发项目,国家自然科学基金,北京市科委项目、首都特色医疗项目到新技术新疗法,累计金额超过3000万。2019年,在大量循证医学的基础上,发布了导航引导手术的四个专家共识。2010年,为了促进数字技术在口腔颌面外科领域的推广应用,以数字化实验室为依托,由郭传瑸教授主持开办了“数字化技术在颅颌面外科应用”系列学习班(图5),该学习班旨在普及手术虚拟规划、三维数据获取、导航引导手术等临床常用的数字化技术,并不断更新该领域的研究进展。截止目前已经举办了七届,累计学员接近1000人。

 

图2 数字化设计及制造个性化植入体及导航手术辅助颅骨缺损修复

 

图3 数字化技术辅助正颌外科

 

 

图4 数字化技术辅助功能性颌骨缺损重建

 

图5第一届“数字化外科技术在颅颌面外科的应用”学习班

 

 

引进遇到困境

自主创新才有出路

 

就在数字化技术的平台基本搭建,技术进一步细化、衍生的过程中,我们逐步体会到“引进”的局限性。最初,我们发现每个国外的软件都有自己的数据格式,导致数据无法在不同的软件之间输入、输出,这给建立临床应用的标准化技术流程造成很大障碍。后来,随着我们对技术的理解不断深入,对于数据处理的需求也不断细化和深入,而国外的商业软件无法为我们的技术需求定制专门的软件模块,很多数据处理工作都要经过几个软件之间的复杂流转才能完成,有些数据处理需求根本无法满足。 

而此时,郭传瑸教授作为项目负责人863项目“颅颌面外科精确治疗机器人系统”的研发工作已经取得阶段性进展,课题组已经基本具备了与国外软件研发公司类似的底层模型和代码储备,基于北大口腔颌面外科专业病种技术流程进行软件开发成为可能。2014年,北京大学口腔医院与国内一软件研发公司正式建立了科研合作关系,将部分手术设计和导航软件的技术进行成果转化,开发自主知识产权的颅颌面外科手术设计及导航软件。2018年双方共同开发的颅颌面手术规划系统(CCMFPlanV1.0)获得软件著作权授权(2018SR448714)(图6)。 

 

图6颅颌面手术规划系统(CCMFPlanV1.0)

 

手术设计软件按照病种设计操作模块,数据处理过程完全按照我院口腔颌面外科对于典型疾病的治疗程序和特点进行,我们称之为为“北大口腔流程”。目前已经开发成熟并投入使用的软件模块包括“正颌外科手术设计模块”、“腓骨血管化肌骨瓣颌骨缺损修复重建模块”、“肿瘤切除模块”和“颅底及面侧深区穿刺模块”。 

随着我国IT产业,尤其是软件研发产业的不断成熟和规范,能够提供软件开发服务的团队也不断增多。相信未来将会有更多的软件研发人员加入医学数字化的队伍,我们也还陆续有新的研发成果问世。

 

共享模式的建立

 

通过多期数字化学习班的举办,我们发现数字化技术的普及应用面临难题。首先,数字化技术的建立需要软件、硬件的支持和必要的场地,需要大量资金投入。其次,医生的背景知识是医学知识,对于软件处理、逆向工程等工科操作并不擅长,往往无法保证质量;最后,应用数字化给医生增加了资料获取、数据处理等很多额外的工作,医生的负担日益加重。医生的主观能动性差,数字技术在医疗领域的推广就会受到阻碍。 

现在的社会是一个专业分工高度发达的时代。基于“专业细分”的理念,我们将数字化设计的技术流程和数字化诊疗流程进行剥离,根据每个环节的技术特点规定该环节由工程师完成或是医生完成。在整个流程中引入工程师角色,从而大大节约了医生的时间和精力投入。因为大家各司其职,都做了自己擅长的事情,整个流程变得顺畅而高效。同时,在共享经济的时代,我们的数字外科实验室资源也开始向兄弟院校共享,也就是基层医院无需购买昂贵的软件和硬件设备,他们的患者也能采用“北大口腔数字化外科流程”进行诊疗。

北大口腔数字化外科事业历经10年发展,从引进到自主创新,逐步将数字化技术融入本科室典型病种的诊疗过程中,建立了有北大口腔特色的诊疗流程;与此同时数字化技术也助力了学科的发展,达到了1+1>2的目的。下一个十年,随着信息化技术、数字产业的发展,5G时代的到来,虚拟现实、人工智等技术必将与医学密切结合,形成更新更好的诊疗技术,造福更多的患者。

 

专家介绍

 

 

刘筱菁,2007年获整形外科博士学位。现任北京大学口腔医院激光整形美容室主任,数字化外科实验室负责人。专业特长包括正颌外科、软组织整形美容手术、注射美容、激光治疗等。社会兼职包括中华口腔医学会计算机专业委员会委员,中国整形美容协会美容与再生分会常务理事、北京医学会激光医学分会委员、国际坚固内固定协会(AO)亚太讲师、世界临床激光学院(WCLI)Fellow等。承担科技部863项目、自然科学基金、AO-CMF研究基金等多项科研项目。

口腔医院北京大学数字化外科历程

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