【健康前沿】
零磁技術(shù)傾聽人體極弱“磁語(yǔ)”，為心腦血管疾病提供早期預(yù)警；電子“創(chuàng)可貼”將藥物精準(zhǔn)遞送至病變細(xì)胞內(nèi)部；機(jī)器人塑造“小創(chuàng)口，大健康”手術(shù)新范式……近年來(lái)，醫(yī)工交叉融合成為醫(yī)學(xué)創(chuàng)新的重要驅(qū)動(dòng)力。
從臨床需求反向推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，到多學(xué)科協(xié)同攻關(guān)，從科研團(tuán)隊(duì)“接單”設(shè)備研發(fā)，到醫(yī)療方案落地為患者送去福音，醫(yī)工交叉領(lǐng)域的探索與實(shí)踐，正不斷拓展醫(yī)療邊界，深刻改變著醫(yī)療服務(wù)模式和未來(lái)走向，為守護(hù)人類健康注入新動(dòng)能。
更無(wú)創(chuàng)
“醫(yī)”有所呼
西湖大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬杭州市第一人民醫(yī)院院長(zhǎng)助理、臨床研究部主任 王瑩
在胸痛中心一線奮戰(zhàn)的醫(yī)生常面臨這樣的無(wú)奈：約30%的急性心?；颊咭虬Y狀不典型（如僅表現(xiàn)為牙痛、上腹痛、惡心或乏力）被漏診，尤其是老年、女性及糖尿病患者，其疼痛閾值較高，更容易出現(xiàn)非典型表現(xiàn)。
心電圖作為初步篩查工具，對(duì)非ST段抬高型心梗的敏感性不足50%，且易受基礎(chǔ)疾病（如左束支傳導(dǎo)阻滯、心肌肥厚）干擾，導(dǎo)致假陰性率居高不下。更棘手的是，冠脈造影雖被視為診斷冠心病的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其僅能評(píng)估心外膜大血管的狹窄程度，無(wú)法識(shí)別微循環(huán)障礙、血管痙攣或細(xì)胞級(jí)別的電活動(dòng)異常。因此，這類患者往往因反復(fù)胸痛就診，卻因造影結(jié)果“未見明顯狹窄”而被誤判為功能性病變，最終錯(cuò)失早期干預(yù)時(shí)機(jī)，甚至進(jìn)展為心力衰竭或惡性心律失常。
此外，傳統(tǒng)影像學(xué)檢查存在諸多局限：冠狀動(dòng)脈CT雖能有效評(píng)估血管狹窄，但輻射暴露及碘對(duì)比劑過敏風(fēng)險(xiǎn)限制了其重復(fù)使用；心臟MRI（磁共振成像）雖可精準(zhǔn)評(píng)估心肌存活性和纖維化，卻對(duì)植入金屬器械（如起搏器）的患者構(gòu)成禁忌。而依賴心肌酶（如肌鈣蛋白）的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，需等待2～4小時(shí)的窗口期才能顯示升高，對(duì)于超急性期（發(fā)病1小時(shí)內(nèi)）的心肌缺血幾乎無(wú)診斷價(jià)值，且這種滯后性可能導(dǎo)致再灌注治療延遲，顯著影響患者預(yù)后。
當(dāng)前臨床亟須一種無(wú)創(chuàng)、快速、高敏感性的早期診斷技術(shù)，能夠突破傳統(tǒng)方法的時(shí)空限制。一方面需在癥狀出現(xiàn)初期（如心肌細(xì)胞缺血但未壞死階段）捕捉異常電生理或代謝信號(hào)；另一方面需兼顧微循環(huán)及分子層面的功能評(píng)估，以填補(bǔ)現(xiàn)有“盲區(qū)”。
“工”有所應(yīng)
杭州極弱磁場(chǎng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施研究院副總工程師 王亞翔
心腦血管疾病在我國(guó)呈現(xiàn)多發(fā)、高發(fā)態(tài)勢(shì)，且具有早期難發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)。為解決這些問題，我們以建設(shè)“極弱磁場(chǎng)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施”為契機(jī)，將在極弱磁場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域積累的科技成果轉(zhuǎn)化為零磁醫(yī)學(xué)裝備。
這種基于超高靈敏極弱磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)的零磁醫(yī)學(xué)裝備，不僅可實(shí)現(xiàn)心臟和大腦功能信息的精準(zhǔn)檢測(cè)、快速成像以及無(wú)創(chuàng)檢查，為心肌缺血、缺血性腦卒中等心腦血管疾病的早期篩查提供新的手段，且可以其無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射以及低成本等特點(diǎn)，廣泛用于嬰兒、孕婦以及老年人等特殊群體，開展兒童腦發(fā)育評(píng)估、成年人精神疾病診斷以及老年退行性疾病診療等。還可為中醫(yī)診療機(jī)理驗(yàn)證提供科學(xué)依據(jù)和手段。
此外，我們還與國(guó)內(nèi)多家高水平研究型醫(yī)院開展合作，成立零磁醫(yī)學(xué)聯(lián)合驗(yàn)證中心，在38家醫(yī)院投放50余臺(tái)零磁醫(yī)療設(shè)備。依托合作醫(yī)療機(jī)構(gòu)采集心腦磁元數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)，利用臨床數(shù)據(jù)，構(gòu)建心腦磁疾病診斷算法模型，開發(fā)臨床疾病輔助診斷、疾病風(fēng)險(xiǎn)等系統(tǒng)，為零磁醫(yī)學(xué)健康評(píng)估和疾病診斷標(biāo)準(zhǔn)模型的建立提供依據(jù)。
更精準(zhǔn)
“醫(yī)”有所呼
中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院乳腺外科副主任醫(yī)師 劉嘉琦
疾病的精準(zhǔn)治療，依賴于高效的用藥方式。然而，現(xiàn)有的藥物遞送方式面臨兩大挑戰(zhàn)：首先，傳統(tǒng)的口服或者靜脈輸液的給藥方式效率有限，大多是作用于全身，到達(dá)特定器官的藥量可能不足初始藥量的1%。其次，即使是現(xiàn)行的靶向性治療也很難做到精準(zhǔn)的靶向，一些藥沒有到達(dá)病灶區(qū)域，反而造成了正常器官的損傷，可能會(huì)引起非靶器官的毒副作用。例如在癌癥的治療過程中，由于化療藥物的毒副作用較強(qiáng)，可能會(huì)造成掉頭發(fā)、身體虛弱、心臟毒性等癥狀。
此外，我們面臨的一個(gè)臨床難題是，攜帶有遺傳性乳腺癌-卵巢癌綜合征相關(guān)基因（BRCA1/2等）突變的女性，面臨很高的乳腺癌和卵巢癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。按照目前國(guó)內(nèi)外指南，預(yù)防性切除可能是唯一降低相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的手段，但這對(duì)于女性來(lái)說(shuō)，是個(gè)極大的身體創(chuàng)傷和心理負(fù)擔(dān)。那么，有沒有可能通過局部更微創(chuàng)的干預(yù)降低腫瘤風(fēng)險(xiǎn)呢？這對(duì)于這部分高風(fēng)險(xiǎn)女性來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)很大的福音。因此，開發(fā)精準(zhǔn)、安全、高效的靶向器官藥物遞送技術(shù)，是提高臨床治療效果的核心要?jiǎng)?wù)之一。
“工”有所應(yīng)
北京航空航天大學(xué)醫(yī)工學(xué)院副院長(zhǎng) 常凌乾
如何解決這一難題，我們的解決思路非常直接——盡可能減少體內(nèi)循環(huán)，將藥物精準(zhǔn)遞送到靶器官的病變細(xì)胞中。
基于此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)小型的、局部的給藥系統(tǒng)，這就像給器官內(nèi)部病變區(qū)域貼上一個(gè)微型“創(chuàng)可貼”。這套微型系統(tǒng)的工作原理，是利用電場(chǎng)在細(xì)胞膜上打開微小孔道，將藥物精準(zhǔn)遞送到細(xì)胞內(nèi)部。這聽起來(lái)簡(jiǎn)單，但想要在體內(nèi)真正實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效、安全的局部遞送，需要解決兩個(gè)難題。
首先，一個(gè)器件要想植入人體內(nèi)，一定要具有輕、薄、能夠裝載藥物還能產(chǎn)生電場(chǎng)這幾個(gè)核心特征。然而，傳統(tǒng)的微納加工技術(shù)主要基于硅基材料，制作出的器件較大，并不能滿足藥物遞送“植入體內(nèi)”的需求。我們研發(fā)的芯片使用柔性電子材料，形成了六層微納結(jié)構(gòu)電子貼片，可直接附著在器官表面。這個(gè)復(fù)雜的微型系統(tǒng)巧妙地將藥物裝載、電場(chǎng)啟動(dòng)、納米級(jí)電場(chǎng)聚焦以及藥物的精準(zhǔn)遞送等功能整合在一起。對(duì)比傳統(tǒng)的電遞送方法，這一系統(tǒng)的藥物分子遞送速度提升了上萬(wàn)倍。
第二個(gè)核心難點(diǎn)是器件進(jìn)入人體后如何降解的問題。既然這個(gè)微型系統(tǒng)需要植入人體內(nèi)工作，那么它完成任務(wù)后必須能夠安全地在體內(nèi)降解吸收。為此，每一層都要選用可降解的材料。我們精心篩選了一系列具有良好生物兼容性的材料，通過精密的微納加工工藝，將這些可降解的材料制成器件。這樣，整個(gè)“創(chuàng)可貼”系統(tǒng)在完成其藥物遞送使命后，就能在體內(nèi)自然分解消失。
精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，臨床應(yīng)用新需求不斷給科研工作提出新要求，我們必須將不斷努力，提高藥物遞送的精準(zhǔn)度和效率，助力精準(zhǔn)診療加速發(fā)展。
更靈活
“醫(yī)”有所呼
北京大學(xué)首鋼醫(yī)院泌尿外科副主任 王剛
臨床中，傳統(tǒng)的“開腹手術(shù)”方式，醫(yī)療團(tuán)隊(duì)面臨著視野不清、操作困難、難以徹底清除病灶等多重挑戰(zhàn)。隨著技術(shù)進(jìn)步和先進(jìn)設(shè)備的引入，泌尿外科已經(jīng)由“開腹手術(shù)”時(shí)代進(jìn)入微創(chuàng)時(shí)代，在高清顯像系統(tǒng)的幫助下，還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)出血、無(wú)損傷手術(shù)。
但是，傳統(tǒng)的腹腔鏡器械需要醫(yī)生親手操作，這就導(dǎo)致兩個(gè)問題，一是人類關(guān)節(jié)活動(dòng)極限對(duì)于手術(shù)本身的限制；二是醫(yī)患必須處于同一時(shí)空，而醫(yī)療資源分布不均勻，可能導(dǎo)致部分患者不能得到最有效、最及時(shí)的治療。
為解決這些問題，機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。比如國(guó)外某著名機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，一經(jīng)推出就受到外科醫(yī)生的歡迎。但它價(jià)格高昂，還存在手術(shù)創(chuàng)口較大、創(chuàng)口數(shù)量較多等弊端，可能導(dǎo)致患者體表創(chuàng)傷明顯、術(shù)后疼痛等問題。
因此，急需開發(fā)具有更高穩(wěn)定性、更大靈活性、創(chuàng)傷更小、可突破時(shí)空限制、價(jià)格親民的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，為廣大患者帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)、更精準(zhǔn)、更安全的治療體驗(yàn)。
“工”有所應(yīng)
上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院教授 徐凱
外科手術(shù)正在經(jīng)歷一場(chǎng)由“多孔”向“單孔”、再邁向“無(wú)痕”的深刻變革。單孔腔鏡手術(shù)作為微創(chuàng)領(lǐng)域的重要方向，對(duì)手術(shù)器械的靈活性、穩(wěn)定性與精度提出了極高要求。而現(xiàn)有的單孔器械手術(shù)，因空間重疊與器械干涉，醫(yī)生操作負(fù)擔(dān)沉重，難以大范圍推廣。為此，我們啟動(dòng)了術(shù)銳單孔手術(shù)機(jī)器人的研發(fā)。
要推動(dòng)技術(shù)從概念走向產(chǎn)品，首先要將臨床醫(yī)生的需求轉(zhuǎn)化為工程語(yǔ)言。我們通過對(duì)偶連續(xù)體機(jī)構(gòu)與超彈性材料的應(yīng)用，自主研發(fā)“蛇形臂”核心技術(shù)，解決了單孔機(jī)器人在人體狹小腔體中“進(jìn)得去、夠得到、動(dòng)得開”的難題，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的多自由度、多術(shù)式、跨?？频氖中g(shù)適配能力。醫(yī)生再不必為“器械打架”煩惱，僅在單一切口下即可完成復(fù)雜精細(xì)的操作。
我們深知，工程能力必須持續(xù)貼近臨床現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行迭代，只有通過高頻、深度的醫(yī)工交叉合作，才能推動(dòng)工程技術(shù)和醫(yī)療技術(shù)共同進(jìn)步。目前，我們研制的單孔手術(shù)機(jī)器人已在國(guó)內(nèi)多家頂級(jí)醫(yī)院完成超過1500例臨床應(yīng)用，涵蓋泌尿外科、婦科、胸外、普外、小兒外科等多個(gè)領(lǐng)域，手術(shù)效果穩(wěn)定，患者恢復(fù)良好。值得驕傲的是，今年4月，在蘇州，中國(guó)醫(yī)生團(tuán)隊(duì)利用我們的機(jī)器人系統(tǒng)，“跨越”8000公里，成功為遠(yuǎn)在羅馬尼亞的患者實(shí)施了一場(chǎng)遠(yuǎn)程胸外科手術(shù)，驗(yàn)證了中國(guó)原創(chuàng)技術(shù)的可靠性。
未來(lái)，隨著人工智能、圖像導(dǎo)航、遠(yuǎn)程操控等新技術(shù)的不斷融入，我們有信心讓手術(shù)機(jī)器人變得更加“聰明”，為全球更多患者帶來(lái)更安全、更精準(zhǔn)、更微創(chuàng)的治療選擇。
