研发三维导航系统为何要从源代码开始

  三维导航系统对于很多医生来说都不算陌生，它能将人体内多个器官和组织结构进行立体重现，从而令很多医疗操作更加简便、精准。然而，若三维重建这个关键步骤需由国外同行完成，我国学者的相关科研就会受到各种各样的束缚。因此，解放军总医院梁萍教授及其团队历经6年自主研发的三维可视化导航系统，理应引起许多国内同行的关注。

  复杂计算让机器做

  解放军总医院介入超声科研发的肿瘤消融治疗三维可视化导航系统，近日已完成成果转化走进临床。

  从临床应用看，该系统实现了肿瘤消融术前的精确规划、术中适时导航和术后良好评估。

  该系统可根据患者CT或MRI影像资料，在数分钟内还原成彩色人体三维可视化立体图像，清晰显示埋在脏器深部的肿瘤及其与周边血管、胃肠等结构的关系。接下来，该系统会在后台对相关信息进行处理，将肿瘤体积、肿瘤与周围重要器官的空间位置距离、完全覆盖肿瘤所需要的多针热场组合方式等数据迅速计算出来，帮助医生进行手术规划，以三维立体的视图模式将规划的进针点、进针角度，以及进针次数等重要信息呈现给术者。而以往这些从二维影像资料到三维立体模型的转化过程只能由医生根据经验在大脑中想象，年轻医生只能望而却步。该团队前期研究结果表明，三维可视化系统在肝脏及肾脏>3cm肿瘤的治疗中可以提升手术医生的信心，合理规划手术方案，提高首次治疗成功率和技术有效率，降低肿瘤局部进展率。

  “当太多的事情只能由有经验的医生才能完成时，就意味着这项技术的门槛过高，同时在不同医生之间治疗效果也必然会存在很大差距，影响其规范推广。”该研发团队的负责人、解放军总医院介入超声科梁萍教授说，“所以我们的三维导航系统对临床的主要贡献是能够帮助医生降低操作难度，缩小不同医生治疗效果的差距。”

  不让源代码束缚我们

  早在2009年，梁萍教授就敏锐地发现了计算机辅助手术在临床发展中日益重要的地位，而当时国内在医学三维可视化系统的研究尚属空白，国外研究刚起步，软件价格昂贵、缺乏通用接口、临床实用性差。于是，他们以影像工程实验室为依托，组建研发团队，从源代码的书写开始，尝试搭建三维可视化系统框架。

  在梁萍教授看来，三维可视化导航系统在临床科研领域拥有巨大潜力。以往没有我们自主研发的三维可视化系统时，我国医生要想通过三维建模系统了解患者病变的立体构造，往往需要将患者的CT、核磁等影像资料传输给国外专业的三维建模公司或团队，然而受费用限制，医生最终只能拿到有限的信息，真正具有研究价值的源代码都要留给他人。

  要想提高科研团队在软件开发与应用的自主创新能力和竞争力，就必须拥有一套具有自主知识产权的源代码，只有这样才能在此后的科研当中掌握主动权以及拥有核心开发能力，才能在软件系统的进一步开发当中占领先机。自主掌握软件的源代码，了解软件的基本原理，可以针对不同病例的治疗需求对软件的参数进行调节；可以根据临床需求在原来的基础上对软件进行更新升级，改进或增加新功能模块；可根据需求，研发与其他科研软件的接口，扩大软件的应用范围，提高应用效率，使三维可视化平台具有可持续发展性，以适应临床医学的飞速发展，解决新问题。

  梁萍教授说：“没有源代码，我国医生要想开展相应的临床研究几乎不可能，而大量患者的临床资料中必然蕴藏着值得我们挖掘的科研信息。因此，我们需要从源代码开始研发三维可视化平台，才有可能开发我国丰富的临床资源这个宝藏。”

  跨界研发未必很难

  目前，在“国家科技支撑计划”、“国家自然科学基金重点项目”的资助下，梁萍团队研发的三维可视化导航系统已经初步实现了智能化，但在研发者眼中它还有值得继续完善的地方。比如，尚有肿瘤空间定位、肿瘤消融边界准确判识以及多模态影像融合介入手术规划等基础科学问题等待解决。针对这些问题，梁萍及其团队对未来的研发方向做出了初步设想，如提高肿瘤空间定位准确性，提高手术规划的科学性，提高手术导航精准性，优化手术导航理论方法等。

  梁萍教授说：“由于这一系列研究涉及领域已经远远超过了医学，因此我们在研发之初就克服各种困难，为团队集纳了计算机、数学等专业的研发人员，同时也与很多高校的科研团队进行合作，才使这项跨界研究得到顺利推进。很多人觉得跨界研究很困难，其实只要找到最优秀的专业团队，或者直接将优秀人才纳入科研团队，大家各司其职完全可以实现共同的目标。”目前该团队合作的高校主要有清华大学、浙江大学、北京理工大学等，这些高校在不同领域所做的相关研究是推动整个研发过程的基础。

  合作者说：

  珠海和佳医疗设备股份有限公司 陈庆辉

  梁萍教授及其团队从2009年着手研发，到2012年软件系统各项功能的逐步完善，再到2014年实现三维可视化平台系统与智能化微波仪对接，已获得发明专利9项。作为企业，我们非常荣幸能够在2014年底与这个出色的团队进行合作。通过与临床工作者的密切沟通，将团队的研发成果顺利转化为贴近临床的产品，我们的合作顺利进行与以下两个原因密不可分。

  首先，该团队在此领域具有国内领先地位，他们在临床、科研上具有丰富的经验，能够提出满足临床需要的关键需求，给企业工程人员指明研发生产的方向。在与他们的合作交流中，工程技术人员能够整合现有的工程技术资源，研究亟待解决的工程技术难题，开发出真正贴合临床的医疗产品。

  其次，该团队能够积极与知名高等院校、医疗机构展开“理、工、医”结合的全面合作，整合各方资源，各取所长，用数学、物理方法解决工程技术中的难题，更快、更好地达到资源的合理利用，研发出具有高科技含量的实用性产品。