デジタル人体：「伝統的な解剖学」から「3Dプリント」精密医療へ

デジタル医療は、伝統的な「解剖学」の学問から派生した新しい研究分野で、コンピューターのデジタル化を利用して診断や治療におけるさまざまな問題を解決します。その発展は、医療「3Dプリンティング」の過去と現在を鮮やかに物語っています。

3Dプリントを利用した手術

少し前、60代の外科手術患者である尹道栄さんは、第三軍医大学西南病院で経過観察検査を受け、結果は順調に回復していることを示していた。これはまさに、第三軍医科大学生物工学学院デジタル医学研究所と西南病院心臓胸部外科が3Dデジタルナビゲーション、3Dプリント技術、3D支援設計の助けを借りて行った巨大胸部腫瘍切除および胸壁再建手術の事例です。

患者の左胸腔内に巨大な腫瘍があり、その腫瘍が肺葉をひどく圧迫していると報告されている。腫瘍の切除は難しいだけでなく、巨大な腫瘍を切除すると胸壁に重度の骨欠損が生じ、患者の術後呼吸機能に影響を及ぼします。第三軍医科大学デジタル医学研究所は、患者のCTデータを専門の医療画像処理システムにインポートし、コンピューター上で巨大腫瘍切除の手術計画を設計し、印刷した3Dモデルを使用して手術のリハーサルを行った。「デジタル医療」の助けにより、手術は非常にスムーズに進み、3Dプリントの助けを借りて製作された3次元の湾曲したチタンプレートは、胸壁の破損した端にぴったりと合いました。

「チタンプレートは通常平らで、胸壁の弧にフィットしにくいです。患者が呼吸すると、従来のチタンプレートはずれやすく、治療効果が限られています。3Dプリントは、患者が必要とする手術材料を個人的にカスタマイズすることに相当し、印刷物のサイズと寸法は患者が完全に設計できます。3Dプリント技術は、将来、精密医療の重要な手段になるでしょう。」とデジタル医学研究所のウー・イー准教授は紹介しました。

解剖学を蘇らせる

今世紀の初めに戻りましょう。山岳都市重慶では屋外の気温が40度近くまで上昇するなど猛暑が続いているが、実験室内の気温はマイナス25度まで下がっている。第三軍医大学デジタル医学研究所所長であり、わが国のデジタル医学分野の先駆者である張紹祥教授と彼のチームメンバーは、コート、毛糸の帽子、厚い手袋で完全武装し、忙しく人間の凍結切片作製に取り組んでいます。これらは普通の「スライス」ではありません。人体全体の何千ものスライス画像をコンピュータに入力し、一連の複雑な処理を経て、脳、心臓、肝臓を含む人体のデジタル全身データセットを取得します。

これは当時、米国と韓国に続く世界で3番目の視覚的人間データセットであり、スライス厚と画像解像度の点で以前のものよりも優れていました。米国におけるデジタル人体スライスは室温で行われるため、人体標本では「解凍」により大きな誤差が生じます。そのため、張紹祥教授は誤差をできるだけ少なくするために、マイナス25度の極寒の条件下でスライス作業を行うことにこだわった。「極寒」の実験室では2時間以上連続して作業することができず、室内と屋外の温度差は60度にも達する。研究者は外でタバコを吸って休憩し、その後研究室に戻って早朝まで仕事をすることがよくあります。

解剖学はデジタル化の導入によって活性化した古代の学問です。 2001年から現在までに、当研究所は8つの視覚化された人体データセットを取得し、男性器と女性器のセグメンテーションデータセットと3D再構築モデルを構築し、人体の複雑で抽象的な局所器官の断面解剖と3D視覚化研究を完了しました。それは私の国におけるデジタル医療研究の分野の先駆者でした。

「3Dプリントは非常に『流行』しているが、そのルーツはデジタル医療にある。精密なデジタル設計がなければ、『美しい』3Dプリントは生まれない。2001年以来、我々は勇敢に最前線を追い、精密医療と個別化医療の時代の到来を予見していたとも言える」と同研究所の医師、ファン・ビンジ氏は語った。

人体構造に関する新たな理解

薄層で高精度なデジタル人体画像や 3 次元可視化モデルの広範な応用により、従来の解剖学では「肉眼」では理解できなかった小さな隠れた構造が次々と発見されています。

従来の解剖学では、胸部と腹部の間にはそれほど多くの連絡がないと考えられてきましたが、デジタル解剖学では、実際には胸部と腹部の間に 10 個の「異常な経路」があることがわかっており、膵炎患者の腹水が胸腔に入る理由を説明しています。 PLOS one や Journal of anatomy などのトップ解剖学ジャーナルは、デジタル医学研究所による一連の重要な発見を掲載しています。

「現在、私たちの臨床実践との融合は主に2つの側面に反映されています。1つはデジタル診断で、巨大肝がんと周囲の血管の隣接関係や骨盤臓器脱における骨盤底構造の損傷の分析などです。もう1つはデジタル治療で、主に術前リハーサル、手術ナビゲーション、3Dカスタマイズ、主に3D再構成と3Dプリント技術の応用が含まれます」と、同研究所のコンピューターエンジニアである李英氏は述べた。

第三軍医大学の解剖学実験室も、人体標本解剖学教室からデジタル解剖学教室へと拡大しました。そこでは、医学生がデジタル研究所が開発した「仮想解剖学教育プラットフォーム」を巧みに利用して、コンピューター上の「3次元人体」にさまざまな外科手術を施しています。これは、標本の不足や実習機会の少なさに制限されることなく、実践的な教育の重要な補足となっています。

出典：人民日報オンライン

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