北京大学口腔医院从引进到自主研发——北京大学口腔医院数字化外科发展10年历程

专家:刘晓静

北京大学软件学院

回忆北京大学口腔医院数字化外科发展的几个阶段

历史性机遇

数字化口腔医学技术在中国的萌芽可以追溯到20世纪90年代。吕教授倡导的CAD/CAM口腔修复技术和刘延普教授报道的CAD/CAM下颌骨修复技术是两个令人印象深刻的标志性事件。2009年，在医学数字化技术从科研走向临床应用的关键时期，我院口腔颌面外科教授看到了数字化技术的巨大发展前景，先后将自己课题组的研究方向与数字化研究相结合，如郭传燮教授、张毅教授、蔡志刚教授等。还有大量年轻医生的临床创新，也要求口腔颌面外科有自己的数字化基础。2009年，北京大学口腔医院口腔颌面外科准备建立数字化外科实验室，2010年正式成立。实验室配备了大量先进的数字化设备，包括3D扫描仪、3D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3D数字化设计的软件。2010年，国内只有北大口腔和港大有这样的数字化手术实验室，我们的设备水平可以说是国内领先。

图1数字外科实验室、设备和软件

快速增长

数字化外科实验室的建立极大地推动了口腔颌面外科的数字化进程。2010年安装导航工作站，当年完成导航引导手术63例，覆盖口腔颌面外科所有疾病，如外伤、修复重建、牙颌面畸形、颅底肿瘤、三叉神经痛等。，呈现出“遍地开花”的发展趋势(图2-4)。截至2018年12月31日，我科导航引导手术病例已达1005例，可能是全球导航引导口腔颌面外科病例最多的群体。近10年来，口腔颌面外科申请了30多个基于数字化外科实验室的科研项目，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、首都特色医学项目到新技术、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，为了推动数字化技术在口腔颌面外科领域的推广应用，依托数字化实验室，郭传燮教授主持了一系列学习课(图5)，旨在普及虚拟手术规划、3D数据采集、导航和引导手术等常用数字化技术，不断更新该领域的研究进展。到目前为止，已经举办了七届，共有近1000名学生。

图2辅助颅骨缺损修复的个性化植入物和导航手术的数字化设计和制造

图3数字技术辅助正颌外科手术

图4数字化技术辅助功能性颌骨缺损重建

图5“数字化手术技术在颅面外科的应用”第一课

入门有困难

自主创新是出路

在数字技术平台的基本建立和技术的进一步细化和衍生过程中，我们逐渐认识到“引进”的局限性。一开始我们发现每一款国外软件都有自己的数据格式，导致不同软件之间无法进行数据输入输出，给临床应用标准化技术流程的建立造成了很大的障碍。后来随着我们对技术认识的加深，对数据处理的需求也在不断细化和深化。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，很多数据处理工作只能通过几个软件之间复杂的传递来完成，有些数据处理需求根本无法满足。

此时，项目负责人郭传燮教授在863项目“颅颌面外科精确治疗机器人系统”的研发上取得了进展。课题组已基本具备类似国外软件研发公司的底层模型和代码储备，有可能开发出基于北京大学口腔颌面外科专业疾病技术流程的软件。2014年，北京大学口腔医院与国内某软件研发公司正式建立科研合作关系，改造部分手术设计和导航软件技术，开发具有自主知识产权的颅面手术设计和导航软件。2018年，双方共同开发的颅面手术规划系统(CCMFPlan V1.0)获得软件版权授权(2018SR448714)(图6)。

图6颅面外科手术计划系统

手术设计软件根据疾病类型设计手术模块，数据处理过程完全按照我院口腔颌面外科典型疾病的治疗程序和特点进行，我们称之为“北大口腔程序”。目前已经开发并投入使用的成熟软件模块有“正颌外科设计模块”、“带腓骨血管肌瓣的颌骨缺损修复重建模块”、“肿瘤切除模块”、“颅底及深部穿刺模块”。

随着中国IT行业特别是软件R&D行业的不断成熟和标准化，能够提供软件开发服务的团队越来越多。相信未来会有更多的软件R&D人员加入医疗数字化团队，我们也将陆续有新的R&D成果。

共享模式的建立

通过多次数字课堂，我们发现数字技术的普及和应用面临着困难。首先，数字技术的建立需要软硬件的支持、必要的场地和大量的资金投入。其次，医生的背景知识是医学知识，不擅长软件处理、逆向工程等工程操作，往往不能保证质量；最后，数字化的应用给医生增加了很多额外的工作，比如数据采集和数据处理，医生的负担也日益加重。医生主观能动性差，数字技术在医疗领域的普及会受到阻碍。

当今社会是一个职业分工高度发达的时代。基于“专业细分”的概念，我们将数字化设计的技术流程与数字化诊疗的技术流程分开。根据各个环节的技术特点，规定该环节由工程师或医生完成。全程引入工程师的角色，大大节省了医生的时间和精力。整个过程变得平稳而高效，因为我们为每个人做我们的工作，做我们擅长的事情。同时，在共享经济时代，我们的数字化手术实验室的资源已经开始与兄弟高校共享，即基层医院不需要购买昂贵的软硬件设备，其患者也可以使用“北大数字化手术流程”进行诊疗。

北京大学口腔数字化外科经过10年的发展，已逐步将数字化技术融入到本科室典型疾病的诊疗流程中，建立了具有北京大学口腔特色的诊疗流程；同时，数字技术也帮助学科发展，实现了1+1 > 2的目标。未来十年，随着信息技术、数字产业的发展和5G时代的到来，虚拟现实、人工智能等技术将与医学紧密结合，形成更新更好的诊疗技术，造福更多患者。

专家介绍

刘晓静在2007年获得了整形外科博士学位。现任北京大学口腔医院激光整形科主任，数字化外科实验室主任。专业包括正颌外科、软组织整形外科、美容化妆品注射、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、中国整形外科学会美容再生分会常务理事、北京医学会激光医学分会会员、国际固体内固定学会(AO)亚太讲师、世界临床激光研究所(WCLI)研究员等。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。

来自中国医学论坛今日口腔医学

256号，04~05版

★转载请获得本公共平台许可