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全球首例!AI辅助医生完成脑外科手术

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在颅底最凶险的方寸之地,人工智能第一次以“领航员”的身份走上手术台,为医生完成高难度脑外科手术。

撰文 |燕小六

全球首例AI实时辅助脑外科手术在英国完成。

当地时间8月27日,英国伦敦大学学院医院(UCLH)对外宣布,在一台脑垂体瘤切除手术中,AI首次辅助医生实时读取内镜画面,识别隐藏的血管与神经,并圈画出安全的切除区域,精准切除了患者脑部的垂体肿瘤。

垂体深藏于颅底,只有一颗弹珠般大小,周围却密布着颈内动脉和视神经。在这方寸之地,手术刀哪怕偏差1毫米,都可能意味着失明、卒中甚至死亡。而AI的实时辅助,使手术大获成功。目前,患者已完全康复,视力显著改善。

这台手术的创新之处在于,过去,AI在手术室里主要负责术前读片、规划路径,或术后复盘、质控与教学等环节。如今,它第一次实时参与到了手术进程之中。


主刀医生哈尼·马库斯(Hani Marcus,左)和里斯·希伯特(Rhys Hibbert)合影。/图源:UCLH

一场被推迟的手术

接受这项开创性手术的患者是48岁的英国人里斯·希伯特(Rhys Hibbert),他是一名客服经理,兼职救护车志愿者。

意外源于一次毫无预兆的晕厥。2024年12月,午餐后,里斯循着多年惯例出门散步。走着走着,他突然感到不适,随即失去意识,倒地抽搐。这是他人生中第一次癫痫发作。

送医后的脑部扫描显示,只有弹珠大小的脑垂体上,长出了一个直径约11毫米、约黄豆大小的肿瘤。脑垂体位于脑袋正中心、鼻根正后方,位置隐蔽却极为关键——它是人体内分泌系统的“总司令”,负责分泌调控生长、代谢、血压和体温的一系列激素。

最初,医生建议保守观察。但肿瘤生长超出预期,激素紊乱的症状越来越明显,里斯极易疲乏、头晕,视野也不断缩小,宛如一张纸遮住了屏幕的下半部分。他开始频繁被东西绊倒,不得不拄起拐杖。

更大的冲击在心理层面。“身边好心人很多,可我不想成为任何人的负担。结婚18年,我每天早上都会给太太冲一杯咖啡,我不想让肿瘤改变这件事。”里斯说。

最终,他决定接受内镜下经鼻蝶窦垂体瘤切除术。一根细长、前端带高清摄像头的内镜从鼻腔进入,沿着中鼻甲与鼻中隔之间的缝隙一路深入,抵达蝶窦开口;医生要在这里逐层打开,先后暴露蝶窦腔、鞍底、硬脑膜,最后切除肿瘤。

这是神经外科精度要求最高的手术之一。一方面,蝶窦是手术的“安全入口”,但每个人的解剖结构存在差异,稍有不慎就可能切错位置。

另一方面,从蝶窦到垂体,一路布满重要神经和血管,紧挨着为大脑供血的颈内动脉,前上方则是控制视觉的视神经。“在这个区域,手术刀只要歪了1毫米,都可能造成极恶劣的后果。”UCLH新闻稿写道。

“垂体手术最严重的风险就是损伤动脉。一旦发生意外,唯一的急救办法就是封闭动脉,而这会导致脑卒中和死亡。”哈尼·马库斯解释。他是英国国家神经病学和神经外科医院(NHNN)顾问医生、UCL皇后广场神经科学研究所神经外科教授。


脑部扫描显示肿瘤靠近关键血管的正面图(左)、侧面图/图源:UCLH

就在术前几天,哈尼问里斯,是否愿意成为全球首个在AI实时辅助下接受脑外科手术的人。里斯毫不犹豫地答应了。

手术当天,他还带了两盒巧克力送给医护团队。“一台手术需要数十人一起努力,是外科、麻醉、护理和整个后勤团队的功劳,我要感谢每一个人。”

AI找到隐藏的血管与神经

里斯的手术床上方有两块屏幕,其中一块专门投放AI信息。手术中,AI实时读取内镜画面,快速标记出关键血管、神经,以及相对安全的切除范围。

如果把这台手术比作一场越野拉力赛,AI就是坐在副驾的“领航员”,负责引导医生安全通过每一道弯。

这套系统由UCL霍克斯研究所(Hawkes Institute)研发,运行在英伟达(NVIDIA)专为医疗设备实时AI设计的Clara IGX平台上,整个临床试验由英国国立健康与护理研究院(NIHR)等资助。

技术负责人、UCL计算机科学系机器人与人工智能副教授索菲亚·巴诺(Sophia Bano)介绍:“系统学习过数百段手术视频。我们请神经专科医生逐帧手动勾画颈内动脉等血管和神经的轮廓,再把这些‘标准答案’喂给AI。”

那么,AI“领航”到底有没有用?2024年11月,研究团队在《npj数字医学》发文给出了答案。

结果显示,在AI辅助下,医生对鞍底这一“安全入路区”的识别准确度(DICE)从70.7%提升到77.5%,具有统计学意义。在圈定安全区中心点这一关键任务上,AI辅助后,参与者几乎全部“击中靶心”。

获益最大的是年轻医生。医学生借助AI之力,识别准确度从66.2%一举跃升至78.9%,直追甚至反超部分资深医生。

此外,AI还能显著降低最危险的“假阳性”判断,避免医生错把颈内动脉区域误认为安全区而下刀。

研究还发现,同一张画面,不同医生手动勾出的范围往往对不齐,而这正是AI擅长解决的“定位”难题。经过大量训练,系统对关键结构的定位精度大幅提升,推理速度也达到了实时水平。


哈尼团队正在测试经AI系统导航的内镜下经鼻蝶窦手术。左侧屏幕紫色区域为AI标注的安全手术范围,右侧屏幕为鼻内镜图像/图源:UCL Hawkes Institute

手术刀,始终握在医生的手里

在AI的辅助下,哈尼团队成功切除了里斯的垂体瘤。

“术后醒来,我睁开眼,屋里一览无余。感觉自己拥有了360°全景视野,我已经一年多没能看得这么清楚了!”里斯回忆。术后一周,他就甩掉拐杖独立行走,术前的乏力、疲劳等症状也随之消失,视力持续改善。

这台手术引发广泛关注,很多人最关心的是:它何时能惠及更多专科、更多患者?

“答案是:早着呢。”哈尼坦言。他解释,这台手术是在临床试验框架下完成的,是相关AI系统的“首例人体应用”,它能证明这套技术路线可以在真实手术室里跑通,但还回答不了“用AI后全切率提高多少、并发症下降多少”等问题。

目前,团队正在筹备规模更大的临床试验。“我们的目标远不止给外科医生加一双眼睛。未来,这套系统还要学会实时追踪手术器械的位置,识别器械与关键组织的相互作用,为医生提供更多反馈。”

事实上,在AI辅助手术、检查这条赛道上,也活跃着中国团队的身影。

武汉大学人民医院于红刚教授团队研发的“内镜精灵”(ENDOANGEL),能实时读取内镜画面、当场提示医生。

2021年7月,《柳叶刀-胃肠病学和肝脏病学》发表了该团队一项前瞻性、单中心、随机对照研究,证实“内镜精灵”能在不延长检查时间的前提下,降低胃部肿瘤漏检率、减少不必要的活检。

复旦大学张凡、何海生团队则与附属华山医院钦伦秀、朱文伟团队合作,开发出无需注射造影剂的“组织自发荧光近红外成像技术”(TANI),并发表于《自然·生物医学工程》。它能在真实肝切除手术中实时勾勒肝细胞癌、肝转移灶的边界,为医生“点亮”肉眼难辨的肿瘤。

在索菲亚看来,AI辅助手术的价值远不止降低单台手术的风险。“AI能把顶尖外科医生几十年积累的经验,沉淀成一套可复制、可分发的系统,从而有机会缩小不同地区、不同资历医生之间最难填平的能力鸿沟。”

“AI在术中是医生的助手,而不是决策者。手术刀,始终握在人的手里。”哈尼 强调。

本文来源:医学界

责任编辑:蔡璇

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