原创 浅谈医工交叉技术应用

      医学是人类最早诞生的一门大学学科，第一所大学博洛尼亚大学在意大利建立，只开设了神学和医学两门学科。世界上最最古老的大学印度那烂陀大学成立于公元前600年，在那烂陀大学中可以学到：语言、哲学、医学、外壳、吠陀经等科目。

      医工交叉是指医学与工程学领域的交叉融合，通过整合医学、生物学、信息科学、材料科学、机械工程等多学科知识，共同推动医疗健康领域的技术创新和发展。随着科技的不断进步和医学领域的深入探索，传统医学已经难以满足日益增长的健康需求，而医工交叉的兴起为解决这些问题提供了可能。

从大学毕业后不久，我就开始从事医工交叉相关的技术工作，在大学和行业的头部企业工作过，至今已经二十多年了，做过重症监护系统，HIS,心脏导管工作站，动态心电图，除颤仪，呼吸机，手术电刀，超声刀，能量平台，肝癌消融仪，手术吻合器，医学3D打印(医学模型、金属植入、生物打印)，神经修复材料，通液仪，医用红外热像仪等医疗器械技术开发和维护服务。这是一个辽阔的技术领域，医疗器械被誉为是“皇冠上的宝石”，被全球顶级的技术企业所追求。我多年来也难窥全貌，至今依然在路上，一直在摸索中跟随西方的先进技术和经验，结合本土历史基础，路慢慢其修远兮！

       医工交叉技术有的很前沿，有的很古老，但都很有意义，这些技术和设备为医学领域的发展注入新的动力，为解决现代医学中的诸多难题提供了新思路，为患者带来了更好的健康生活。

        在此以仅以电生理设备--肝癌消融仪为例：

先看一个表格，乐观的说我国医械企业还有很大的发展空间，虽然差距明显，我们抗美援朝不一样打平了吗？

        据数据统计，目前我国各类肝脏疾病患者达4亿多人，大约每3个人中就有一人患有慢性肝病。而肝病是诱发肝癌的主要原因。在肝癌的早中期，采用射频消融技术是治疗的有效手段。

      通过医学影像技术如CT、MRI、B超手术前先通过影像图片或三维重建技术精确判断肝脏肿瘤病灶定位和大小形状，术中采用影像技术辅助手术进行。（医学影像技术在医工交叉领域的应用）。

        射频消融是一种利用针对性的加热来实现各类医疗目标的治疗方法，其应用领域包括杀死癌细胞、促使胶原收缩拉紧和减轻疼痛等。这种方法通过直接对人体组织施加中高频交流电，使消融电极周围的一小块区域温度升高。当对活体组织施加交流电（或者直流电）时，焦耳热就会引起发热和升温。如煮鸡蛋一般，将探针头所在3CM³ 所有组织杀死包括癌细胞，由于肝脏有很好的再生能力，一段时间后新的组织细胞会代替原来杀死的组织，再经过药物治疗和康复。射频消融治疗过程简单，患者在局麻状态下接受手术，安全系数较高，结合化疗或放射治疗，可达到延长患者生命，提高生命质量，减轻患者痛苦的目的。射频组织消融技术的关键优势在于可以精准地对特定的局部组织施加热量。

       技术上要处理一个复杂的问题：受热组织的形状取决于电极的形状和数量，那么电极的哪一处应该绝缘，哪一处应有电流经过呢？最后，周围组织中的热能吸收分布是如何随时间变化的?通常探针加热部分在头部，一般加热范围为探针头所在3CM³ 。

       尖锐的电极针又给设计过程带来了难题：它们会产生高电流密度，导致针的周围温度升高不均匀。癌变肿瘤治疗仪器的目标是杀死不需要的组织块，同时保证周围的健康组织不受伤害。

        使用生物热方程作仿真分析，是一种很好的计算模拟手段，能有效模拟手术过程。

数学模型建立是个复杂的计算，可以参考如下网址：

https://cn.comsol.com/blogs/study-radiofrequency-tissue-ablation-using-simulation

      在实际的世界里，消融仪是台高频治疗仪，属于3类医疗器械，受严格的法规监管。在热消融手术中，医生经常会按照一定的频率接通和断开电源的方法改变焦耳热的大小。技术人员要保障用电的安全，接地正常，线路设计合理，取材要可靠，电路板卡散热与合理摆放，需反复测试，要考虑到EMC的合规要求。机器使用，软件设计符合人性化的要求，如果有网络数据传输还要考虑网络安全和软件安全的问题。采用各种检测手段来标定高频能量输出与实际设定相一致。考虑到设备的重要性，需要定期检测和维护，以确保能安全、正常、稳定在手术中使用。

      人类的医学在不断的发展，我国“始终把人民群众生命安全和身体健康放在第一位”，医工交叉作为医学与工程学交叉融合的重要领域，具有重要的意义和广阔的前景。通过推动医学技术创新、促进医学教育改革、提升医疗服务质量和助力公共卫生事业等方面的发展，医工交叉将为人类健康事业作出更大的贡献。未来，我们期待更多医工交叉领域的创新成果出现，为医学领域的发展注入新的动力。

本文仅以一个技术案例表达个人想法，希望以后能点点突破，总结更多的技术案例。