所谓“小切口” 纵深，即作为科研工作者，在科学研究探索自然界奥秘的同时，最应该探索的是生命的本质。生命医学领域广泛，学科交叉盘根错节，融合深度参差不齐。对于刚刚起步，打算进行医工交叉研究的团队，往往不知道该如何切入。对此，外科梦工场根据已经开展和正纵深研究的创新实践，总结医工交叉领域十大科技方向，供同行参考。
1.生物组织和器官3D打印
3D生物打印是一项开创性技术，能够制造具有高度复杂的组织微环境，复杂的细胞结构，结构功能层次，具有组织特定的成分和机械异质性的仿生特性。生物打印可通过制造功能齐全的完整器官解决器官短缺的危机。目前聚焦的难点是打印过程中需要兼顾多种不同的管道系统。
虽然肝脏脱细胞支架是一种十分理想的支架材料，但仍需要肝脏作为制作材料，所以来源受到了很大的限制。为此，外科梦工场提出使用脾脏脱细胞支架作为构建组织工程肝脏的支架材料（图1）。研究证实脾脏脱细胞支架是一种十分理想的脱细胞支架材料，有望构建出可移植的组织工程肝脏。
图1 脾脏脱细胞支架构建肝样组织整体思路
与3D打印类似的是静电纺丝技术。离体肝切除技术为常规术式无法切除的肝脏肿瘤患者提供了根治性手术的机会。其中，术中静脉转流是离体肝切除术顺利实施的前提。但现有的静脉转流建立步骤繁琐，耗时长，并需要进行血液抗凝。外科梦工场采用3D打印技术联合磁吻合技术，研制出基于同轴静电纺丝的免抗凝人工血管（图2），可快速实现转流，且拆卸方便。
图2 3D打印辅助下制作磁吻合免抗凝人工血管
2.多模态成像
多模态影像的研究目标是：创建多模态成像理论、研发多源计算平台、构建多重分子探针、研制融合成像系统和促成生物医学应用。
基于吲哚菁绿（ICG）的荧光手术导航技术是近年来兴起的外科精准治疗手段，其核心设备一直由欧美、日韩等医疗器械强国所垄断，外科梦工场通过多年深耕，自主研制了一套适用于微创肝脏手术环境的双通道磁锚定荧光专用腹腔镜（图3），实现了在小动物和大动物体内通过传统腹腔镜置入腹腔并进行肝脏肿瘤病灶定位探查，有望进一步实现临床上的应用。
图3 双通道磁锚定荧光专用腹腔镜
3.功能复合医学材料
未来发展趋势包括：组织工程材料、血液净化材料、生物医用纳米材料等。
外科梦工场在前期成功研发磁辅助快速肝移植技术的基础上，目前正在研究磁胶融合的快速肝移植技术（图4），用先进的生物水凝胶实现血管快速粘接，进而完成肝脏植入，目前已在动物实验中取得成功。
图4 磁胶融合的快速肝移植技术示意图
4.高压脉冲电场生物医学应用
高压脉冲电场产生的不可逆性电穿孔（Irreversible Electroporation，IRE）是透过极其短但强力的电场使得细胞膜上产生永久纳米孔的一种现象。高压脉冲联合化学疗法能够减少药物使用剂量、降低化疗药物副作用。未来发展目标是降低组织损伤、提高有效治疗面积、简化电极配置等。
为了克服由于场强与脉宽的负相关性的技术缺点，外科梦工场自主研发出一种纳秒微妙双极性高压脉冲源（图5），将其应用于高压脉冲电场治疗系统，可根据肿瘤实际生长情况与临床经验，实现输出波形及各种参数的设置与切换。
图5 双极性微秒脉冲形成装置
5.柔性电子生物医学应用
柔软轻薄的柔性器件可以非常紧密地贴合在皮肤、心脏或者大脑表面，从而通过对电学或压力信号的检测获取更准确的身体信息。开发具有实时监测、信息存储和传输，准确地对人体进行健康评估、疾病预警和医疗辅助的新型柔性电子材料具有重要价值。
根据脉冲电场两平行电极间电场强度最大、治疗效率最高的特性，结合柔性电子器件的优势，外科梦工场提出利用充气球囊表面覆盖柔性电极的设计思路（图6），创新性地用于胆管癌的消融治疗中。双球囊电极在肿瘤两端释放，可以实现电极与腔道狭窄处肿瘤充分接触，提高了微创条件下应用高压脉冲电场治疗的效率。
图6 双球囊电极结构设计图
6.激光治疗技术
激光治疗技术包括强激光治疗、光动力疗法和弱激光治疗。
激光手术刀在临床应用中仍存在组织对激光波长的选择性依赖、切割能力不稳定和对较大直径血管止血效果不可靠等问题。针对以上问题，外科梦工场自主研发半导体激光切肝刀（图7）并临床应用，取得良好的效果。此外，近红外飞秒激光刀也在研发过程中。
图7 第二代半导体激光切肝刀
7.多功能生物传感器
多功能生物传感器具有体积小、无线驱动、无线供电等特点。其未来发展趋势是实现高集成度、高灵敏度、微型化和智能化，在人体应用主要为可穿戴生物传感器。特点是专一性强、分析速度快且操作简单。目前，外科梦工场在多功能生物传感器方向的研究还有待进一步深耕。
8.手术机器人
手术机器人的优势是可适用于狭小空间，可实现弯曲路径且能够灵活控制。手术机器人的研究难点是路径规划性能效率要进一步优化，尤其是软组织形变的非刚性配准。瓶颈是如何实现高精度、高稳定性、大区域和无线定位。
“磁导航气管插管机器人”（图8）是外科梦工场坚持“四个面向”的又一世界首创成果。磁导航气管插管机器人摒弃了传统喉镜气管插管的固有模式，利用磁导航技术，不需要开放气道，操作简单，易于掌握，可推广到普通民众中。此方法可应用于急救复苏和呼吸系统烈性传染病的救治，提高复苏效率，减少医务人员与患者呼吸道的直接接触，降低感染风险等。
图8 磁导航气管插管机器人
9.智慧医学+人工智能
人工智能与医疗产业融合的十大领域为新药研发、辅助诊断、辅助治疗、健康管理、康复医疗、可穿戴设备、互联网+医疗、医院管理、精准医疗和生物医学研发。目前存在样本数量少、数据差异大和数据采集不统一的突出性问题。
外科梦工场团队应用“互联网+”思维，结合远程移动医疗技术，研制出专门服务于肝移植术后随访的远程医疗机器人（图9），于2015年底在我院肝移植出院患者早期随访管理中投入使用。
图9 肝移植术后随访的远程医疗机器人
10.磁场生物效应及磁医学
磁场可对暴露于其下的生物体产生一系列生物学效应。利用磁性材料可研发多种外科技术创新用的新装置、新设备。外科梦工场已在磁外科领域研发出一系列特色的技术，包括磁锚定技术、磁压迫吻合技术、磁导航驱动技术、磁悬浮技术和磁示踪技术。
外科梦工场研发了一套磁控胶囊胃内幽门螺杆菌诊疗系统（图10），由磁控装置和外置设备两部分组成。该诊疗系统基于深紫外光破坏或修改细胞的化学结构，达到杀灭病菌的目的。磁控胶囊胃内幽门螺杆菌诊疗系统能够实现精准治疗，有效提升放疗有效性与安全性，避免紫外线的过多摄取而形成损伤。
图10 磁控UVC-LED胶囊及外置设备
综上，外科梦工场瞄准生命医学科技前沿方向，坚持临床问题导向，结合优势资源，寻找切入点和突破口并逐步做出有影响力的科研成果。
