医疗关联着人的健康与生命，最新的科技成果总是会不断投入到医疗领域之中，医疗装备也因此日新月异。近年来科学技术迅速发展，促使了当今医疗技术革命，尤其是手术技术。医疗也越发依赖先进技术与装备，特别是手术室越来越成为高投入的医疗环境，也成为技术与装备更新最快的场所之一。近来最小干预的微创手术(Minimally Invasive Surgery，MIS)出现，继而又产生了综合手术室(Hybrid Operating Room)，成为引人注目的亮点，使得医疗过程中学科之间边界模糊，甚至消除了学科间的屏障。
DSA、MRI等装备与多学科进入手术室
这些技术的出现是代表了手术技术进程中的个案，还是可以从中觉察到手术室发展趋势的端倪?如何从信息源、追踪信息发展过程、从信息中发现手术室发展趋势，对及早做好相应对策迎接挑战，主动地将挑战变成发展机遇，对工程界是十分重要的。
…、医学科技进步是推动手术室建设发展的动力
近年来科技信息大量涌来，究竟哪些核心技术推动着当今这一轮医疗技术的进步，我们追踪信息发展过程，进行分析：
﹡高科技装备
高科技装备，尤其是成像技术迅速发展，集成三维旋转血管造影，计算机断层扫描功能，血管内超声，经食道三维超声心动图，磁共振成像等技术，已成功地进入手术室，可以方便地配合整个手术过程。其实时性、高清晰度，智能化图像处理方法和图像集成技术，实现了术中成像(intraoperative imaging)。从DSA、CT发展到MRI术中成像技术(图1)，改变了过去只能在术前或术后成像的状况，不仅能方便地进行术前规划，选择最佳的手术策略，还可进行在术后评价。
手术室数字化集成系统
另外，还出现了精密立体定位技术(precision stereotaxis)，可精确定位手术对象。精密生命体征监测技术(precision physiological monitoring)，是对神经、大脑和脊椎的生理进行精密监测。治疗内镜手术技术(therapeutic endoscopic surgery)，经人体自然管腔(natural orifice)内镜治疗手术融入内镜手术室。麻醉气体监测(AGM)，双谱指数系统“测量”知觉深度(BIS)在麻醉监控领域带来了革命性的变化，确保患者整个手术过程的安全。
﹡数字化的集成系统
数字化集成系统(图3)不仅使医师在手术过程中，可随时调阅病患病历、生化生理指标、化验报告和检查图像，同时可连续监测患者的目前临床状态与生命体征，并能形成各种图像的信息，由过去医学影像的存储和传输系统(PACS)，实现了术中影像远程(telecasting of intraoperative)、甚至无线传输。由于数字化集成系统高速、准确、可靠、灵活、易于使用，具有可更新和扩展性，不仅可远程传输，还能进行统计评价、诊断、对策，甚至具有手术导航等人工智能功能。
﹡介入器械
医疗器械特别是介入器械(Interventional instrument)的进展(图2)，如今已发展到机器人(图4)。微小、灵巧、精确介入器械，可用小切口(甚至1㎜～2㎜切口)执行复杂的外科手术。实现了手术创伤最小化。
﹡智能化的人体模型与手术模拟(smart model & surgical simulation)
手术模拟是最值得一提的创新，它从通用三维的人体解剖模型，发展到个性化的模型，即可以在输入患者的生理数据后，使通用模型变成一个特定患者的模型，对此进行不同手术方案的全过程的仿真模拟，评选出最佳手术方案后，才在手术中予以实施。真正实现了以尽可能安全的方法，尽可能少地损伤正常组织，提高了功效，达到了最佳的手术效果。预计不久将来可将患者的实体影像直接转化为人体模型，真正实现个性化模型。
当然，上述的核心技术实现了“以最小的手术创伤达到最佳的手术效果”这一手术技术永恒的追求目标。小创伤，使得患者出血少(减少输血)，麻醉量少，降低了对器官的生理应力，避免了器官压力性溃疡，恢复快，降低感染的风险，缩短了住院时间。这正是患者所期待的愿景。
二、由表及里地发展趋势分析
如果由表及里，从手术技术深层次来看，可以认为微创手术(MIS)完全改变了近百年的传统外科手术。传统外科手术是由外科医生直接用裸眼与双手，靠人脑思维判断与反应来进行一种“解剖”型的手术，即开放型手术。
近半个多世纪以来，科技日新月异，即使术前成像改变了过去只有打开切口才能查观手术对象，但手术本质几乎没有什么改变。传统手术的局限性十分明显，外科医生用裸眼不能直接看到没被暴露在可见光线下的任何组织，即使可见，也不能精确分辨。为使手术医生的手进入切口进行操作，切口不可能很小，人的手腕与手指方向性与灵活性有限，难免使患者受到有意或无意的不应有的伤害。而且手术效果取决于医师的脑、手、眼的协调。其准确性、有效性受到质疑。例如，进行肿瘤手术时如果界限不清晰，要准确的定位是不可能的，不得不允许一些正常组织完全被切除，患者无疑将受到了不应有的伤害。
如今从过去显微镜、X光、发展到高科技的实时影像设备，并直接来到医生身边替代了医生的裸眼。三维图像的生成，医生可以方便地从屏幕上清晰地看到手术对象各个部位，甚至剖面。从治疗设备、介入器械发展到机器人替代了医生的双手，超过人手的灵活性与准确性，将出错几率降到最低。从简单控制发展到数字化集成系统，可轻易地进行统计、评价、诊断、决策，甚至手术导航替代医生思维与判断。可以毫不夸张地说，现在完成了过去单靠医生眼、手和脑无法能完成的高难度的手术。
至于综合手术室(Hybrid Operating Room)对我们又有什么启迪?Hybrid在字典中有不同的中文译法：杂交、混合、复合或综合等，因此会出现复合、混合甚至杂交手术室。其实Hybrid 在古希腊神话中原始意义是定义两个或多种的动物和/或人类混合体，其中牛头人(minotauros)就是神话中最有名的这类生物。在医学上，最早是由英国学者Angelini于1996年用Hybrid来描述综合手术这一概念的，当时是指结合分期冠状动脉支架植入和搭桥手术两种医疗技术治疗冠心病(CAD)，特别是用于高风险的患者。冠状动脉搭桥手术历史久远，具有疗效持久、血管远期通畅率高等特点，是最有效的治疗方法。心脏不停跳冠状动脉搭桥手术日益普及，避免了心脏停跳下体外循环对机体的损伤，使搭桥手术更安全，但缺点是手术创伤大。近年来迅速发展的内科介入治疗的主要优势在于创伤较小。随着药物支架的出现，支架远期再狭窄率已明显降低，临床效果明显提高。不过，支架术不适用于左主干病变、复杂的多支血管病变以及冠状动脉慢性闭塞性病变。
综合手术室体现了内科介入治疗(支架术)和外科手术(冠状动脉搭桥术)综合的治疗方法。患者无须在内科和外科间多次转移，从而避免患者的多次麻醉和介入手术转运可能带来的风险。综合手术的发展也是基于先进的成像技术，在术前的成像可审核手术方案，有时术前对患者的手术方案的规划，有可能在实施手术中由于患者的不同定位、呼吸、血液动力学和流动平衡性等变化而不得不改变手术方案。
在复杂的手术过程中，需要实时成像来指导手术顺利实施并对手术进程进行实时评价，同时结合其他常规外科手术来共同完成手术。在术后成像可对手术结果实施三维认证，对手术疗效进行精确评估，将再手术的几率降到最低。综合手术的优势已得到公认，现已扩展到主动脉疾病、瓣膜疾病以及心律失常等治疗，并应用到神经外科、脑外科、脊柱外科、肿瘤外科等领域。
综合手术室在不同文献有不同的定义，如有的文献将综合手术定义为诊断与手术复合，有的文献定义为腔内介入与开放式手术的复合，有的文献还定义为将介入医学、外科学和影像诊断学三大技术的结合。因为从表象来看，综合手术室的确将腔内介入和开放手术综合在一起，实现腔内介入医学、外科学和影像诊断学三大技术的结合。
从发展观点来看，在医疗词汇中的定义较为准确，将“综合(Hybrid)”定义为综合不同的亚专科的治疗方法(In medical terms, a hybrid could be defined as a mixture of therapies from different subspecialties)。并将在同一处、同一时段、对同一患者综合实施两种以上的亚专科治疗手段的场所，称为综合手术室。为强调“同一处、同一时段综合实施”就用“one-stop”表示，国内常翻译成“一站式”。而在工程技术界，较多将综合手术室称为Integrated Operating Room。其中“Integration”被定义为将室内所有不同的设备之间并与医护人员形成了一起互相协调工作，从而提供给患者更好的治疗和更高的效率(Integration is defined as a room in which all the different equipment is designed to work together in harmony with each another – and with the staff; thus providing better patient care and more efficiency)。从两者的定义可以看出之间的差异，Hybrid是从医疗手段“综合”的角度，而Integration是从装备或设施“综合”角度来考虑。
由上分析可知，综合手术室实质上体现了在同一场所、同一时段、对同一患者完成两种及以上亚专科的治疗方式综合起来实施。而传统的医疗，是由不同功能的房间组成的医疗流程，或者说患者是经在不同房间内完成不同的医疗处置，从诊断一直到最终完成治疗目标。患者处于流动状态，而医师不动、医疗设备不动。综合手术室预示了一种医疗发展新理念。
近年来出现的如围产室(LDRP)，即在同一间病房内完成待产、分娩、恢复及产后护理。同样体现了在同一时段、同一处、对同一患者完成不同的医疗处置的新概念。患者不动、医护人员移动、设备移动。另外，重症监护室(ICU)原是一个“最坏”的医疗概念，因为它将不同科室的患者集中在一个场所，违反医疗最基本的“分诊”原则，即将不同科室患者分隔在不同空间。因此几乎所有的耐药性菌株均来自于ICU。但是那里监护设备繁多，高素质的医护人员不足，不得不将这些危重患者集中起来进行监控与特别护理。
但是，现在的监护设备大多系统小型化、智能化、集成化，监测数据可实时自行统计、分析、诊断与报警，降低了监护医护人员的专业要求，而且价格不断下降。国外已不再统一要求将不同科室患者大量集中到ICU中去监护，尽量使重症患者在原科室监护，这改变了原来患者移动、医护不动的理念，使集中ICU的床位数下降，而且还提倡各床位间隔离，避免采用大统间，减少了交叉污染与耐药性菌株出现，综合手术室正是体现了这一新理念。因此，综合手术室成为“为患者提供优质医疗服务的标准平台”。从另一角度来讲，在这一平台上，促使不同学科在同一个处、同一时段、同一患者治疗上进行沟通、协作与融合。打破了学科之间原有的屏障，实现了多学科合作，正持续地促使着技术创新、技术革命。
高科技装备小型化与智能化，使得门诊手术获得很大的发展。介入手术量提高，而传统全开放式手术的比例将逐渐减少。门诊手术从定义上讲是指患者手术后当天能回家而不住院，或称为一日手术。但现在的门诊手术不一定是小手术、简易手术或紧急处置。门诊手术被大力推广，不仅仅因为门诊手术更具成本效益，而且当天被手术的要比住院数天被手术患者的术后感染率低得多。众所周知，患者住院时间越长，术后感染风险越大。由于门诊手术量极大提高，有的已发展成为门诊手术部，且颇具规模。据统计，门诊手术(日间手术)在过去20年中已经翻了一番了。在发达国家中手术患者一半是进行门诊手术。美国大型综合医院中门诊手术量已达到65%。门诊手术大发展、而住院手术规模缩小也成为手术室发展趋势之一。
以管窥豹，上述新的医疗思路预示着手术发展的趋势。尽管目前综合手术价格高、能耗大，但是凡涉及到健康与生命，这些都是无法用金钱衡量的。由于患者的自身利益以及医院的市场竞争压力，医疗新技术比其他领域更容易推广，任何新技术无人可阻碍。估计到2015年综合手术室平均每年增长约15%，再过5～7年将会被普及。预测在10年内将出现完全新型的未来手术室。一旦这种技术被推广，高科技产品走上大生产，价格会不断下降，普及将指日可待。就如现代网络技术、电脑技术、通讯技术等，一经普及，就会引起一场大革命。
高科技的特点就是极大地降低人的思维能力与技能技巧，彻底改变传统手术操作与装备，达到传统手术无法达到的医疗效果。对于传统手术医生来说，除了专业知识外，果断、反应快、心灵手巧是关键。高科技降低了医生自身的决策、反应与技巧的要求，而先进装备操作技能显得格外重要。另外，实时、快速、远程传输已超越了时空，远程会诊、咨询甚至直接操作也会在不远的将来实现，这又将引起了一场医疗革命。预计到2020年将完全不是现在意义上的传统手术室了，而在手术室内工作的将是一批熟悉高科技、熟练使用先进装备的中青年手术医生。如今“未来的手术室”在美国已成为关注的热点，美国今年举办了几次未来手术室建设的研讨会、讲习班和培训班，讨论了手术室未来发展趋势以及手术室建设中的相应对策。
三、手术室建设发展的对策思考
科技进步实质就是用科技设备替代人以达到更好的医疗效果，如果从治愈效果来讲这是无可非议的。但是，单纯从能耗与造价角度来说，科技进步肯定带来了高能耗、高造价。对医疗过程而言，高科技势必提高了某个特定的医疗过程的高能耗。如果我们不以“某一治疗过程的能耗” 的传统思路，而是以“治愈某一疾病的能耗”新的思路评价的话，会得到完全不同的评价结果。由于同一时段、同一场所、同一患者同时进行几项医疗过程，并以患者最小的手术创伤达到最佳的手术效果，患者治疗时间短、恢复快，就特别显示出高科技带来的节能降耗的效果，从而达到了更高的医疗质量和更好的成本效益的目的。因此我们“不应刻意去降低某一治疗过程的能耗，而是注重治愈某一疾病的能耗”。这样的对策也许更容易推广新技术。
手术越发依赖先进技术与装备，手术室高科技装备越来越多，手术环境控制要求越来越高。面对手术室日益提高的投资，是为了减少投资去降低手术室设计要求，降低手术环境控制质量，还是采用性能差、价廉的装备?任何措施都不能违背“保障医疗、减少感染”的前提。如果单以“一间手术室的造价”的评价思路，又会使手术室建设走进死胡同。同样，如果换个思路以“一台手术的费用”来评价，就会认识到只有提高手术环境控制的有效性，降低患者风险，提高手术效率与医疗效果，才是唯一出路。由于手术质与量提高、最大程度降低了手术部位感染率与再次手术几率，患者康复快，综合费用就会降低。
面对手术发展的趋势，工程界的手术部设计与建设应如何应对呢?
﹡手术室空间的规划，注重通用性与灵活性相结合
灵活性和通用性
遵循手术发展趋势，预见以后会有更多的学科、更多的医疗设备进入手术室，参与人数达15至20人。在同一手术室进行治疗的不同学科所需的设备以及人员间流动与空间关系，会需要额外的空间。手术室面积在手术部规划时是我们不得不考虑的问题，或者说只有大面积手术室才能适应将来的发展。“手术创口越来越小，手术室越建越大”，也许反映了这种趋势。
我们回想一下，上世纪末所谓的标准手术室约36m2，本世纪初大型心血管手术室出现，要求60m2左右，现综合手术室至少100m2，认为理想的面积应为120 m2 ～ 150m2。当今我们只能认清手术室的发展趋势，但我们很难预测将来究竟什么样的装备、什么样的学科会进入手术室。
作为对策，在规划时对手术室的灵活性和通用性应提出更高的设计要求。另外还要考虑各种机房以及相应屏蔽的需求。国外现已不强调设计专用手术室，而是强调其通用性。不再要求专用的整形外科手术室、器官移植手术室，而是要求手术室的围护结构具有可变性。推荐手术室采用预制模块式板壁，适应性很强的设施系统，能以创新的方法适应未来的手术室需要。目前，也许在设计时只能根据当今需要设计40m2或60m2等数间通用手术室，将来根据需要，可以很方便转换为大开间手术室，或者将两间、3间手术室扩建为一间手术室。
考虑大型设备进入手术室，要求天花或地板有足够的承重，就影像系统来说，有落地式和吊挂式设备，安装在天花板上的吊挂式系统，对准患者进行检查较容易，但其机械部件在手术视野上方移动有可能导致粉尘下落，造成患者的感染。而落地式系统(图5)则避免了尘埃污染，当影像设备不使用时，可移开、停放在侧，有利于患者麻醉团队的进入，但它的缺点是占地面积较大。由于吊挂式设备需要导轨，会将原有集中布置的送风装置分隔成几块(图6)，为保证送风气流在手术区域上方能搭接，以维持手术区域洁净无菌，需要有足够的层高。因此一般情况下手术室层高不宜低于3m。以上这些问题在规划手术室时应考虑。
*规划与整合传统的单学科确定的房间功能布局
传统的手术部布局是按照手术与其他学科、医护与患者、人流与物流、洁物与污物分离的原则，形成了单通道、双通道、多通道等多种布局形式，较为复杂。手术室沿通道布置，形成手术室小群落(smaller clusters)，通道复杂，常常难辨方向，无法实现高效运营。难以适应未来设备、物料与人员快速流动的要求。对此，简化手术部布局，优化流程，方便医疗，加快手术周转，提高手术效率成为重要对策之一。
从感染控制角度来考虑问题，无菌物品与直接参与手术人员的控制是关键。如果我们利用运输无菌物品的箱式闭合小车，回程时将污物密闭运出，则污物流线与其他非无菌物品流线是同一控制级别，医护人员流线即使直接手术人员在刷手前与患者也处于同一控制档次，这样的设计思路就允许将医护与患者，人流与物流统统放在一个通道内，极大简化了人流与物流。直接参与手术人员只有进入刷手区才与患者流线分离，这样将原先洁净通道控制区域缩小到刷手区，也无需设置污物通道，使平面布局简洁、明了。
以无菌物品储存与流通区域作为洁净核心，围绕洁净核心周围布置手术室，形成大群落。在手术室外侧形成快速通道，加快手术周转，提高手术效率，最大程度地提高手术量。在快速通道的外侧再布置为手术服务或与手术密切联系的科室。这为淡化辅助区域控制，强化洁净核心和手术室控制创造了条件。同时减少了手术部环境控制费用，降低了每台手术的费用，提高了成本效益。这种平面布局目前已被美国大多数医院所接受，在方便医疗，控制感染，加快手术周转，提高手术效率方面取得了正面效应，被认为适合未来手术室较为理想的平面布局(图7与图8)。
﹡注重手术室围手术设施系统的变化
遵循手术发展趋势，更多的学科、更多的医疗设备进入手术室，除了平面布局、结构承重外，势必会引起手术室设施系统的变化。一个良好的围手术设施系统是保障手术环境控制质量、提高手术质与量的关键。设施系统包括为手术室配备的风、水、电系统以及数字化集成系统。一个问题是规划设施系统应为将来手术室发展留有余量，另一个问题是如何使设施系统保持灵活的功能及适应性很强的配置，能够十分方便适应不断进步的医疗与设备的要求。这方面，工艺布局变化极为频繁的微电子工业设施系统可为我们提供有益的借鉴。
手术室内集成技术必须有能力控制室内所有的医疗设备以及视频和音频信号，使各种装备、系统与手术者互相协调、无缝地集成到日常手术过程中。特别要重视的是所采用的数字化集成系统将来可更新和可扩展的性能。手术室发展也促使手术无影灯的技术进步，尤其是LED的出现(见图4)，它的优势在于光色的改善与光强的提高，而发热量极大地下降。多体位、可伸展手术台为适应影像设备能来回滑动，能一侧旋转到另一侧(见图6)，可将头上脚下的位置反转到头下脚上的位置。
*重视建立手术环境的有效控制保障体系
遵循手术发展趋势，院方越来越重视手术质量，即安全和预防手术部位感染。需重视建立对手术环境的有效控制的保障体系，消除(或降低)对手术对象任何不利的风险因素，将可控因素处于受控状态，而非仅仅达到控制参数，更非设置了某些特定的技术措施(如高效过滤器或层流)。如检测时达到了所要求的控制参数仅仅表明了检测状态，并非表明永远能保持这种状态。因此需要的是一种具有控制医疗环境的能力，由于差错往往出现在一瞬间，只有维持有效的保障体系才能避免任何时间出差错。手术中还有种类繁多的导管、介入器械等感染因素，其中悬浮菌沉降风险也不小，尤其是原非手术的其他学科人员对手术感染控制不太熟悉，有可能在手术过程中加大感染风险。对手术时间长、过程复杂、人员多的场合，只有采用净化技术等综合措施才能保证围手术期的手术环境优化、实施全过程控制、动态控制，才能保证持久、无负面效应的无菌环境控制。
﹡我国住院手术部尤需规模控制
回顾上世纪我国综合医院的住院手术部一般在10间手术室左右。近年来不断扩大、有的甚至已发展到80多间。由于手术部面积很大，功能复杂，又存在空调内区，不仅不利于手术环境的控制，而且难以有效地节能减排。有的手术部走进去像进入迷宫一样。我们认为，我国应着力控制住院手术部规范，大力扩大门诊手术量，有条件可建立门诊手术部，其目标将门诊手术量提高到全院手术量的50%;另一方面，要提高住院手术室的使用效率，加快手术周转，延长使用时间，不要一味扩大手术部规模。
当然，上述这些高科技及其装备目前还存在着不足。对手术人员来说，现有的内窥镜手术的工效学不佳一直是主要缺点之一，将来会有较大的改进。我们特别强调，今天的大多数成像技术是为“诊断”开发的，而不是为介入医疗设计的。但成像设备在客观上被驱动着今天的综合医疗和介入治疗的发展。预计在未来，将会主动开发以医疗为导向的影像设备，并将紧密集成到医疗过程和手术环境中。新的成像设备将会以更小、更轻、更出色的性能系统出现在综合医疗之中。这是多学科技术进一步融合，不断促进医疗技术发展的结果。这对工程界来说，不仅是一个机遇，更是一个挑战。
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