計(jì)算機(jī)世界的虛擬機(jī)，容器和醫(yī)學(xué)界的人工硬腦膜

時間：2023-06-30 16:30:01 | 來源：網(wǎng)站運(yùn)營

時間：2023-06-30 16:30:01 來源：網(wǎng)站運(yùn)營

計(jì)算機(jī)世界的虛擬機(jī)，容器和醫(yī)學(xué)界的人工硬腦膜：這是Jerry 2020年的第69篇文章，也是汪子熙公眾號總共第251篇原創(chuàng)文章。

本文不含驚悚內(nèi)容的圖片，請大家放心閱讀。

醫(yī)學(xué)界的虛擬化技術(shù)挽救了Jerry的生命，所以有了這篇文章。

計(jì)算機(jī)世界的虛擬機(jī)和容器這些虛擬化技術(shù)，已經(jīng)直接或間接地影響著我們相當(dāng)一部分人的日常生活。普通人每日滑開手機(jī)，從BAT，TMDJ等國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭的App上獲取海量信息。普通人同時也是互聯(lián)網(wǎng)杭州量信息的生產(chǎn)者，即所謂的UGC(User Generated Content，用戶生成內(nèi)容)場景。普通人早已習(xí)慣了這一切，比如在微信上發(fā)一個朋友圈，點(diǎn)擊發(fā)送之后被其他微信好友看見，我們覺得這一切都是理所當(dāng)然，天經(jīng)地義的事情，殊不知像微信這種用戶數(shù)量用億作為單位來衡量的國民級移動應(yīng)用，背后不知道凝聚了多少優(yōu)秀程序員的心血。







國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭的解決方案和產(chǎn)品，其背后的架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施都離不開云計(jì)算。而云計(jì)算和虛擬化技術(shù)(Virtualization)更加密不可分。在Monolithic(單體式)架構(gòu)的On-Premises時代，產(chǎn)品的部署是一件相對輕松愉快的事情，比如Jerry在做微信和SAP Commerce集成的時候，把Commerce的安裝包拷貝到一個目錄下，然后依次執(zhí)行幾個腳本，再去咖啡機(jī)邊上轉(zhuǎn)一圈，回來就完成Commerce開發(fā)環(huán)境下的部署了。到了基于微服務(wù)架構(gòu)的云原生應(yīng)用時代，云產(chǎn)品架構(gòu)的復(fù)雜性，使得通過人工方式去部署產(chǎn)品成為了一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)，自動化部署勢在必行。而自動化部署，離開了虛擬化技術(shù)就只是空談而已。







我的虛擬化技術(shù)學(xué)習(xí)之路

Jerry對于虛擬化技術(shù)只學(xué)到了一些皮毛，最開始使用虛擬機(jī)的場景是，我想在Windows 7下重溫一些只能運(yùn)行在純DOS系統(tǒng)的經(jīng)典軟件，比如光榮的《三國志IV》和《三國志V》. 然后是因?yàn)楣ぷ餍枰瑢W(xué)習(xí)了容器技術(shù)，掌握了把常見的應(yīng)用類型打成Docker鏡像并運(yùn)行的方法。后來公司組織了容器編排系統(tǒng)，即Kubernetes的內(nèi)部培訓(xùn)，我也從三位培訓(xùn)老師那里，了解到了虛擬機(jī)和容器技術(shù)的差異。培訓(xùn)老師告訴我們，虛擬機(jī)和容器的目的類似，都致力于對應(yīng)用程序及其關(guān)聯(lián)性進(jìn)行隔離，從而構(gòu)建起一套能夠不依賴于具體環(huán)境而運(yùn)行的應(yīng)用單元。虛擬機(jī)是在物理服務(wù)器的上層用軟件來模擬特定的硬件系統(tǒng)，其技術(shù)核心是Hypervisor，位于硬件和系統(tǒng)之間，是創(chuàng)建虛擬機(jī)必須的一個部分。虛擬機(jī)軟件使用Hypervisor作為中間層，當(dāng)宿主操作系統(tǒng)啟動虛擬機(jī)時，通過Hypervisor給虛擬機(jī)分配內(nèi)存，CPU，網(wǎng)絡(luò)和磁盤等資源，并加載虛擬的操作系統(tǒng)，因而需要消耗宿主機(jī)大量的物理資源。

另一方面，一臺宿主機(jī)上運(yùn)行的多個容器化應(yīng)用共享這臺宿主機(jī)操作系統(tǒng)的內(nèi)核，因而不需要虛擬機(jī)技術(shù)中的Hypervisor中間層。同虛擬機(jī)技術(shù)相比，容器更加輕量化，啟動速度更快。







當(dāng)組成一個應(yīng)用的容器數(shù)量突破了人工所能管理的極限之后，就需要Kubernetes這種容器編排平臺。有了Kubernetes的基礎(chǔ)后，下一步就是學(xué)習(xí)SAP自己的產(chǎn)品，構(gòu)建于Kubernetes之上的SAP Cloud Platform Extension Factory(基于開源項(xiàng)目Kyma).







沿著虛擬機(jī)->容器->Kubernetes->Kyma這條路線走過來，我的一些學(xué)習(xí)筆記：

• 站在巨人肩膀上的牛頓：Kubernetes和SAP Kyma
  
• 在Kubernetes上運(yùn)行SAP UI5應(yīng)用(上）
  
• 在Kubernetes上運(yùn)行SAP UI5應(yīng)用(下）
  
• 基于SAP Kyma的訂單編排增強(qiáng)介紹
  
• 高射炮打蚊子，殺雞用絕世好劍：在SAP Kyma上運(yùn)行UI5應(yīng)用
  
• 第三方應(yīng)用如何在SAP Kyma上進(jìn)行服務(wù)注冊
  
• WordPress，SAP Kyma和微信三者的集成
  
• 從ABAP Netweaver的SICF到SAP Kyma的Lambda Function
  
• 周伯通的空明拳，米諾斯的星塵傀儡線，SAP Kyma的Serverless
  
• 在SAP云平臺上部署和運(yùn)行Docker應(yīng)用
  
• Windows環(huán)境下，如何在Docker里運(yùn)行SAP UI5應(yīng)用
  
• SAP ABAP Netweaver容器化, 不可能完成的任務(wù)嗎？
  

國內(nèi)程序員里熟悉云計(jì)算虛擬化技術(shù)的同仁數(shù)不勝數(shù)，然而熟悉顱內(nèi)虛擬化技術(shù)的程序員想必不多，Jerry就是其中之一，只因it's online within my brain ever since this May!!!

雖然虛擬機(jī)和容器內(nèi)都似乎能像物理服務(wù)器一樣地運(yùn)行應(yīng)用程序，然而這一切都是鏡花水月：虛擬機(jī)和容器運(yùn)行時均無法脫離宿主機(jī)而單獨(dú)存在。一旦宿主機(jī)出故障宕機(jī)，運(yùn)行在之上的虛擬機(jī)和容器也難逃厄運(yùn)。







人工硬腦膜，和硬腦膜的區(qū)別，在于后者是我們每個人從親媽那里繼承來的原生(native)腦膜，而前者是人工合成，作為原生硬腦膜的補(bǔ)充，無法脫離后者而單獨(dú)工作。

Jerry之前的文章 有感而發(fā) - 日新月異的SAP開發(fā)技術(shù)和手術(shù)方式 曾經(jīng)提到，硬腦膜是人類顱內(nèi)組織的最后一道防線，然后向外依次是骨膜和頭皮。

科學(xué)家們?yōu)榱藴y量成年人硬腦膜的面積，先將硬腦膜剪為12塊，即雙箍、雙頂、雙挽、雙額及小腦區(qū)等區(qū)域，再將其平攤在復(fù)印機(jī)上復(fù)印后，用定積分法計(jì)算結(jié)果，結(jié)論是成年男性硬腦膜的平均面積為0.08平方米，女性為0.076平方米，大約相當(dāng)于體表皮膚面積的1/22. 硬腦膜的厚度并非一張紙那樣均勻，而是隨著膜區(qū)位置不同而有所變化，平均厚度約為0.7到1毫米。

硬腦膜到底有多硬？每平方毫米的硬腦膜，能承受37千克左右的抗張力強(qiáng)度。人類通過漫長的進(jìn)化史，得到了這道天然的保護(hù)大腦的堅(jiān)實(shí)屏障。然而，如果顱內(nèi)組織自身出了問題，這道保護(hù)屏障的堅(jiān)固也會給神經(jīng)外科醫(yī)生帶來一些麻煩。為了能夠進(jìn)入顱內(nèi)切除病變組織，神經(jīng)外科醫(yī)生不得不借助各種器械，在堅(jiān)實(shí)的硬腦膜上鉆孔。醫(yī)院用的開顱鉆頭們有國內(nèi)生產(chǎn)的，也有國外進(jìn)口的，都是大家伙：

























另一方面，神經(jīng)外科醫(yī)生們鉆開硬腦膜，打開顱內(nèi)切除完病灶后，手術(shù)也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不算完。有一種疾病叫做細(xì)菌性腦膜炎，由流感嗜血桿菌B型、腦膜炎奈瑟菌和肺炎鏈球菌這三種病菌，通過咳嗽或者打噴嚏進(jìn)行傳播。人在患感冒時容易被這三種病菌傳染，病菌進(jìn)入顱內(nèi)引起顱內(nèi)感染。既然硬腦膜完好無損時，尚且有病菌侵入的風(fēng)險，更不用說做了開顱手術(shù)后留下這么大的窟窿，如果不采取任何修復(fù)措施，術(shù)后感染的風(fēng)險極大。這時就輪到人工硬腦膜上場了，目的就是填補(bǔ)開顱鉆生成的窟窿。







人工硬腦膜作為原生硬腦膜的補(bǔ)充，二者的關(guān)系就如同虛擬機(jī)/容器之于宿主操作系統(tǒng)一樣：前者不能脫離后者而單獨(dú)存在。

人工硬腦膜(Artificial Dura Mater)是人工制成的一種虛擬硬腦膜，作為人類原生硬腦膜的替代物，用于因顱腦、脊髓損傷、腫瘤及其他顱腦疾病造成的硬腦膜缺損的修補(bǔ)，防止腦脊液外漏、顱內(nèi)感染、腦膨出、腦粘連等各種嚴(yán)重的并發(fā)癥。

為了尋找到合適的材料制作人工硬腦膜，科學(xué)家們走過了一條漫漫長路。早在1890年，第一例以金箔為材料的人工硬腦膜應(yīng)用在神經(jīng)外科手術(shù)中，治療由于腦膜粘連而誘發(fā)的癲癇癥。很快，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，金屬材質(zhì)會刺激顱內(nèi)產(chǎn)生過多的肉芽組織，最后該材質(zhì)被禁用。







后來科學(xué)家們想到了采用自體筋膜，即從病人身上選取合適的材料來制作。自體材料雖然不會發(fā)生排斥反應(yīng)，但其提取需要另行手術(shù)，取材來源有限，并且仍易和腦組織存在一定程度的粘連而易誘發(fā)癲癇，故現(xiàn)在很多國家也不再采用。

科學(xué)家們也嘗試過同種異體組織，比如凍干人硬腦膜(Lyophilized Human Dura Mater,LHDM), 其優(yōu)點(diǎn)是具有正常人體腦膜的超微結(jié)構(gòu)，能夠像原生硬腦膜一樣工作，但材料來源有限，并且具有潛在感染病毒性疾病的可能，故也未成為主流。







愛迪生成功發(fā)明電燈之前，為了找到一種合適的燈絲材料而苦苦探索，一共嘗試過1600多種不同的耐熱材料，最后決定用炭絲來做燈絲。之后他集中全副精力，下功夫?qū)ふ液线m的碳化材料，僅植物類的碳化試驗(yàn)就做了6000多種。

研制人工硬腦膜的科學(xué)家們也是如此。在發(fā)現(xiàn)金屬，自體筋膜，同種異體組織等材質(zhì)效果均不如人意后，科學(xué)家們把研究方向放到了生物材料上。近年來隨著組織工程學(xué)的興起，科學(xué)家們致力于將生物材料的復(fù)合物植入顱內(nèi)病損部位，期望在生物材料逐漸被機(jī)體降解和吸收的過程中，形成在形態(tài)和功能方面與人工硬腦膜相一致的組織，達(dá)到修復(fù)顱內(nèi)創(chuàng)傷和重建功能的目的。

目前國內(nèi)臨床上絕大多數(shù)病人使用的都是生物膜材料的人工硬腦膜，Jerry也不例外。我用的是這一款：規(guī)格為40毫米 × 30毫米，全自費(fèi)，很貴。







之前Jerry文章 今天我拿到了醫(yī)院發(fā)的紙質(zhì)版手術(shù)記錄...... 提到的我手術(shù)記錄上標(biāo)注的顱底重建術(shù)，做的事情就是把顱骨上鉆的窟窿用人工硬腦膜修補(bǔ)好。

下面是從密封包裝里取出的人工硬腦膜：













人工硬腦膜的具體使用方式，可以類比通過補(bǔ)丁修復(fù)衣服窟窿的過程。從我的紙質(zhì)手術(shù)記錄，我才知術(shù)中使用了兩塊40毫米 × 30毫米的人工硬腦膜，醫(yī)保不cover，囧。







活著真好。

感謝閱讀。

這個系列之前的文章列表：

• 可能要暫時停更一段時間，希望時間不會太長
  
• 一個中年程序員遇到突發(fā)情況的一些胡言亂語
  
• 對程序員來說，看透生死遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有操作0和1那么簡單
  
• 一個程序員眼中的醫(yī)院人生百態(tài)
  
• 今天，我要在睡夢里，和死神握握手
  
• 經(jīng)鼻開顱手術(shù)成功了，Jerry脫離了生命危險
  
• 腦部手術(shù)成功，只是萬里長征走完了第一步
  
• 一個程序員經(jīng)歷的7小時全身麻醉
  
• 今天我拿到了醫(yī)院發(fā)的紙質(zhì)版手術(shù)記錄......
  
• “Z醫(yī)生，我明天的手術(shù)，成功率有多高?”
  
• 有感而發(fā) - 日新月異的SAP開發(fā)技術(shù)和手術(shù)方式