優(yōu)化神外手術(shù)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人來(lái)了
文章來(lái)源：健康報(bào)發(fā)布日期：2023-05-25瀏覽次數(shù)：42 光學(xué)跟蹤定位儀是“眼”，機(jī)械臂是“手”，手術(shù)軟件是“腦”，一場(chǎng)跨越2400公里的隔空手術(shù)在國(guó)產(chǎn)神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人的輔助下順利完成。在首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院，院長(zhǎng)趙國(guó)光教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)操作手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂，通過(guò)5G遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，與廣西壯族自治區(qū)百色市人民醫(yī)院李廷陽(yáng)醫(yī)生團(tuán)隊(duì)合作完成了一例腦出血的微創(chuàng)治療。 趙國(guó)光介紹，歷經(jīng)6年探索，這套完全自主創(chuàng)新研發(fā)的神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)拓展出適用于癲癇、帕金森病、腦出血等疾病的微創(chuàng)精干預(yù)方案，提高了治療效果。該團(tuán)隊(duì)完成的“國(guó)產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人的神經(jīng)外科微創(chuàng)治療體系及臨床轉(zhuǎn)化系列研究”獲得2022年中華醫(yī)學(xué)科技獎(jiǎng)醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。全鏈條系統(tǒng)創(chuàng)新，精定位導(dǎo)航 趙國(guó)光介紹，我國(guó)每年新增腦卒中病例超過(guò)200萬(wàn)人，其中腦出血患者占比達(dá)18.8%～47.6%。在邊遠(yuǎn)地區(qū)，患者要得到及時(shí)、有效的救治常常是困難的。 “手術(shù)機(jī)器人輔助遠(yuǎn)程治療是可行的解決方案，關(guān)鍵問(wèn)題是要大程度地精定位，實(shí)現(xiàn)手術(shù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化，降低腦出血微創(chuàng)手術(shù)的技術(shù)門(mén)檻，獲得更好的腦血腫清除效果。”趙國(guó)光介紹，這套機(jī)器人的研發(fā)結(jié)合了多種人工智能算法，攻克了多模態(tài)影像規(guī)劃、空間坐標(biāo)映射、機(jī)械臂定位、視覺(jué)導(dǎo)航等全鏈條關(guān)鍵技術(shù)，提高了神經(jīng)外科手術(shù)的自動(dòng)化水平和精度，實(shí)現(xiàn)了手術(shù)流程標(biāo)準(zhǔn)化，縮短手術(shù)時(shí)間，穩(wěn)定手術(shù)質(zhì)量。 比如，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用了環(huán)境光視覺(jué)跟蹤定位技術(shù)，僅利用手術(shù)室自身環(huán)境光即可在實(shí)時(shí)視頻中自動(dòng)捕獲目標(biāo)的三維位置和俯仰翻滾偏轉(zhuǎn)姿態(tài)，誤差小于0.2毫米，并可同時(shí)動(dòng)態(tài)追蹤100個(gè)目標(biāo)的空間位姿。特別是，此項(xiàng)技術(shù)無(wú)激光類(lèi)儀器的輻射傷害，消除了紅外光定位易受環(huán)境影響和高值紅外耗材依賴國(guó)外進(jìn)口的弊端。 研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出立體定向和神經(jīng)導(dǎo)航相結(jié)合的機(jī)器人架構(gòu)，它可以精定位腦功能障礙相關(guān)疾病的病灶?！耙环矫?，全自由度機(jī)械臂可以提供多維立體空間下的復(fù)雜軌跡的運(yùn)動(dòng)形式；另一方面，研發(fā)的激光無(wú)接觸描記技術(shù)，可以把切口、骨窗、重要結(jié)構(gòu)、病灶、切除方向在手術(shù)視野中進(jìn)行投射標(biāo)示，引導(dǎo)工具操作末端精開(kāi)顱及直抵病灶。目前可以用于神經(jīng)外科各種技術(shù)，包括腦深部電刺激療法、立體定向腦電圖、抽吸引流、植入、穿刺、開(kāi)顱、微創(chuàng)、內(nèi)鏡等。”研究團(tuán)隊(duì)成員、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師單永治介紹。 立體定向手術(shù)常需對(duì)大腦核團(tuán)進(jìn)行定位穿刺。由于腦內(nèi)核團(tuán)體積較小，要求穿刺精度較高。目前，國(guó)際上手術(shù)機(jī)器人靶點(diǎn)的誤差平均為1.7毫米。對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)機(jī)械臂參數(shù)標(biāo)定和光學(xué)跟蹤定位技術(shù)進(jìn)行了一系列攻關(guān)，將手術(shù)定位精度提高到0.5毫米以內(nèi)。 單永治介紹了另外幾項(xiàng)實(shí)用的創(chuàng)新功能：可以實(shí)時(shí)獲取機(jī)械臂的位置和精度信息，并對(duì)3個(gè)以上工具進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，這意味著可減小創(chuàng)傷；可以將CT、MRI、PET、BOLD成像（血氧水平依賴成像）、彌散張量成像等結(jié)構(gòu)影像和功能影像融合到同一空間，實(shí)現(xiàn)快速、高精度的靶點(diǎn)位置識(shí)別；在手術(shù)規(guī)劃環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)智能糾錯(cuò)，提高了安全性。 以腦出血后血腫穿刺治療為例，采用該機(jī)器人系統(tǒng)準(zhǔn)確引導(dǎo)，患者腦出血死亡率由傳統(tǒng)治療的40%降到7.5%；血腫吸收時(shí)間縮短為3.4天，致殘率從50%降到12.8%；相較于傳統(tǒng)開(kāi)顱手術(shù)，操作時(shí)長(zhǎng)縮短約70%，人均住院天數(shù)縮短約14.21天。全流程自動(dòng)化，推進(jìn)手術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化 研究團(tuán)隊(duì)成員、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師王亞明介紹，在機(jī)器人定位導(dǎo)航手術(shù)中，有個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是手術(shù)注冊(cè)。也就是在手術(shù)前，建立患者與術(shù)前圖像之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將手術(shù)器械實(shí)時(shí)跟蹤顯示在術(shù)前圖像中，為醫(yī)生準(zhǔn)確進(jìn)行手術(shù)提供圖像依據(jù)。在這個(gè)過(guò)程中，需要精確地建立虛擬圖像與實(shí)際手術(shù)之間的映射。在過(guò)去，國(guó)內(nèi)外手術(shù)機(jī)器人的注冊(cè)環(huán)節(jié)都需大量的人為操作，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度嚴(yán)重依賴操作者的經(jīng)驗(yàn)和技巧，很難完全保障結(jié)果的同質(zhì)化。 如何減少人為操作的誤差？研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的視覺(jué)模板自動(dòng)匹配技術(shù)。這一技術(shù)可以通過(guò)定位導(dǎo)航儀的實(shí)時(shí)視頻圖像，自動(dòng)避開(kāi)手術(shù)空間障礙物，自動(dòng)規(guī)劃定位，完成手術(shù)注冊(cè)。 “整個(gè)過(guò)程在2分鐘內(nèi)就可以完成，時(shí)長(zhǎng)比國(guó)外產(chǎn)品縮短90%以上。系統(tǒng)配合自動(dòng)的多模態(tài)影像融合、自動(dòng)三維解剖重建、自動(dòng)病灶體積計(jì)算、自動(dòng)手術(shù)規(guī)劃校驗(yàn)和自動(dòng)機(jī)械臂定位，極大消除了各類(lèi)人為操作誤差，達(dá)成了各類(lèi)立體定向手術(shù)操作的標(biāo)準(zhǔn)化，減少了對(duì)醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)和技巧的依賴，便于向基層推廣?！蓖鮼喢髡f(shuō)。 研究團(tuán)隊(duì)還把這些創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用到癲癇及帕金森病等腦疾病診療中，取得了很好的效果。王亞明介紹，我國(guó)現(xiàn)有1200萬(wàn)名癲癇患者，兒童期和中老年期為雙發(fā)病高峰，每年新增患者約40萬(wàn)人。詳細(xì)解析癲癇發(fā)作的腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行高有效性和低創(chuàng)傷性的治療是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。 “這個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的一大優(yōu)勢(shì)是可以通過(guò)PET和MRI等影像數(shù)據(jù)，對(duì)癲癇病灶進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別和導(dǎo)航定位。我們利用這一點(diǎn)，進(jìn)行了癲癇腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的相關(guān)研究，進(jìn)行射頻熱凝等微創(chuàng)治療方式的實(shí)踐，構(gòu)建癲癇的人工智能診斷和治療體系?！蓖鮼喢鹘榻B。 在帕金森病治療方面，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了機(jī)器人輔助腦深部刺激術(shù)治療體系，建立可廣泛推廣的機(jī)器人輔助腦深部刺激術(shù)臨床操作規(guī)范，幫扶196家地市醫(yī)院自主開(kāi)展機(jī)器人輔助腦深部刺激術(shù)。加速向基層推廣，提高整體診療水平 目前，這套機(jī)器人產(chǎn)品已成功實(shí)施神經(jīng)外科各類(lèi)手術(shù)3萬(wàn)例?！拔覀冡t(yī)院近一年內(nèi)開(kāi)展了機(jī)器人輔助手術(shù)495例，其中90%為腦出血治療。我們分析既往數(shù)據(jù)看到，與傳統(tǒng)開(kāi)顱手術(shù)相比，每臺(tái)手術(shù)患者節(jié)省手術(shù)治療費(fèi)用約5萬(wàn)元，同時(shí)患者住院天數(shù)縮短。”李廷陽(yáng)介紹，“機(jī)器人輔助手術(shù)對(duì)于神經(jīng)外科其他疾病可起到相同作用?！?/span>
據(jù)了解，2019年，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院、中日友好醫(yī)院等醫(yī)院共同承擔(dān)工信部、國(guó)家衛(wèi)生健康委國(guó)產(chǎn)神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用示范項(xiàng)目，通過(guò)遠(yuǎn)程醫(yī)療協(xié)作網(wǎng)，面向基層、邊遠(yuǎn)和欠發(fā)達(dá)地區(qū)提供遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程培訓(xùn)等服務(wù)，目前已有58家醫(yī)院共同參與。
趙國(guó)光表示，具體來(lái)說(shuō)，就是在神經(jīng)外科醫(yī)院及各省市中心醫(yī)院示范應(yīng)用，并輻射帶動(dòng)周邊醫(yī)院。一方面，推動(dòng)三甲醫(yī)院聯(lián)合基層醫(yī)院建立遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)關(guān)系和雙向轉(zhuǎn)診通道，并借助5G遠(yuǎn)程機(jī)器人技術(shù)促進(jìn)基層醫(yī)院綜合能力提升，強(qiáng)化卒中急診急救中心建設(shè)。另一方面，不同層級(jí)醫(yī)院共同參與，開(kāi)展臨床應(yīng)用探索，為進(jìn)一步優(yōu)化治療方案提供新的理論依據(jù)，從而提升癲癇、帕金森等高難度疾病的治率。
“目前，我們成立了國(guó)家神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用示范項(xiàng)目專(zhuān)家指導(dǎo)委員會(huì)，指導(dǎo)臨床應(yīng)用，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。未來(lái)，要進(jìn)一步完善國(guó)產(chǎn)神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人的量化評(píng)分系統(tǒng)，以便提高手術(shù)的效率、安全性和有效性?！壁w國(guó)光說(shuō)。 
