CRAS机器人脑外手术系统

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　　CRAS机器人脑外手术系统是在国家高技术研究发展计划(863计划)的大力支持下，由北京航天航空机器人研究所、全军神经外科中心联合先进耶鲁大学机器人手臂技术合作开发的具有我国自主知识产权的机器人脑定向技术，经专家论证，具有先进先进水平。这种世界上尚无同类产品的脑外科手术设备，将手术规划系统、导航系统与手术平台完美地结合在一起，拓宽了应用范围、提高了手术安全性、减轻了病人痛苦。该设备的成功应用，深受广大医生、患者的好评。

　　CRAS机器人脑外手术系统于1997年首次将机器人系统应用于临床，实现了无创伤定位、无框架手术。新一代机器人可通过互联网与操作终端计算机联接，实现异地遥操作手术。本项目具有国家专利和医疗器械产品准入证，具有独立的知识产权并己产品化。此项研究两次获得国家863课题资助，两次获得军队军事科研课题资助。

　　医疗脑外机器人是一个多学科交叉研究领域,涉及机器人、电子、通讯、控制、图像处理、图形学、虚拟现实、医学和微创伤手术等先进技术。脑外机器人具有精确度高、重复性好、安全性强等忧点。

　　在脑立体定向手术中,该系统可以取代传统的定向仪框架,通过识别贴附于患者头部的标志点,建立相应的三维坐标体系,并可标示出靶点位置和穿刺轨迹。智能机械臂按照模拟轨迹固定穿刺方向,为术者提供准确导航和操作平台。靶点定位后,动力机械臂能以0.1mm的重复精度保持稳定的轨迹,确保手术准确无误。

　　获得荣誉

　　2001年获军队科技进步二等奖，

　　2002年获中华医学奖。

　　2004年进入北京市医保报销范畴。

　　2004年和2008年份分别获国家863课题及总军事课题资助。

　　2004年“远程脑外科机器人辅助手术系统临床应用研究”以优秀的成绩通过了国家863专家组的结题鉴定;

　　2008年科技部批准的863课题“手术机器人的临床实践”正在进行于实验，将在不久应用与临床神经外科介入手术中。

　　2012年由解放军海军总医院神经外科专家组与中国(北京)航天医院专家组共同创建的机器人脑立体定向技术成果临床转化推广课题专家组在北京宣布成立。

　　2015年四川地区机器人脑外手术系统成功在成都西南脑科医院投入使用

　　机器人脑立体定向发展史

　　15世纪末，Leonando da Vinci就提出了立体定向术的构思;

　　1873年Dittmen介绍了立体定向术原理和动物实验;

　　1889年Zernov制造了极坐标形式定向仪;

　　1906年～1908年Clarke&Horsley设计出三维坐标 定向系统。

　　1947年，随CT、MRI、DSA、PET等影像发展，特别是与计算机结合，衍生出立体定向放射外科,立体定向辅助神经外科等新理念。

　　1979年Brown又提出了定向仪与CT相匹配，不久定向仪与MRI、DSA、PET结合相继有了报道;

　　1986年Robert介绍了无框架立体定向导航系统。

　　到了21世纪,神经外科进展不再是单纯停留在切除病灶，还要考虑到脑功能缺失的改善和修复。21世纪传统神经外科将是立体定向和功能性神经外科微创时代。

　　目前神经外科导航系统发展很快，已经有多种类型，如声波数字化仪、遥感关节臂、光学数字化仪、电磁数字化仪。

　　随着无框架导航系统临床应用，发现术中脑脊液丢失，病灶组织切除以及脑肿胀等因素可产生目标移位。因而，又出现了术中实时扫描影像导航手术或功能性影像导航手术( iMRI fMRI iCT导航技术，来弥补术中目标移位)。

　　机器人脑立体定向手术方法

　　在脑立体定向手术中,该系统可以取代传统的定向仪框架,通过识别贴附于患者头部的标志点,建立相应的三维坐标体系,并可标示出靶点位置和穿刺轨迹。智能机械臂按照模拟轨迹固定穿刺方向,为术者提供准确导航和操作平台。

　　靶点定位后,动力机械臂能以0.1mm的重复精度保持稳定的轨迹,确保手术准确无误。

　　1.患者经局麻施术。

　　2.首先在患者头部安放立体定位标志点,进行CT或MR扫描明确病灶部位。

　　3.利用机器人系统完成如下操作:

　　〔1〕靶点定位:将定位图像通过局域网输入计算机,应用专门设计的定位软件,自动显示拟穿刺靶点的三维坐标;

　　〔2〕规划手术路经：通过获得的三维立体图像，构成一个“虚拟病人”，通过虚拟现实技术的各种交换方法，医生可以对病人实行虚拟手术，以确定最佳手术方案;

　　〔3〕导航穿刺:在计算机屏幕上,实时显示智能机械臂的位置至预达靶点;

　　〔4〕固定操作:按照术者确定的穿刺点和穿刺轨迹,固定穿刺道,根据已标定的靶点坐标自动进针。穿刺针到达靶点后,进行相应的手术;

　　〔5〕存储资料:手术过程中,可将患者的有关手术资料记录于计算机存储器,并可随时打印出。

　　机器人脑立体定向特点

　　1.手术过程简化：采用计算机图像引导定位系统, 简化了原来的手工操作测量，适合现代立体定向手术;

　　2.定位精度高：充分利用影像标记信息,扫描定位靶点精确(误差<1mm),可重复性好,减少了人工测量靶点的误差;

　　3.手术时间短：传统的立体定向手术由于受到定位框架消毒及安装框架耗时的限制，一套系统一天仅能实施一台手术，而本系统施术由于摆脱了定位框架，因而不受上述限制，一天可实施手术10余台;

　　4.手术痛苦小：机器人手术可以去除传统定向手术所需的框架，可减少手术时间，减轻病人的手术痛苦;

　　5.手术效果好：借助计算机辅助软件系统根据图像信息定制的手术规划方案较之传统的基于经验的规划方法更为准确、科学;机器人定位精度高、自动化程度高，手术创伤小、效果好，从而大大减轻病人的手术痛苦。并且可显著减少人为因素造成的手术失误，使手术更加安全可靠;

　　6.手术费用低：患者术后康复周期短，降低了手术耗费，临床应用已进入医保范围;

　　7.远程施术：采用网络互连实现信息交互，使得远程专家能够交互式会诊;或者由远程控制端实时控制异地的机器人进行手术。

　　机器人脑立体定向技术的优势

　　1、定位准确

　　机器人脑立体定向技术采用影像学定位(CT、MRI或DSA)和立体定向仪引导，通过对患者颅脑进行细致的扫描，配合彩色多普勒影像仪来构建三维立体的脑部结构图;将穿刺针、微电极等显微器械置入脑内特定靶点，通过记录电生理信号来确定需要进行手术的部位。

　　2、手术精度稳定

　　机器人辅助脑外科立体定向手术系统CRAS-BH1、CRAS-BH2、CRAS-BH3和黎元BH-600，应用先进耶鲁大学的动力机械臂。通过靶点定位后，动力机械臂能以0.1mm的重复精度保持稳定的轨迹，确保手术准确无误。

　　3、创伤小 效率高

　　在为患者进行了上述手术操作后，还将选择最适合病灶区域的一种脑神经细胞，借助先进的机器人手臂的高精确性及高稳定性将之移植到已经被手术切除后的病灶区，修复已经受损的大脑皮层，使之变得完好无缺，不仅从根本上治疗了脑病，而且还让患者完全康复到了正常人的水平，享受最高质量的生活乐趣。

　　4、术后迅速恢复

　　机器人脑立体定向手术系统自应用临床以来，临床治疗案例15000余例。并发症发生率< 0.5%。手术时间平均20min。多数患者于手术后2～4小时，即可进流食。术后次日，术前病情较轻者可下床活动。

　　机器人脑立体定向手应用

　　机器人立体定向利用影像学定位(CT、MRI或DSA)和立体定向仪引导，将穿刺针、微电极等显微器械置入脑内特定靶点，通过记录电生理、留取组织标本、产生毁损灶、去除病变等方法，诊断和治疗中枢神经系统的各种病症。此技术经近50年的发展，立体定向神经外科的范围逐渐扩大，已涉及传统神经外科的各个分支，发展成为一个较为完善的学科。

　　立体定向手术的适应症：

　　(1)脑内病变活检：包括脑肿瘤.炎症.寄生虫及其它不明原因的病变;

　　(2)脑内各种囊性病变的抽吸切除;

　　(3)脑内血肿排空，引流;

　　(4)脑脓肿排空及注入抗生素;

　　(5)脑内异物摘除;

　　(6)各种功能性神经外科疾病的治疗;

　　(7)脑肿瘤内各种治疗，如内放疗(注入同位素，胶体和后装置管);

　　(8)激光内窥镜治疗脑内各种病变;

　　(9)计算机辅助立体定向手术;

　　(10)立体定向放射外科治疗AVM等各种脑内病变;

　　(11)立体定向神经组织脑内移植;

　　(12)立体定向植入微电极(DBS、帕金森、癫痫等)。

　　(13)各种功能性神经外科疾病：1)震颤麻痹、帕金森病、帕金森氏综合症;2)扭转痉挛脑瘫，临床上以肌张力障碍和四肢躯干甚至全身的剧烈而不随意的扭转为特征;3)痉挛性斜颈为控制头部运动的复杂生理过程发生障碍所致，其中纹状体损害表现为主;4)慢性进行性舞蹈症，是以慢性进行性舞蹈样动作和痴呆为特征的遗传性疾病;5)精神疾病;6)癫痫;7)疼痛 ;8)其它脑性瘫痪，主要以偏瘫呈痉挛性为主。

　　立体定向引导下的手术定位精确，可定位精确1毫米范围;手术创伤小，无痛，基本不出血;手术入孔直径约5毫米，整个手术过程患者在完全清醒状态下进行，做到了真正意义上的无痛、微创手术。

　　机器人立体定向疗效分析

　　现代立体定向手术的临床应用包括：功能性神经外科疾病和脑内各种占位性疾病。功能性神经外科疾病的治疗是立体定向手术的最早尝试，可以说它伴随了立体定向手术发展的全过程;而将治疗脑内各种占位性病灶作为立体定向手术的重点仅仅是近十几年的事。

　　目前对于功能性神经外科疾病，脑立体定向手术的治疗范围包括：震颤麻痹、扭转痉挛脑瘫、舞蹈病、手足徐动症、投掷综合征、癫痫及顽固性精神病和疼痛等。近 10 a 来由于 CT、MRI 及 PET 等影像技术的飞速发展，已使核团毁损的定位由 X 线脑室造影间接测量核团的方式，发展为在 CT、MRI 层面上直接0b测量核团的方法，而该方法对核团靶点定位相当精确。加之手术中利用正向微电极刺激定位后再行核团毁损技术;以及“细胞刀”的应用，致病灶毁损能精确局限到细胞水平上;更使功能性脑立体定向手术的有效率进一步提高。

　　利用脑立体定向手术，行脑瘤间质内放射性核素近距离照射治疗，目前已成为脑瘤综合治疗中的一种主要手段;部分病例已可替代手术切除，如囊性颅咽管瘤。多数适用于脑内囊性病变，一般选用β射线类同位素如磷 32或钇90作为囊性病变的照射源，由于其射线穿透距离短，对囊壁疗效好，而对周围正常脑组织损害小。脑立体定向后，用铱后装γ射线治疗机，对脑深部实质性小肿瘤行瘤内照射治疗，效果良好。

　　尽管 CT、MRI 能够发现脑内病变，但无法作出组织学诊断，而病理诊断对于决定病人的治疗方案有时则是十分必要的。数据显示，立体定向手术活检的阳性率可达 91%～96%，其中约 1/5 的病人依靠临床症状、实验室和影像学检查无法确诊。可见，脑深部病变立体定向活检术，已成为确诊神经系统疾病，和确定治疗方法的一个重要手段。

　　在 CT 引导下，行立体定向穿刺、抽吸、引流高血压脑内血肿的手术，可于局麻下进行，手术简便敏捷，病人痛苦小，对心、肺、肾等功能干扰少，是当今治疗高血压脑内血肿的一种较好方法，特别适合老年、衰竭及危重病人的抢救。

　　此外，脑立体定向手术还可用于脑内异物取出、脑内寄生虫摘除、脑组织移植、脑深部小脓肿的抽取和引流[4]、脑肿瘤瘤内化疗、射频治疗及结合内窥镜行脑室内肿瘤切除等。

　　总之，随着放射影像学的发展和诊疗技术的提高，脑内小病灶和重要功能区的病灶越来越多见，期待着神经外科医师通过立体定向手术诊治。如今，脑立体定向仪就象手术显微镜、超声外科吸引器和激光刀一样，成为神经外科的基本设备。除了立体定向技术，目前还没有其他技术能达到 1 mm 以内的高精度定位。立体定向手术可以解决不适合开颅手术的脑内小病灶、深部病灶、多发病灶和位于重要功能区的病灶。

　　就病变部位而言，无论位于大脑、小脑还是脑干，立体定向手术并无限制。显见，对于高龄患者、体质虚弱患者，立体定向手术更有其创伤小的优点。脑立体定向术安全可靠，近年来其手术死亡率已降为 0%～1%，致残率仅为 1%～3%。

　　目前国外许多医院的立体定向手术已占神经外科手术的 30%以上，不少国家或地区建立了立体定向与功能神经外科中心或研究所，专门从事立体定向手术治疗脑疾病的研究。先进立体定向学会 1961 年成立，推动了先进立体定向技术的不断发展。在国内，立体定向手术正在逐步普及，有关该领域的专业杂志也相继出版，现已召开了四届全国性立体定向和功能神经外科学术大会。在此基础上，1996 年中华医学会神经外科学会正式成立了立体定向和功能神经外科专业委员会。