首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院趙國光教授帶領項目組圍繞癲癇、帕金森?。≒D）、腦出血等疾病的精準診療，緊扣神經外科手術機器人領域的核心“卡脖子”技術，開發(fā)了具有國內完全自主知識產權的基于“神經外科手術機器人”的臨床微創(chuàng)診療體系并成功完成臨床轉化，實現(xiàn)了覆蓋全國各省市的推廣普及。
目前，該項目在國內120家醫(yī)院實現(xiàn)臨床應用推廣，輔助實施8130例神經外科相關手術；大力推動了優(yōu)質醫(yī)療資源向基層的沉降，惠及超千萬家庭。近期，“基于國產手術機器人的神經外科微創(chuàng)治療體系及臨床轉化系列研究”項目榮獲中華醫(yī)學科技獎醫(yī)學科學技術一等獎。
自主創(chuàng)新攻堅克難 研發(fā)出適用于神經外科的機器人微創(chuàng)治療體系
項目組完全自主創(chuàng)新研發(fā)的一整套機器人技術體系，為國內第一個獲得核準的神經外科手術機器人。項目在實現(xiàn)視覺導航時，創(chuàng)新性地采用了環(huán)境光視覺跟蹤定位技術，僅利用手術室自身環(huán)境光即可在實時視頻中自動捕獲目標的三維位置和俯仰翻滾偏轉姿態(tài)，誤差≤0.2 mm，可同時動態(tài)追蹤100個目標的空間位姿。此項技術無激光類儀器的輻射傷害，避免了紅外光定位易受環(huán)境影響和高值紅外耗材依賴國外進口的弊端。
◆立體定向和神經導航混合增強，精準定位腦功能障礙相關疾病的病灶。
本項目的機器人系統(tǒng)能同時集成全自由度的自動化機械臂和分體獨立的環(huán)境光定位導航儀；結合了多種人工智能算法；攻克光學導航和機械臂定位混合增強的技術；首次開發(fā)出立體定向和神經導航相結合的機器人架構。因此，本項目研發(fā)系統(tǒng)適用于整個神經外科。
◆全流程自動化，推進神經外科手術標準化進程。
項目組基于人工智能研發(fā)了具有自主知識產權的視覺模板自動匹配技術，利用定位導航儀的實時視頻圖像，攻克了手術空間自動避障和基于虛擬空間的路徑自動規(guī)劃定位技術，實現(xiàn)了手術空間障礙物和醫(yī)務人員的自動避障功能，達成全自動的機械臂注冊；在手術空間方面則利用自研的視覺跟蹤定位技術自動定心捕捉特征點，實現(xiàn)自動化手術注冊：達成了各類立體定向手術操作的標準化，使結果統(tǒng)一化和同質化，降低了對專家經驗和技巧的依賴，易于取得優(yōu)質的手術效果，便于從示范中心到輻射基層的全面推廣普及。
◆手術定位精度提升至0.5 mm以內，克服神經外科手術中的人為誤差，降低神經外科手術并發(fā)癥的發(fā)生幾率。
立體定向手術常需對大腦核團進行定位穿刺，而國內外其他神經外科手術機器人以半自動注冊為主，缺乏智能化校驗和糾錯手段，據(jù)國外研究機構系統(tǒng)性回顧研究，國際上手術機器人靶點的誤差平均為1.7 mm。針對上述問題，項目組實現(xiàn)了快速和高精度的識別靶點位置，提高手術規(guī)劃的有效性。通過上述綜合機器人技術，手術定位精度有效提高達到0.5 mm以內，減少了手術并發(fā)癥，保障手術定位精度。
全面推動了手術機器人在癲癇微創(chuàng)治療中的診療及干預應用
◆基于多模態(tài)影像學技術進行癲癇網絡分析，應用國產神經外科機器人完善框架手術的術中導航規(guī)范操作，改進神經外科手術效率。國產神經外科手術機器人一大優(yōu)勢是可通過PET和MRI等影像數(shù)據(jù)對癲癇病灶進行準確的識別和導航定位。
◆通過國產神經外科機器人進行高精準的立體定向腦電圖（SEEG）電極植入，探索癲癇發(fā)生腦網絡機制。是研究癲癇網絡機制的重要手段，國產神經外科機器人的應用有力保證了SEEG電極植入過程中的準確性和安全性。
◆基于國產神經外科機器人的立體定向射頻熱凝技術，進行癲癇的微創(chuàng)治療。項目團隊證實通過多電極點構建的毀損網絡可在三維空間中實現(xiàn)病灶的全方位覆蓋，測試并構建了完整的微創(chuàng)治療理論體系，獲得了立體交叉毀損體系的發(fā)明專利授權。
針對PD的腦深部刺激術治療，結合人工智能技術手段，指導PD的早期干預，優(yōu)化了治療方案。
◆PD機器人手術治療相關臨床研究?；趪a神經外科手術機器人的毀損手術是治療PD的重要手術方式，項目組發(fā)現(xiàn)了震顫型PD者的內蒼白球存在電活動與肢體震顫節(jié)律一致的震顫細胞。該細胞的發(fā)現(xiàn)和定位，對于指導手術毀損的部位和范圍具有重要意義。在國產神經外科手術機器人引導下的移植手術，治療PD的臨床安全性、可行性和有效性均得到了保證。
◆推廣機器人引導下PD的腦深部電刺激療法，制定中國專家共識。
腦深部電刺激術（DBS）是目前治療PD的重要手段。項目組圍繞DBS治療PD進行了多項重要的臨床研究，腦深部電刺激時心率明顯加快，收縮壓和舒張壓均有不同程度的升高。因此，國產機器人引導的DBS術中對病人施行電刺激時，能嚴密監(jiān)測心率和血壓的變化，穩(wěn)步施術，避免并發(fā)癥的發(fā)生。
提出并推廣機器人治療腦出血應用體系，助力國家百萬減殘工程
腦卒中是造成我國居民死亡的第一因素。我國每年腦卒中新增發(fā)病約超過200萬人，其中，腦出血患者占比達18.8%~47.6%，給國家和社會帶來了巨大的疾病負擔。本項目研發(fā)的國產機器人系統(tǒng)具備的多項功能，可最大程度地降低腦出血微創(chuàng)手術的技術門檻和人為誤差，實現(xiàn)手術流程的標準化，獲得更好的腦血腫清除效果，益于核心醫(yī)院到輻射基層的普及推廣。
◆應用國產機器人輔助遠程腦出血的微創(chuàng)治療，縮短手術時間、降低死亡率及并發(fā)癥發(fā)生概率，全面提升手術治療效果。
◆機器人輔助腦出血的微創(chuàng)治療相關內鏡手術，達成快速定位，提高腦出血手術效率。
- 小 結 -
基于機器人輔助手術的精準治療，醫(yī)院開展了臨床應用探索，期望為進一步的精準藥物治療、精準手術/調控治療提供新的理論依據(jù)，從而提升癲癇、PD和腦出血等高難度神經系統(tǒng)疾病的治愈率。
項目開發(fā)的自主化神經外科手術機器人已在國內著名神經外科醫(yī)院及各省市中心醫(yī)院予以示范應用，解決了目前醫(yī)療健康領域社會關切的醫(yī)療資源分布不均、進口設備價格高昂等問題，提升了國產神經外科醫(yī)療機器人的應用水平，使我國有限的醫(yī)療專家資源得到充分地利用，并實現(xiàn)了資源共享和優(yōu)勢互補，以中心城市大醫(yī)院為核心對周邊城市醫(yī)院形成了輻射作用，以期全面提高我國神經外科整體治療水平。
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