作者：王凤婷，王滔，赖伊杰，潘宜新，孙伯民，上海交通大学医学院附属瑞金医院功能神经外科中心
自1980 年代中期PUMA 560 机器人系统首次应用于立体定向脑活检手术以来，手术机器人在机械设备、导航技术和数字成像等方面取得长足进步，在神经外科，特别是立体定向功能神经外科日益普及。与人工操作相比，机器人在靶区定位、路径规划以及电极放置等方面具有潜在优势和巨大应用前景。
荟萃分析显示：无论有框或无框的立体定向技术，机器人辅助均是电极置入准确度改善的独立影响因素。本文对手术机器人在立体
1. 立体定向功能神经外科机器人现状
目前市场用于颅内立体定向功能神经外科的机器人产品包括Neuromate（Renishaw），ROSA（Zimmer Biomet），Stealth Autoguide（Medtronic）、睿米（Remebot, Beijing Baihui Weikang Technology）以及华科精准（Sinovation Medical）等。Neuromate 与ROSA为具有标志性意义的大型手术机器人。其从地板支起，与Mayfeild 头架相连，具有多自由度关节臂，可在各种具有挑战性的角度开展手术。二者配备强大的手术规划系统，可将病人多种影像资料进行高质量融合，进而根据靶点核团及颅内血管走行等设计个性化手术路径。二者术前注册方式可基于框架或无框架，采用传统标记点方式，包括体表标记、颅骨植入标记、框架标记或无标记点的激光自动标记等方法。
此外，2017 年Neuromate 推出Neurolocate 配准系统，采用非侵入性无框架超声配准方式进行注册。该方法基于5 个安装在机械臂的标记点，从而避免在病人颅骨植入有创标记。研究显示：无论采用何种注册方式，这两种系统在立体定向电极植入过程中均展示出亚毫米精度水平。睿米及华科精准是我国自主研发的神经外科手术机器人，其安全性与有效性已被多项研究证实。
其中，睿米机器人是国家药品监督管理局批准的首款用于辅助DBS 手术的国产机器人。其配备光学跟踪定位仪，可自动识别定位标志物，无需骨性标志即可进行注册。华科精准的SR 系列神经外科手术机器人，是我国首款同时获国家药品监督管理局及美国FDA审批通过的神经外科手术机器人。其中SR1-3D 具备的3D 结构光成像技术可实现免标记点无创注册，自动识别定位。
相比同样是无标记点的二代点阵激光注册方式，SR1-3D 采用新一代点云注册方法，不仅速度更快，精度亦大幅提升。该方式大大节省术前准备时间，提高手术效率及注册精度。目前国产神经外科手术机器人在设备功能等方面已逐渐赶上国际水准，在注册方式等技术上处于国际领先水平。微型手术机器人具有体积微小、使用便携等优势。其可直接与头架相连，适用于各种条件手术室及急危重症情况。
目前上市的神经外科微型手术机器人包括Stealth Autoguide 以及华科精准Q300 等。二者均具有实时成像反馈功能，可于术中及时反馈信息，避免电极植入偏差过大。Stealth Autoguide由奥地利Interventional Systems 公司与美敦力公司联合研发，配有高速钻机，与传统骨钻相比显著减少偏移风险。
2022 年上市的华科精准Q300 微型机器人，采用红外光学追踪定位，利用病人已有CT、MRI 影像即可快速完成注册（<1min），无需体表标记，无需额外增加术前定位影像，大大减少术前准备时间。此外，其具有实时追踪功能，导航精度稳定；对工作环境要求较低，可应用于急诊室、抢救室、床旁等多种场景，具有显著临床价值。
2. 机器人辅助立体定向功能神经外科的应用场景
立体定向神经外科手术机器人在颅内病变活检、血肿引流以及功能神经外科领域具有广阔应用前景。在功能神经外科领域，其可应用于帕金森、肌张力障碍等运动障碍疾病，
2.1 SEEG
SEEG通过手术置入深部电极至目标脑区脑组织记录脑电信号，帮助医生对脑深部信号进行监控以精准定位癫痫发作来源。研究显示：通过无框架手术机器人辅助完成电极置入，较基于Talairach 框架的电极置入更省时，二者术后并发症发生率相近。机器人辅助的无框架手术比光学神经导航引导的手动调整，精度更高。诸多因素均可能对手术精度造成影响。个体颅骨厚度、电极置入角度、病人
研究显示：病人颅骨厚度每增加1mm，目标误差就会增加4.3%。研究表明：置入角度>30°的轨迹（斜向组）径向误差显著高于计划角度<30°的轨迹（垂直组）。但也有研究指出：机器人辅助立体脑电图的电极斜向角度对手术结局无明显不良影响。一项关于SEEG电极置入精度的多因素回归分析显示：头架选择，预钻孔处理等是影响多个脑叶SEEG电极置入精度的主要因素。
相较于Mayfield头架，Leksell 头架在置入点准确度上更有优势。这可能与Leksell 固定更牢固有关。此外，采用预钻孔的方法，即通过平头大转子在颅骨预先磨出平台，可减少电极入路偏差。电极置入深度或注册方式在该项研究中对置入准确度无明显影响。另有研究比较基于CT或MRI 的头架或激光扫描注册方式对电极置入准确度的影响，使用基于CT 的注册方式较基于3T MRI 的注册更准确；头架或激光扫描两种方式对电极置入准确度并无明显差别。
2.2 DBS
DBS 是在脑内核团或特定脑区置入刺激电极，通过脉冲电刺激调控相关核团或脑区功能，达到改善症状的目的。多项研究证实：ROSA，NEUROMATE以及睿米等手术机器人在辅助DBS 电极置入的安全及准确性。比较研究显示：机器人辅助DBS 电极置入和常规手动置入平均精度分别为0.76mm和1.11mm，无统计学差异。但在比较超过2mm偏差发生率时，机器人辅助较手动置入偏差明显更低。手术机器人辅助较手动置入电极更少出现较大的偏移，并且更为省时。
2.3 激光间质热疗（laser interstitial thermal therapy，LITT）
MRI 引导下LITT 是在立体定向成像引导下，通过在病变区域置入光纤激光探头，将激光作用于靶区从而选择性消融病变组织的一种微创疗法。该疗法在脑肿瘤及癫痫治疗的有效性及安全性已被证实。此外，也有研究将其用于治疗顽固性震颤以及帕金森等运动障碍疾病。与其他立体定向手术一样，激光光纤的路径规划和靶区定位对精度要求极高，因而具有机器人辅助立体定向的需求。研究显示：机器人辅助LITT 在
2.4 RNS
RNS 于2013 年被美国FDA批准作为难治性局灶性癫痫的辅助治疗。该装置可以检测颅内癫痫样脑电模式，并通过电刺激中止癫痫发作。该方法可用于治疗致痫灶不可切除或存在多个致痫灶的癫痫病人。已有长期随访证实该系统在降低癫痫发作频率方面的疗效。研究显示：通过机器人辅助RNS 海马区域深部电极置入较传统框架的手动电极置入方法具有许多工作流程的优势，包括允许双侧并行置入电极，降低人工设置坐标误差等。ROSA机器人辅助RNS 电极置入具有高度准确性与良好疗效。
3. 机器人辅助立体定向功能神经外科的发展方向
手术机器人的发展离不开医生与工程师的共同努力。未来手术机器人或可在以下方面继续改进，从而更好改善治疗效果，减轻医生负担，增加临床应用可及性。
3.1 可变路径
当前立体定向电极置入仅支持直线进针。由于进针过程需避开脑沟、脑室、血管等结构，术前轨迹设计仍受到很多限制。此前曾有研究通过利用镍钛诺材料的超弹性及形状记忆特性，实现非线性路径进针。使用该材料实现的机器人驱动伸缩弯曲进针的方法，可根据目标结构的弯曲形状调整轨迹，并通过自然孔道进入以减小伤害。该方式已用于接受双侧海马毁损的癫痫病人。该策略有可能降低手术侵袭性，增加LITT 海马消融的完整性。
3.2 远程操作
神经外科机器人尚未完全自动化，手术过程中仍需要医生操作和干预。随着互联网技术和5G 等基础设施发展，远程手术让偏远地区的病人也可接受到有经验的神经外科医生主刀。然而信号延迟导致的安全问题仍是其目前最大障碍。利用高数据传输带宽或可进一步改善这一问题。半自动机器人可独立完成一系列术前准备工作，有利于加速手术进程。
3.3 磁兼容机器人
磁兼容机器人能够在手术进行的同时实现真正意义上的实时成像，具有实时内部成像、无电离辐射、软组织对比度高、分辨率高等诸多优势。2007 年加拿大卡尔加里大学神经外科团队研发的Neuroarm 是世界第一代MRI 兼容的神经外科手术机器人系统，2008 年首次应用于1 例颅内嗅沟
3.4 人工智能
人工智能技术在神经外科手术机器人的发展过程中不可或缺，其可帮助医生区分重要神经结构，为外科医生提供建议；在置入设备时自主调整速度与角度，增强机器人手术的精确性和安全性。此外，结合虚拟及增强现实等技术发展，人工智能可为年轻医生提供快速、低成本而高效的培训，有利于经验不足的医生迅速掌握机器人辅助神经外科的知识和技能。
尽管机器人辅助立体定向神经外科手术具有诸多优势，其涉及的背景知识及技术复杂性，仍远超过基于框架的立体定向手术。机器人常规维护和故障排除均需要经过专业的高级培训。与所有新技术一样，机器人辅助手术需要一定的学习曲线。机器人本身的高额成本也是限制其推广应用的一个问题。未来机器人辅助立体定向功能神经外科将继续发展提升，期待其可进一步用于临床改善手术过程，提高病人的临床获益。
来源：王凤婷,王滔,赖伊杰,等. 机器人辅助立体定向功能神经外科的应用及研究进展[J]. 中国微侵袭神经外科杂志,2024,28(4):193-197.
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