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手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例與發(fā)展趨勢(shì) 

應(yīng)用實(shí)例

（一）顱底腫瘤

針對(duì)顱底腫瘤的診治，由于其前后包含諸多重要的解剖結(jié)構(gòu)，且周圍被大量正常的血管神經(jīng)包繞。術(shù)中不僅很難精確到達(dá)病變位置，同時(shí)要想在完整切除病灶的基礎(chǔ)上，又不影響正常神經(jīng)結(jié)構(gòu)則更是難上加難。

醫(yī)生團(tuán)隊(duì)在術(shù)前通過(guò)影像學(xué)資料進(jìn)行三維重建，實(shí)現(xiàn)病變描記、傳導(dǎo)束重建、功能區(qū)描記以及血管重建。術(shù)中將患者頭部外形與重建的三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)，將顯微鏡與導(dǎo)航系統(tǒng)連接并校正，通過(guò)導(dǎo)航儀顯示的腫瘤體表投影，更加精確地設(shè)計(jì)皮膚切口和骨窗。病灶切除程度可由影像學(xué)客觀評(píng)價(jià)，實(shí)時(shí)顯示病灶與傳導(dǎo)束、功能區(qū)的空間關(guān)系，并且在導(dǎo)航指導(dǎo)下按照預(yù)定手術(shù)入路進(jìn)行，實(shí)時(shí)調(diào)整手術(shù)策略。

手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)方便醫(yī)生更好地實(shí)現(xiàn)神經(jīng)外科的“三最”目標(biāo)：最大化的病變切除、最小化的神經(jīng)功能損傷和最佳的術(shù)后康復(fù)。

（二）復(fù)雜先天性心臟病

患者由于是二次手術(shù)，胸腔原本層次分明的組織已經(jīng)粘連成一團(tuán)，導(dǎo)致病變部位尋找困難，周圍結(jié)構(gòu)復(fù)雜，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)極大。

手術(shù)前，醫(yī)生團(tuán)隊(duì)根據(jù)CT影像通過(guò)三維重建得到心臟數(shù)字模型，通過(guò)3D打印獲得1：1心臟實(shí)體模型，確定病因。手術(shù)時(shí)，通過(guò)AR技術(shù)將心臟3D模型投射至手術(shù)臺(tái)上方的光學(xué)透視屏幕，并與實(shí)際心臟重合，找到關(guān)鍵血管。通過(guò)VR技術(shù)看到心臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確找到畸形狹窄處，實(shí)施精準(zhǔn)切除。

（三）第一頸椎椎弓根螺釘植入

患者從高處跌下，造成了極為罕見(jiàn)的第2頸椎縱向粉碎性骨折，最理想的治療方法是進(jìn)行第一頸椎椎弓根螺釘植入術(shù)，可保留頭頸部正?；顒?dòng)功能。但是，第一頸椎處于顱、椎連接區(qū)域，位置深入，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與延髓、椎動(dòng)脈等重要組織相毗鄰，長(zhǎng)期以來(lái)被臨床醫(yī)學(xué)界視為外科手術(shù)的“禁區(qū)”。

手術(shù)前，通過(guò)患者CT數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建來(lái)輔助診斷，確定使用第一頸椎弓根釘固定的手術(shù)方案。通過(guò)骨科手術(shù)規(guī)劃和模擬技術(shù)，精確設(shè)計(jì)第一頸椎弓植入弓根釘?shù)慕嵌扰c長(zhǎng)度。手術(shù)中，借助手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)確保手術(shù)的精準(zhǔn)實(shí)施。

  發(fā)展趨勢(shì)

提高術(shù)中三維模型配準(zhǔn)精度

由于在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的虛擬界面中，器官模型是根據(jù)術(shù)前靜態(tài)影像重建，但在手術(shù)中，患者移動(dòng)和手術(shù)操作會(huì)使器官形態(tài)出現(xiàn)變化，需要導(dǎo)航系統(tǒng)能根據(jù)術(shù)中影像快速更新3D模型并與患者空間快速精確的配準(zhǔn)。

提高空間測(cè)量精度

空間定位精度是影響手術(shù)導(dǎo)航精度的重要環(huán)節(jié)，目前應(yīng)用廣泛的光學(xué)定位系統(tǒng)對(duì)中心像場(chǎng)的靶標(biāo)位置的測(cè)量精度最高為0.2mm，但是對(duì)像場(chǎng)邊緣的靶標(biāo)測(cè)量精度會(huì)下降，后續(xù)坐標(biāo)變換也會(huì)引入誤差，影響定位精度，故需進(jìn)一步提高空間測(cè)量精度，滿足高精度手術(shù)的需求。

提升AR設(shè)備性能

頭戴式AR設(shè)備在手術(shù)模擬、導(dǎo)航和培訓(xùn)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但是目前主流設(shè)備視角和分辨率較低，體積相對(duì)笨重，虛擬模型疊加至真實(shí)場(chǎng)景時(shí)存在延時(shí)。所以，需進(jìn)一步提升AR設(shè)備性能，優(yōu)化醫(yī)生的使用體驗(yàn)。

手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)與機(jī)器人融合

目前，使用導(dǎo)航系統(tǒng)輔助的外科手術(shù)多數(shù)仍由醫(yī)生在現(xiàn)場(chǎng)完成。一方面，部分手術(shù)需使用X射線、CT等進(jìn)行術(shù)中觀察，醫(yī)生會(huì)暴露在大量電離輻射下。另一方面，醫(yī)生手部的顫抖會(huì)制約高精度手術(shù)的實(shí)施

使用手術(shù)機(jī)器人可使醫(yī)生在安全環(huán)境中進(jìn)行手術(shù)，并可濾除手抖完成高精度定位和操作。醫(yī)生可以選擇主從式機(jī)器人進(jìn)行遙控操作，或選用自動(dòng)機(jī)器人完成部分操作。其中，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可為前者提供操作輔助，為后者提供高精度閉環(huán)控制。

  總結(jié)

綜上所述，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是一項(xiàng)多學(xué)科融合的創(chuàng)新前沿技術(shù)，對(duì)促進(jìn)外科手術(shù)發(fā)展具有重要意義。它的發(fā)展和應(yīng)用，使醫(yī)生從2D影像的經(jīng)驗(yàn)診斷跨越到3D數(shù)模的直觀判斷，從反復(fù)術(shù)中探查跨越到AR直觀展示，從依賴“手感”的“盲操作”跨越到可視化的路徑指引，從有限的標(biāo)本手術(shù)培訓(xùn)跨越到無(wú)限的虛擬手術(shù)訓(xùn)練，使外科手術(shù)的診斷、探查、操作和培訓(xùn)變得更清晰、更準(zhǔn)確、更高效。

隨著醫(yī)學(xué)和科技的快速發(fā)展和深度融合，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)愈加精準(zhǔn)，更清晰的診斷讓醫(yī)生運(yùn)籌帷幄，更安全的方案讓患者盡早康復(fù)，更精準(zhǔn)的操作讓病灶無(wú)處遁形。由此可見(jiàn)，手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)將加快外科手術(shù)向精確化和高效化的轉(zhuǎn)變，可堪稱為精準(zhǔn)外科的基石。