機(jī)械臂輔助腦立體定向手術(shù)32例

機(jī)械臂輔助腦立體定向手術(shù)32例

1997年5月至1998年12月，采用國內(nèi)cras-hb機(jī)臂系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)模塊和ct掃描片，精確確定病標(biāo)，模擬穿刺，注入輻射核素，成功協(xié)助32例腦立體定向手術(shù)。臨床數(shù)據(jù)和方法1.手術(shù)種類及血腫活檢情況本組32例,男19例,女13例。年齡6~64歲,平均24歲。手術(shù)種類包括:腦腫瘤內(nèi)放療23例(顱咽管瘤17例、星形細(xì)胞瘤5例、膠樣囊腫1例),腦深部病變活檢3例,腦膿腫抽吸2例,腦內(nèi)血腫排空2例,金屬異物摘除2例。2.機(jī)械機(jī)械裝置海軍總醫(yī)院和北京航空航天大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的CRAS-HB機(jī)械系統(tǒng),主要由如下部分組成:動(dòng)力型機(jī)械臂PUMA262硬件平臺(tái))和非動(dòng)力型機(jī)械臂(導(dǎo)航及固定裝置),影像片圖像定位軟件,手術(shù)徑路模擬顯示裝置,手術(shù)及注藥控制模塊等。靶點(diǎn)定位后,動(dòng)力機(jī)械臂能以0.05mm的重復(fù)精度完成較復(fù)雜的工作,并能保持穩(wěn)定的軌跡,保證立體定向手術(shù)準(zhǔn)確無誤。3.ct定位片的機(jī)械控制全部病人均在局麻下施術(shù)。首先,在患者頭部安放立體定位標(biāo)志(可用特制示標(biāo)點(diǎn)或普通心電極片)。再進(jìn)行CT掃描,明確病灶部位和示標(biāo)點(diǎn)。然后利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成下述操作:(1)掃描定位:將9幅CT定位片經(jīng)掃描儀輸入計(jì)算機(jī),利用特殊的三維定位軟件,按照術(shù)者標(biāo)定的靶點(diǎn),自動(dòng)顯示擬穿刺點(diǎn)的三維坐標(biāo);(2)穿刺進(jìn)針:在計(jì)算機(jī)程序控制下,機(jī)械系統(tǒng)緩緩啟動(dòng)其6個(gè)自由度的機(jī)械操作臂,按照已標(biāo)定的靶點(diǎn)坐標(biāo)并根據(jù)術(shù)者確定的穿刺點(diǎn)進(jìn)針;(3)手術(shù)操作:根據(jù)病變性質(zhì),采用相應(yīng)的手術(shù)步驟。如穿刺針到達(dá)靶點(diǎn)后,可抽吸出腫瘤囊液或血腫,動(dòng)力臂還可根據(jù)術(shù)者的指令直接進(jìn)行瘤內(nèi)注射核素治療等。腦深部水腫術(shù)后并發(fā)癥本組32例機(jī)械臂輔助立體定向手術(shù)過程順利。從系統(tǒng)掃描定位至手術(shù)結(jié)束拔出穿刺針,歷時(shí)20~45min。23例囊性腦腫瘤內(nèi)放療患者,進(jìn)行了抽吸囊液、注入放射性同位素32P。3例腦深部病變活檢,證實(shí)為星形細(xì)胞瘤2例、炎性肉芽腫1例。2例腦深部膿腫,分別抽吸出膿汁8ml和14ml。2例基底節(jié)區(qū)血腫,分別抽出陳舊性積血16ml和24ml,并置管引流。腦內(nèi)金屬異物摘除2例,分別為額葉和枕葉深部的鉛彈。本組32例患者手術(shù)經(jīng)過順利,均一次定位成功,無手術(shù)并發(fā)癥。多數(shù)患者(29/32)于手術(shù)后2~4小時(shí),即可進(jìn)流食。術(shù)后次日,術(shù)前病情較輕者可下床活動(dòng)。除3例腦深部病變活檢均陽性外,其余29例病人術(shù)后隨訪6~24月;臨床治愈20例(腦瘤16例、腦內(nèi)異物2例、腦膿腫1例、腦內(nèi)血腫1例);好轉(zhuǎn)5例(腦瘤4例、腦膿腫1例);無變化2例(腦瘤),惡化1例(腦瘤),死亡1例(再次腦內(nèi)血腫)。手術(shù)有效率86%。機(jī)械腦外科系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)近年來,隨著計(jì)算機(jī)和微電子等技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用機(jī)器人步入了醫(yī)學(xué)外科領(lǐng)域。醫(yī)療外科機(jī)器人是一個(gè)多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域,涉及機(jī)器人、電子、通訊、控制、圖像處理、圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、醫(yī)學(xué)和微創(chuàng)傷手術(shù)等技術(shù)。在輔助腦立體定向手術(shù)方面,外科機(jī)器人具有精確度高、重復(fù)性好、安全性強(qiáng)等憂點(diǎn),更成為國際醫(yī)學(xué)界研究的熱點(diǎn)。目前世界上僅有少數(shù)先進(jìn)國家進(jìn)行了臨床應(yīng)用。我們應(yīng)用的腦外科機(jī)器人是基于CT掃描圖像或MRI圖像建立三維醫(yī)學(xué)模型,確立穿刺靶點(diǎn)和虛擬規(guī)劃,最后實(shí)現(xiàn)多傳感器機(jī)械臂的靶點(diǎn)定位和手術(shù)操作。本機(jī)械臂臨床應(yīng)用證實(shí)效果良好,達(dá)到了如下目的:(1)把先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于腦立體定向手術(shù),實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航和操作一體化;(2)提高腦外科手術(shù)的可視性和精確度,減少了手術(shù)創(chuàng)傷;(3)改善醫(yī)療環(huán)境,減輕病人手術(shù)痛苦,防止核素對(duì)術(shù)者的放射性損傷。該機(jī)已通過了北京市科委的技術(shù)鑒定。動(dòng)力型機(jī)械臂具有六個(gè)關(guān)節(jié),無動(dòng)力機(jī)械臂則有五個(gè)關(guān)節(jié),每個(gè)關(guān)節(jié)都有一個(gè)極坐標(biāo)系統(tǒng),配有永磁電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械臂能進(jìn)行大范圍的角位移,使其運(yùn)動(dòng)過程與人體相類似,進(jìn)行猶如腕、肩、肘、腰部位的旋轉(zhuǎn)操作。另外,此機(jī)型具有較好的安全性,當(dāng)它的電氣或機(jī)械失效時(shí),在各關(guān)節(jié)安裝的彈簧可剎車制動(dòng)。從實(shí)際操作的安全性考慮,我們?cè)缙趯C(jī)器人基座與立體定向儀框架固定連接;這樣,一旦出現(xiàn)故障,仍可由人工繼續(xù)手術(shù)。后期操作較熟練時(shí),則成功開展了無框架腦立體定向手術(shù);即通過標(biāo)定患者頭部的預(yù)設(shè)點(diǎn),而取代傳統(tǒng)的立體定向框架。與國外機(jī)器人系統(tǒng)比較,本機(jī)主要有以下四方面改進(jìn)。(1)掃描軟件系統(tǒng):通過掃描儀獲取CT或MRI圖片上的數(shù)據(jù),在計(jì)算機(jī)屏幕上用光標(biāo)選擇靶點(diǎn),再通過坐標(biāo)變換將其映射到機(jī)械臂的角度坐標(biāo)。(2)固定器械裝置:機(jī)器臂末端不僅具有指示靶點(diǎn)坐標(biāo)作用,而且可作為穿刺針、內(nèi)窺鏡等器械的裝載平臺(tái)。(3)入路導(dǎo)航設(shè)備:根據(jù)術(shù)者選擇的穿刺點(diǎn)(通常須避開腦部重要功能區(qū)),機(jī)械臂實(shí)時(shí)顯示穿刺軌跡,鎖定后可始終保持將探針等器械指向靶點(diǎn)。(4)遙控注藥裝置:為防止瘤內(nèi)注射核素時(shí)對(duì)醫(yī)務(wù)人員的輻射傷害,在機(jī)械臂的末端關(guān)節(jié)處專門設(shè)計(jì)了一種遙控注藥裝置,輔助術(shù)者進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作。臨床實(shí)踐表明,本機(jī)械臂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理,立體定向腦外科操作集成系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)。與以往人工操作相比,該機(jī)器人具有如下特點(diǎn)。(1)采用計(jì)算機(jī)圖像引導(dǎo)定位系統(tǒng),適合現(xiàn)代立體定向儀,簡化了原來的手工操作測量;(2)充分利用影像標(biāo)記信息,掃描定位靶點(diǎn)精確(誤差<1mm),可重復(fù)性好,減少了人工測量靶點(diǎn)的誤差;(3)符合我國國情,能夠充分利用現(xiàn)有的醫(yī)療設(shè)備(如各種型號(hào)的CT機(jī));(4