机械臂辅助脑立体定向手术32例

机械臂辅助脑立体定向手术32例

1997年5月至1998年12月，采用国内cras-hb机臂系统，利用计算机模块和ct扫描片，精确确定病标，模拟穿刺，注入辐射核素，成功协助32例脑立体定向手术。临床数据和方法1.手术种类及血肿活检情况本组32例,男19例,女13例。年龄6~64岁,平均24岁。手术种类包括:脑肿瘤内放疗23例(颅咽管瘤17例、星形细胞瘤5例、胶样囊肿1例),脑深部病变活检3例,脑脓肿抽吸2例,脑内血肿排空2例,金属异物摘除2例。2.机械机械装置海军总医院和北京航空航天大学联合开发的CRAS-HB机械系统,主要由如下部分组成:动力型机械臂PUMA262硬件平台)和非动力型机械臂(导航及固定装置),影像片图像定位软件,手术径路模拟显示装置,手术及注药控制模块等。靶点定位后,动力机械臂能以0.05mm的重复精度完成较复杂的工作,并能保持稳定的轨迹,保证立体定向手术准确无误。3.ct定位片的机械控制全部病人均在局麻下施术。首先,在患者头部安放立体定位标志(可用特制示标点或普通心电极片)。再进行CT扫描,明确病灶部位和示标点。然后利用计算机系统完成下述操作:(1)扫描定位:将9幅CT定位片经扫描仪输入计算机,利用特殊的三维定位软件,按照术者标定的靶点,自动显示拟穿刺点的三维坐标;(2)穿刺进针:在计算机程序控制下,机械系统缓缓启动其6个自由度的机械操作臂,按照已标定的靶点坐标并根据术者确定的穿刺点进针;(3)手术操作:根据病变性质,采用相应的手术步骤。如穿刺针到达靶点后,可抽吸出肿瘤囊液或血肿,动力臂还可根据术者的指令直接进行瘤内注射核素治疗等。脑深部水肿术后并发症本组32例机械臂辅助立体定向手术过程顺利。从系统扫描定位至手术结束拔出穿刺针,历时20~45min。23例囊性脑肿瘤内放疗患者,进行了抽吸囊液、注入放射性同位素32P。3例脑深部病变活检,证实为星形细胞瘤2例、炎性肉芽肿1例。2例脑深部脓肿,分别抽吸出脓汁8ml和14ml。2例基底节区血肿,分别抽出陈旧性积血16ml和24ml,并置管引流。脑内金属异物摘除2例,分别为额叶和枕叶深部的铅弹。本组32例患者手术经过顺利,均一次定位成功,无手术并发症。多数患者(29/32)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。除3例脑深部病变活检均阳性外,其余29例病人术后随访6~24月;临床治愈20例(脑瘤16例、脑内异物2例、脑脓肿1例、脑内血肿1例);好转5例(脑瘤4例、脑脓肿1例);无变化2例(脑瘤),恶化1例(脑瘤),死亡1例(再次脑内血肿)。手术有效率86%。机械脑外科系统的优点近年来,随着计算机和微电子等技术的发展,应用机器人步入了医学外科领域。医疗外科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技术。在辅助脑立体定向手术方面,外科机器人具有精确度高、重复性好、安全性强等忧点,更成为国际医学界研究的热点。目前世界上仅有少数先进国家进行了临床应用。我们应用的脑外科机器人是基于CT扫描图像或MRI图像建立三维医学模型,确立穿刺靶点和虚拟规划,最后实现多传感器机械臂的靶点定位和手术操作。本机械臂临床应用证实效果良好,达到了如下目的:(1)把先进的计算机技术应用于脑立体定向手术,实现了导航和操作一体化;(2)提高脑外科手术的可视性和精确度,减少了手术创伤;(3)改善医疗环境,减轻病人手术痛苦,防止核素对术者的放射性损伤。该机已通过了北京市科委的技术鉴定。动力型机械臂具有六个关节,无动力机械臂则有五个关节,每个关节都有一个极坐标系统,配有永磁电机和伺服驱动系统。机械臂能进行大范围的角位移,使其运动过程与人体相类似,进行犹如腕、肩、肘、腰部位的旋转操作。另外,此机型具有较好的安全性,当它的电气或机械失效时,在各关节安装的弹簧可刹车制动。从实际操作的安全性考虑,我们早期将机器人基座与立体定向仪框架固定连接;这样,一旦出现故障,仍可由人工继续手术。后期操作较熟练时,则成功开展了无框架脑立体定向手术;即通过标定患者头部的预设点,而取代传统的立体定向框架。与国外机器人系统比较,本机主要有以下四方面改进。(1)扫描软件系统:通过扫描仪获取CT或MRI图片上的数据,在计算机屏幕上用光标选择靶点,再通过坐标变换将其映射到机械臂的角度坐标。(2)固定器械装置:机器臂末端不仅具有指示靶点坐标作用,而且可作为穿刺针、内窥镜等器械的装载平台。(3)入路导航设备:根据术者选择的穿刺点(通常须避开脑部重要功能区),机械臂实时显示穿刺轨迹,锁定后可始终保持将探针等器械指向靶点。(4)遥控注药装置:为防止瘤内注射核素时对医务人员的辐射伤害,在机械臂的末端关节处专门设计了一种遥控注药装置,辅助术者进行远距离操作。临床实践表明,本机械臂系统的设计合理,立体定向脑外科操作集成系统实用性强。与以往人工操作相比,该机器人具有如下特点。(1)采用计算机图像引导定位系统,适合现代立体定向仪,简化了原来的手工操作测量;(2)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)符合我国国情,能够充分利用现有的医疗设备(如各种型号的CT机);(4