“手术间里的大象”--谈颅脑精准定位

继心脏介入领域后，神经领域已成为医疗器械投资的热点赛道，神经介入、神经调控（包括脑机接口）等各种对标国外的me too项目近年成为资本和媒体追捧对象。

作为一位创业者属性的脑外科医生，非常担心一种可能：因为颅脑精准定位这个通路问题没有真正解决，很多非血管通路（介入）的脑科产品和技术只能通过狭窄的小道覆盖少量的人群，导致神经科赛道的产品洪流形成“堰塞湖”，最终影响神经领域医疗和产业的发展壮大。

用现实举例，一位45岁的朋友突发偏瘫失语意识障碍1小时，就近进入医院救治，CT诊断左侧脑深部高血压脑出血。问了一圈专家，请求医生能通过尽早施行微创穿刺血肿挽救患者。无论这位朋友在什么级别的医院，医生大概率会根据依靠经验来进行定位和手术，各种精准定位设备也许就在手术室待命，但和这台手术无关。

这就是“手术间里的大象”，一个脑科习以为常被漠视的问题。

那么，颅脑精准定位技术这个大家似乎默认为已经解决的问题到底如何？

我们从三个方面来探讨这个问题，

1、颅脑精准定位技术的发展史和现状；

2、高血压脑出血（ICH）精准微创手术和脑梗死动脉取栓相似的发展史；

3、解决之道和中国医疗器械产业的一种可能。

01颅脑精准定位技术的发展史和现状

现代意义上的颅脑精准定位起自于CT和核磁共振等影像学技术的发展，通过对头颅逐层进行断层扫描，可以诊断颅内病变。但如何根据二维图像在三维真实人体进行靶点精准定位具有挑战，目前主要通过国际认可的颅脑精准定位技术完成，包括框架式立体定向技术及神经导航技术（含定位机器人）［1］。

1、框架式立体定向技术，已有百年以上历史，有数十种形态，仍被认为是颅脑定位的金标准。历史最早可以追溯到十九世纪末俄国Zernov发明的脑测量仪，通过体表解剖标记进行深部定位的（没有临床应用），如图所示。

二战以后，各种基于X线和脑室造影的立体定向头架系统问世，其中瑞典医生Lars Leksell发明的Leksell立体定向仪（1949年）历经X线、CT及磁共振时代，成为目前普及率最高的立体定向仪形态。它的使用过程如下：

局麻安装框架→高精度CT扫描→计算靶点坐标→消毒→ 框架引导手术

很多大型神经外科都装备有立体定向仪，但是由于操作繁琐，对患者配合要求高，基本用于脑深部电极（DBS）、SEEG植入、脑活检等少数手术。

2、神经导航，也被称为无框架立体定向，于1986年美国发明，1997年进入中国。神经导航类似于GPS系统，通过空间摄像头或者磁场将重建的头部三维影像和真实头颅进行匹配进行定位。其使用过程如下：患者头部贴Mark进行高精度CT或者磁共振扫描，数据导入导航仪，头颅和重建图像注册匹配，图像引导手术。

高精度扫描→  数据导入导航仪→  头颅和重建图像注册匹配→图像引导手术型

在神经导航基础上增加机械臂，即为定位机器人技术。价格上，立体定向仪从30万到200万不等（含软件系统），神经导航价格在200-400万不等，机器人在500-1200万不等。如果说价格是导致这些设备入院率低的重要因素，但是在已经购买的大型神经外科中心，设备使用率偏低是普遍现象。只有少数定位要求极高、可以精心准备的手术得到应用。大部分颅脑手术仍然依靠医生经验进行定位。中国的问题也是世界的，以推动全球外科质量提高为宗旨的Global Surgery（全球外科）的神外分支机构Global Neurosurgery（全球神经外科）指出，即使在发达国家，由于各种原因也存在颅脑精准定位技术的缺失，鼓励产业界和医疗界通过医疗创新，更好的满足更广大地区患者的需求［2，3］。

设备使用率低的根本原因，部分来自于以上设备一脉相承的数据获取和处理流程。需要局麻安装框架（立体定向仪）或者贴Mark（神经导航）再次扫描，扫描数据（DICOM文件）导入计算机处理，将影像数据和真实头颅进行匹配后才能进行定位。这一系列人机交互过程需要医生一定时间的学习和熟悉。此外，普通的CT平扫耗时3分钟左右，而配合立体定向扫描高精度CT需要二十分钟以上，在具备颅脑定位设备、各科室业务繁忙的的大型三甲医院，这需要放射科的高度配合。

所以，尽管推广了几十年，颅脑精准定位技术仍然是少数医院拥有，少数医生掌握，少数病种受益的状态。

02高血压脑出血（ICH）精准微创手术

和脑梗死动脉取栓相似的发展史

之所以专门叙述ICH，是因为在卒中领域，我们可以清晰地看到因为学术、政府、社会的共同努力，新技术是如何以更高的势能迅速普及，而不是像当年的内镜技术，主要依靠本身的技术优势战胜传统习惯，成为十余年时间长跑的朋友。

卒中即脑血管意外，是中国居民的第一位死因，分为缺血性卒中和出血性卒中两种类型。我国出血性卒中占卒中30-50%左右，明显高于世界水平（20%左右），其中大部分是高血压性脑出血（ICH），每年发病人数在150-170万［4］。缺血性卒中包括短暂性脑缺血发作和脑梗死等类型。目前国家力推的卒中中心的主要工作即脑梗死的静脉溶栓和动脉取栓两种抢救措施。其中动脉取栓的历程值得借鉴。

既然是脑动脉堵塞导致脑梗死，医生最本能的想法就是早期开通，尽可能挽救脑组织。这个朴素的想法从提出到被证实历经几十年时间。静脉溶栓理念被证实有效后，动脉取栓又经历了曲折的道路才成为主流。回溯到2015年之前，脑梗死动脉取栓仍然存在争议，仅仅在个别医院进行。尤其是新英格兰杂志2013年发表了脑梗死取栓的三大阴性试验，没有发现动脉取栓的临床获益，导致学术界产业界相关的投入进入低潮［5-7］。2015年新英格兰杂志连续发表以荷兰MR-CLEAN试验为代表的五大阳性试验，证实动脉取栓对于脑梗死有效［8-12］。

导致剧情大反转的两个关键原因：

1、广泛使用CT灌注等影像学工具筛选治疗获益可能性大的患者；

2、使用Solitiare支架等新型高效取栓支架明显提高动脉开通率。

之后，各国诊疗指南进行相应修改，产业界各种取栓支架及导管层出不穷，排队上市。在高度重视卒中减残的我国，卫健委下设立的唯一专病委员会“国家卫生健康委脑卒中防治工程委员会”目前主推的就是这项工作。

ICH研究较脑梗死晚几个身位。其中最重要的MISTIEⅢ期研究由美国霍普金斯大学Hanley教授主持，全球78家医院参与，研究幕上30ml以上ICH神经导航下微创穿刺加阿替普酶注入引流。试验结果发表在2019年2月柳叶刀·神经杂志［13］。研究显示微创穿刺引流对于降低死亡率（总体）和致残率（亚组）的明显效果，成为之后ICH研究的基础和相关指南的依据。神经外科顶刊Neurosurgery杂志在2020年5月评论［14］，MISTIEⅢ研究在ICH中的历史位置相当于前述脑梗死新英格兰杂志的三大阴性（2013）和五大阳性试验（2015）之间，指出了ICH精准微创的方向。目前国际国内的多项研究在此基础上正在进行，和脑梗死的五大阳性试验类似，聚焦最可能手术获益的人群，将居ICH主体，以前基本不干预的10-30ml的中小血肿纳入其中，有望不久能得出ICH更积极的治疗方案。2021年8月31日国家卫健委脑防委联合发布《中国脑卒中防治指导规范（2021年版）》［15］，其中第16部分《中国脑出血诊疗指导规范(2021年版)》，明确指出“随着微创外科治疗系列研究成果的发表，以及内镜技术和导航技术的应用，精准微创的手术方式成为新的发展方向”。

这里的微创主要指穿刺和内镜两种非开放式手术方式，精准指的是可以标准化、质控化的立体定向技术（含神经导航）。随着ICH的微创干预范围扩大，如何让ICH的主体治疗单位-广大基层医院能够普及精准定位技术将成为卒中事业推进必须解决的问题。脑梗死的介入动脉取栓能迅速推进，离不开其核心设备-血管造影机的广泛覆盖率（心内科、介入科、血管科等多个学科的发展同样离不开血管造影机）。而昂贵、繁琐的专科定位设备引入，对于绝大部分基层医院很难实现。

03解决之道和中国医疗器械产业的一种可能

逻辑上，既然现有的精准定位产品问世数十年都未能成为脑科手术的主流，意味着两种可能：1、脑科手术不需要精准定位，这是个伪需求；2、现有的技术路线不符合临床实际需要，不适应中国国情。显然，前者明显错误，后者有可能接近现实。那么，有没有在价格、学习、使用上能充分满足临床需求的颅脑精准定位产品？

湖南卓世创思科技有限公司两位脑外科医生创始人给出了完全不同思路的解决方式：既然CT或者MRI扫描都是直角坐标系的断层扫描，为什么一定要再次扫描获取DICOM文件通过电脑处理数据进行定位？能不能直接使用平片信息还原扫描的状态进行定位？

通过对精准定位几何原理的深刻解读和创造，将现代工业的很多元素加入，最终推出了自主知识产权的新型立体定位技术：笛卡尔坐标-球极坐标联合的激光定位系统。

参考文献

1、汪业汉，立体定向神经外科手术学，人民卫生出版社，2005.

2、Haglund MM, Fuller AT. Global neurosurgery: innovators, strategies, and the way forward. J Neurosurg. 2019 Oct 1;131(4):993-999. doi:10.3171/2019.4.JNS181747.

3、Vijay M. Ravindra, Kristin L. Kraus,et al.The Need for Cost-Effective Neurosurgical Innovation-A Global Surgery Initiative.World Neurosurg. 2015 Nov;84(5):1458-61. doi: 10.1016/j.wneu.2015.06.046. Epub 2015 Jun 26.

4、王陇德、毛群安、张宗久等，中国脑卒中防治报告.人民卫生出版社2018 .

5、Broderick JP, Palesch YY, Demchuk AM, et al. Endovascular therapy after intravenous t-PA versus t-PA alone for stroke[J]. N Engl J Med , 2013, 368 (10) : 893-903.

6、Ciccone A, Valvassori L, Nichelatti M, et al. Endovascular treatment for acute ischemic stroke[J]. N Engl J Med , 2013, 368 (10) : 904-913.

7、Kidwell CS, Jahan R, Gornbein J, et al. A trial of imaging selection and endovascular treatment for ischemic stroke[J]. N Engl J Med , 2013, 368 (10) : 914-923.

8、Berkhemer OA, Fransen PS, Beumer D, et al. A randomized trial of intraarterial treatment for acute ischemic stroke[J]. N Engl J Med , 2015, 372 (1) : 11-20.

9、Goyal M, Demchuk AM, Menon BK, et al. Randomized assessment of rapid endovascular treatment of ischemic stroke[J]. N Engl J Med , 2015, 372 (11) : 1019-1030.

10、Campbell BC, Mitchell PJ, Kleinig TJ, et al. Endovascular therapy for ischemic stroke with perfusion-imaging selection[J]. N Engl J Med , 2015, 372 (11) : 1009-1018.

11、Saver JL, Goyal M, Bonafe A, et al. SWIFT PRIME Investigators. Stent-retriever thrombectomy after intravenous t-PA vs t-PA alone in stroke[J]. N Engl J Med , 2015, 372 (24) : 2285-2295.

12、Jovin TG, Chamorro A, Cobo E, et al. REVASCAT Trial Investigators. Thrombectomy within 8 hours after symptom onset inischemic stroke[J]. N Engl J Med , 2015, 372 (24) : 2296-2306.

13、Hanley DF, Thompson RE, Rosenblum M, et al. Efficacy and safety of minimally Invasive surgery with thrombolysis in intracerebral haemorrhage evacuation (MISTIE III): a randomised, controlled, open-label, blinded endpoint phase 3 trial. Lancet. 2019;393(10175):1021-1032.

14、 Sattur MG, Spiotta AM. Commentary: Efficacy and Safety of Minimally Invasive Surgery With Thrombolysis in Intracerebral Haemorrhage Evacuation (MISTIE III):A Randomized, Controlled, Open-Label, Blinded Endpoint Phase 3 Trial.Neurosurgery. 2020 May 1;86(5):E444-E446.

15、国家卫健委脑防委，中国脑卒中防治指导规范2021

16、张凌云,唐丹.新型激光定位器结合导向器在颅脑手术中的应用体会暨"淤血半暗带"理论的猜想[J].中国现代手术学杂志,2021,25(4):246-250.

17、Dan Tang, Jose M. Soto, Lingyun Zhang. A novel laser-based stereotactic localization device for intracranial mass. Brain Hemorrhages, 2021,2:106-110.