专访三博脑科任杰：神经外科手术机器人PK框架手术

2023-01-08 17:06

机器人又快又准又方便，软件的人机交互又很好，大家都愿意用，机器人会取代现有的一些设备。

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神外世界：作为功能神经外科的专家，首先请您描述下今天为我们分享神经外科手术机器人应用的初衷？

任杰：最近“人工智能和脑机接口”相对来讲是一个热门，特别是在医学领域机器人的应用更是热点。大家网上看到的也比较多，我们有幸能够在栾教授的带领下参与到最早的立体定向机器人在神经外科的使用。身处该领域，我觉得有必要把我们应用机器人的一些感受和大家分享一下。另外，最近立体定向机器人应用的领域越来越多，同时，神外世界给我们提供这样一个平台，那就可以拿出来跟大家一块分享。

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神外世界：请介绍一下贵院现在使用的手术机器人？并回顾一下您使用机器人手术的历程、感受和经验？

任杰：我们的手术机器人就是法国的ROSA无框架立体定向手术机器人。那么我们这个机器人，应该是在国内比较早使用的立体定向机器人。我们的经验主要来自最开始的癫痫的立体定向电极植入。这是我们引进机器人刚开始大规模应用的病种。

随着这几年的发展，特别是昆明三博把北京总院的新的机器人引进过来以后，我们除了癫痫的立体定向电极植入以外，包括帕金森脑起搏器植入、立体定向活检、脑出血立体定向引流等一系列的手术都可以应用机器人进行手术。

其实，我们也扩展到一些手术导航方面的应用，我们知道立体定向机器人可以应用作为导航。还有内镜模块，可以把机器人用做内镜手术持镜的一个机械臂。包括骨科的一些导航，其实机器人应用范围很广。

机械臂可以提供一个稳定的支持，同时帮助进行立体定向定位。所以，在基本功能基础上，就可以扩展到很多领域。所以，怎么把机器人的内含和外延尽可能地去精准的定位，怎么利用它的优势进一步地去适应你手术的需求，显得非常重要。

实际上机器人它也有很多模块，所以，有很多的领域就可以扩展。但遗憾的是，这个进口的机器人它都有一个问题，就是很难跟工程师进行医工结合，包括软件的优化，你有需求，那些问题怎么在软件上去进行创新，去进一步地调整软件的操作。这可能就是进口设备的一些缺点。

但是进口设备的优点是什么？我认为，它的机械的部件非常的牢固。故障率比较低，而且我们这个机器人国内最早是栾教授引进的，最早的一台法国的ROSA机器人，这台机器人它从2012年到现在已经十年多了，我们是2020年的时候引进的。那这台机器人依然非常精准，没有任何的精度降低。当然了咱们国内的工程师，也会跟我们进行定期的保养。我们每年几十例的这种机器人的手术，也一直在常规的开展。

从2020年8月份到现在，这个机器人引进以后所有的以前用框架进行立体定向的手术，我们全部都转换为机器人操作了。所以，实际上机器人是完全取代了框架来进行立体定向手术。

从这个角度讲，机器人的便捷性从我们的使用习惯上也可以看出来。我们有机器人，我们都不愿意使用框架。是因为框架相对机器人复杂程度，以及手术操作不便会增加我们的难处。大家可能也感同身受，有的东西可能来了后不一定上来就用，会有一个适应过程，也可能放在那就不用了，都有可能。

但是机器人在我们这已经完全取代了框架，说明它有存在的价值和意义，框架反而已经被我们放到仓库里了。慢慢会越积越多，可能未来就淘汰了。当然了，它有它的存在的意义，框架它的经济便携的优势是机器人也很难取代。但是如果你的中心有了机器人以后，可能大部分中心还是慢慢会转换成机器人。

除非对于机器人的操作实在是过于生疏，有一些学习曲线你没有渡过去，你认为操作难度比较大，或者会出现这样那样的问题影响了整个手术的安全。我觉得还是以熟悉程度为主，那熟悉程度高了以后，这些问题完全可以避免，或者尽可能的降低它造成的影响。这就是我的体会。

神外世界：除了效率之外，机器人还在哪些方面存在优势？

任杰：机器人的效率大家可能都很熟悉，因为我们最早用机器人进行立体定向电极的植入，也是因为机器人的效率。用框架植入电极和用机器人植入电极的速度和便携程度不是一个重量级的，没有可比性，机器人的优势非常明显。

机器人还有一些更重要的其他优势，它避免了人为的误差，不需要用眼睛去看是多少，最新医科达的头架可以精确到0.1毫米，以前的传统的框架不同，大部分刻度都是1毫米，新的医科达的头架通过进一步的优化，精确度可以达到0.1毫米，但是即便这样也存在视觉的误差，调整参数的时候需要用眼睛去对。对于机器人不存在这个问题，它是机械，会告诉我们注册误差是多少，完全不需要调整，只要把参数定好就可以，所以它的精准度是一个优点。

还有和框架相比，它的机械臂的灵活度更高，框架如果有几刻度，包括前后的arc和左右的Rin，这是调整它的弧度的，这些角度以及坐标是有极限的，比如从前后位来进行框架的放置后，如果想从侧方走，可能框架到160度左右是极限了。如果想180度从颞叶走，角度达不到需要侧位，先让病人侧过来，把颞部的位置变成0度，然后再植入面部这一侧颞叶的电极，然后再翻过来用另外一侧的颞叶当作0度，再植入这侧的电极，框架的操作的复杂程度就更高了，不能同时植入双侧电极，两根电极相差180度植入的时候必须进行患者体位的更换。

但是机器人不需要，因为它的机械臂相对灵活，当然机械臂也要注意死角，它的机械臂的灵活程度不是百分之百的，比如从冠状面上走或者从轴位要植入的平面走，360度里边也可能有10度到20度，机器机械臂也是死角，但是比框架的死角少很多，而且这种学习曲线也比框架更短。

我们进行框架植入的时候，有些死角是很难植入的，包括枕叶的横插的电极，因为框架放置后，Y轴坐标是有限制的，不能无极限地贴近枕部的平面，只能在框架的相对核心的区域定靶点。

机器人相对灵活性很大，现在我们北京院区有新一代的ROSA机器人，机械臂的灵活度比我们现在用的 ROSA长了大概10-20公分，它的灵活性更高，患者的头部可以离机器人更远，离机器人远有优势也有缺点，优势是机械臂的灵活度更高，因为三个臂的长度是固定的，如果想离得近的时候进行靶点的植入，机械臂的角度会折叠得很大，会出现死角。如果离得很远，它的灵活度就明显提高了，但是可能远端的机械臂达不到最终的靶点位置，如果越远能达到的位置也越远。这是机器人逐渐发展的结果，死角越来越小，灵活度越来越高。

还是要用起来，很多是理论上的东西，外科强调的是操作，学习曲线非常多，我们用了两三年后还会遇到小问题，在手术室中随时会出现意想不到的问题，需要对机器人的软件的操作非常熟悉。我们现在不需要任何工程师来跟台，所有手术都是医生自己完成，包括术中的一些应急处理，比如机器人达不到电极设计的位置，这时候如果不会软件就很麻烦，要依靠软件工程师处理。现在我们所有软件都是在自己操作，遇到这些问题，机器人有和机械臂连接的主机，主机上我可以随时调整，因为是立体定向机器人，我可以随时调整靶点以及入点，这两点定一根线，就是靶点和入点，针道有些问题可以随时在机器上观察针道的走行。

这都需要具备对操作系统熟悉，每机器人都有自己的操作系统，我觉得也是一个问题，买了ROSA就强迫用ROSA系统。以前是框架的操作系统，大部分手术计划系统都有框架的模块，比如以前用的比较多的医科达的sugical plan system，SPS，以及博医来的系统，美敦力的系统，这都是国外的系统。我们国产的华科的机器人SinoPlan，它的系统很人性化，因为它是国产的软件。

机器人的厂家很多，会研发自己的手术计划系统，需要对每个机器人相配合的手术计划系统有非常熟悉的操作能力，工程师能帮助上几台，但是未来我们需要具备这样的能力才能够保证患者的安全。因为病人是我们来处理，具体的针道或者是路径出问题要有绝对的掌握能力。机器人和工程师只是帮手，不能完全替代。

好多机器人厂家就把机器人放着，用的时候工程师派过去，医生的动力不强，不用的时候就放着，没有工程师的时候机器人手术操作不下去，这样中心的机器人手术很难规模化、流程化、正规化。所以我觉得做手术的医生要有把机器人掌握到自己手里的欲望和动力以及能力，工程师只提供帮助，这样才能真正成为机器人手术的中心。

神外世界：机器人的原理是什么呢？

任杰：机器人的注册有几种方式，有两种方式误差是比较大的。一个是面部的激光注册，还有一个是头皮的皮肤标记点注册。这两种注册无论是面部的激光注册，还是头皮的标记点注册，因为皮肤是可以移动的，所以注册精度比较低。框架精准是直接把钉子钉到骨头上。还有一种最精准的注册是骨钉的注册，相对于把框架装在头上，现在不需要装框架，直接在头上钉几钉子就可以了，通过这几钉子进行注册，精确度和框架是可以和框架相比拟的，甚精确度会更高。骨钉一般3个就够了，3点可以决定一个平面。我们现在装5钉子进行骨钉的注册，因为钉子钉在骨头上后，骨头之间的位移几乎为零。需要钉结实了，如果钉的有松动，产生的位移比较大的时候，注册精度就会降下来，所以决定机器人注册的精度的因素是很多的，我们现在都是用骨钉。

除了效率机器人还有优势，我们用骨钉注册后，病人的舒适度会提高，不需要病人在清醒状态下上头架，扎5针，打麻药把钉子从头皮直接钻到骨头上就可以，病人上了钉子后头部是可以自由移动，舒适度就很高，我们一般是手术当天的早晨进行操作。到手术室后全麻进行手术，患者的舒适度比清醒状态下上头架舒服很多。我们都是从头架转到机器人上的，所以医生也会很舒服，特别对于一些运动障碍病、肌张力障碍的孩子，只能做全麻的时候去上头架，清醒状态下根本不能完成，现在明显舒服多了。而且现在拧钉子的扳手全部是电动的，直接往上一摁一转就进去了，整个过程一分钟，5钉子就全上好了，所以病人也感觉很舒服。

神外世界：立体定向框架与手术机器人的原理都一样吗？

任杰：原理差不多，它只不过是把手术计划系统和框架融合在一块，而且它通过机械臂把手术计划系统和框架连接在了一起，机械臂完成了框架指导的作用。首先，患者的头部和机器人是已经固定好的。机器人它除了它灵活的臂以外，它还有臂是固定患者头部的，它要把患者的头部和机器人之间建立一对一的空间关系。建立好后，通过这些注册的方法把患者头部的关系输入到机器人的计划系统里，这时候机器人就知道了患者的头部在哪了，术中影像和术前的影像可以建立关系，可以通过这种一对一的关系确定想走的位置。

立体定向到现在100多年，最开始的时候很多立体定向的设备，包括直接定在骨头上的小设备，是机械和大脑之间很有意思的发展过程。立体定向对于医工结合的要求是非常高的，神经外科对这些设备的要求比较高，立体定向还可以和内镜融合。现在有的显微镜也可以做定位，也可以和立体定向融合起来，这都是未来发展的融合方向。

神外世界：在神经外科领域，目前手术机器人的应用还有哪些探索和发展？

任杰：我最早接触机器人并不是 ROSA，是达芬奇。我在国外学习的时候，机器人手术中心有4台光达芬奇机器人，有1台ROSA机器人。达芬奇机器人的操作是能远程用手来操作完成的，现在神经外科因为精细度更高，目前还没有这类型的。我看到国外已经有在手术室外远程操作手术机器人，已经应用到神经外科领域了。这是未来的方向，神经外科手术的操作对稳定性的要求是比较高的，如果能特别精确地指挥机器人的机械臂，可以避免人手操作的局限性。以及注册越准越快越好，框架就没有存在的优势了，当然费用还是优势。机器人又快又准又方便，软件的人机交互又很好，大家都愿意用，机器人会取代现有的一些设备。

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