任杰:神經(jīng)外科手術(shù)機器人PK框架手術(shù)
2023-03-10 16:09 作者:三博腦科醫(yī)院
要點摘錄
1.機械臂可以提供一個穩(wěn)定的支持,同時幫助進行立體定向定位。所以,在基本功能基礎(chǔ)上,就可以擴展到很多領(lǐng)域。所以,怎么把機器人的內(nèi)含和外延盡可能地去精準(zhǔn)的定位,怎么利用它的優(yōu)勢進一步地去適應(yīng)你手術(shù)的需求,顯得非常重要。
2.機器人和框架相比,它的機械臂的靈活度更高,框架如果有幾刻度,包括前后的arc和左右的Rin,這是調(diào)整它的弧度的,這些角度以及坐標(biāo)是有極限的,比如從前后位來進行框架的放置后,如果想從側(cè)方走,可能框架到160度左右是極限了。3.機器人的注冊有幾種方式,有兩種方式誤差是比較大的。一個是面部的激光注冊,還有一個是頭皮的皮膚標(biāo)記點注冊。這兩種注冊無論是面部的激光注冊,還是頭皮的標(biāo)記點注冊,因為皮膚是可以移動的,所以注冊精度比較低??蚣芫珳?zhǔn)是直接把釘子釘?shù)焦穷^上。
專家訪談
神外世界:作為功能神經(jīng)外科的專家,首先請您描述下今天為我們分享神經(jīng)外科手術(shù)機器人應(yīng)用的初衷?
任杰:最近“人工智能和腦機接口”相對來講是一個熱門,特別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域機器人的應(yīng)用更是熱點。大家網(wǎng)上看到的也比較多,我們有幸能夠在欒教授的帶領(lǐng)下參與到最早的立體定向機器人在神經(jīng)外科的使用。身處該領(lǐng)域,我覺得有必要把我們應(yīng)用機器人的一些感受和大家分享一下。另外,最近立體定向機器人應(yīng)用的領(lǐng)域越來越多,同時,神外世界給我們提供這樣一個平臺,那就可以拿出來跟大家一塊分享。
神外世界:請介紹一下貴院現(xiàn)在使用的手術(shù)機器人?并回顧一下您使用機器人手術(shù)的歷程、感受和經(jīng)驗?
任杰:我們的手術(shù)機器人就是法國的ROSA無框架立體定向手術(shù)機器人。那么我們這個機器人,應(yīng)該是在國內(nèi)比較早使用的立體定向機器人。我們的經(jīng)驗主要來自最開始的癲癇立體定向電極植入。這是我們引進機器人剛開始大規(guī)模應(yīng)用的病種。隨著這幾年的發(fā)展,特別是昆明三博把北京總院的新的機器人引進過來以后,我們除了癲癇的立體定向電極植入以外,包括帕金森腦起搏器植入、立體定向活檢、腦出血立體定向引流等一系列的手術(shù)都可以應(yīng)用機器人進行手術(shù)。
其實,我們也擴展到一些手術(shù)導(dǎo)航方面的應(yīng)用,我們知道立體定向機器人可以應(yīng)用作為導(dǎo)航。還有內(nèi)鏡模塊,可以把機器人用做內(nèi)鏡手術(shù)持鏡的一個機械臂。包括骨科的一些導(dǎo)航,其實機器人應(yīng)用范圍很廣。
機械臂可以提供一個穩(wěn)定的支持,同時幫助進行立體定向定位。所以,在基本功能基礎(chǔ)上,就可以擴展到很多領(lǐng)域。所以,怎么把機器人的內(nèi)含和外延盡可能地去精準(zhǔn)的定位,怎么利用它的優(yōu)勢進一步地去適應(yīng)你手術(shù)的需求,顯得非常重要。
實際上機器人它也有很多模塊,所以,有很多的領(lǐng)域就可以擴展。但遺憾的是,這個進口的機器人它都有一個問題,就是很難跟工程師進行醫(yī)工結(jié)合,包括軟件的優(yōu)化,你有需求,那些問題怎么在軟件上去進行創(chuàng)新,去進一步地調(diào)整軟件的操作。這可能就是進口設(shè)備的一些缺點。
但是進口設(shè)備的優(yōu)點是什么?我認(rèn)為,它的機械的部件非常的牢固。故障率比較低,而且我們這個機器人國內(nèi)最早是欒教授引進的,最早的一臺法國的ROSA機器人,這臺機器人它從2012年到現(xiàn)在已經(jīng)十年多了,我們是2020年的時候引進的。那這臺機器人依然非常精準(zhǔn),沒有任何的精度降低。當(dāng)然了咱們國內(nèi)的工程師,也會跟我們進行定期的保養(yǎng)。我們每年幾十例的這種機器人的手術(shù),也一直在常規(guī)的開展。
從2020年8月份到現(xiàn)在,這個機器人引進以后所有的以前用框架進行立體定向的手術(shù),我們?nèi)慷嫁D(zhuǎn)換為機器人操作了。所以,實際上機器人是完全取代了框架來進行立體定向手術(shù)。
從這個角度講,機器人的便捷性從我們的使用習(xí)慣上也可以看出來。我們有機器人,我們都不愿意使用框架。是因為框架相對機器人復(fù)雜程度,以及手術(shù)操作不便會增加我們的難處。大家可能也感同身受,有的東西可能來了后不一定上來就用,會有一個適應(yīng)過程,也可能放在那就不用了,都有可能。但是機器人在我們這兒已經(jīng)完全取代了框架,說明它有存在的價值和意義,框架反而已經(jīng)被我們放到倉庫里了。慢慢會越積越多,可能未來就淘汰了。當(dāng)然了,它有它的存在的意義,框架它的經(jīng)濟便攜的優(yōu)勢是機器人也很難取代。但是如果你的中心有了機器人以后,可能大部分中心還是慢慢會轉(zhuǎn)換成機器人。
除非對于機器人的操作實在是過于生疏,有一些學(xué)習(xí)曲線你沒有渡過去,你認(rèn)為操作難度比較大,或者會出現(xiàn)這樣那樣的問題影響了整個手術(shù)的安全。我覺得還是以熟悉程度為主,那熟悉程度高了以后,這些問題完全可以避免,或者盡可能的降低它造成的影響。這就是我的體會。
神外世界:除了效率之外,機器人還在哪些方面存在優(yōu)勢?
任杰:機器人的效率大家可能都很熟悉,因為我們最早用機器人進行立體定向電極的植入,也是因為機器人的效率。用框架植入電極和用機器人植入電極的速度和便攜程度不是一個重量級的,沒有可比性,機器人的優(yōu)勢非常明顯。
機器人還有一些更重要的其他優(yōu)勢,它避免了人為的誤差,不需要用眼睛去看是多少,最新醫(yī)科達的頭架可以精確到0.1毫米,以前的傳統(tǒng)的框架不同,大部分刻度都是1毫米,新的醫(yī)科達的頭架通過進一步的優(yōu)化,精確度可以達到0.1毫米,但是即便這樣也存在視覺的誤差,調(diào)整參數(shù)的時候需要用眼睛去對。對于機器人不存在這個問題,它是機械,會告訴我們注冊誤差是多少,完全不需要調(diào)整,只要把參數(shù)定好就可以,所以它的精準(zhǔn)度是一個優(yōu)點。還有和框架相比,它的機械臂的靈活度更高,框架如果有幾刻度,包括前后的arc和左右的Rin,這是調(diào)整它的弧度的,這些角度以及坐標(biāo)是有極限的,比如從前后位來進行框架的放置后,如果想從側(cè)方走,可能框架到160度左右是極限了。如果想180度從顳葉走,角度達不到需要側(cè)位,先讓病人側(cè)過來,把顳部的位置變成0度,然后再植入面部這一側(cè)顳葉的電極,然后再翻過來用另外一側(cè)的顳葉當(dāng)作0度,再植入這側(cè)的電極,框架的操作的復(fù)雜程度就更高了,不能同時植入雙側(cè)電極,兩根電極相差180度植入的時候必須進行患者體位的更換。
但是機器人不需要,因為它的機械臂相對靈活,當(dāng)然機械臂也要注意死角,它的機械臂的靈活程度不是百分之百的,比如從冠狀面上走或者從軸位要植入的平面走,360度里邊也可能有10度到20度,機器機械臂也是死角,但是比框架的死角少很多,而且這種學(xué)習(xí)曲線也比框架更短。
我們進行框架植入的時候,有些死角是很難植入的,包括枕葉的橫插的電極,因為框架放置后,Y軸坐標(biāo)是有限制的,不能無極限地貼近枕部的平面,只能在框架的相對核心的區(qū)域定靶點。
機器人相對靈活性很大,現(xiàn)在我們北京院區(qū)有新一代的ROSA機器人,機械臂的靈活度比我們現(xiàn)在用的ROSA長了大概10-20公分,它的靈活性更高,患者的頭部可以離機器人更遠(yuǎn),離機器人原有優(yōu)勢也有缺點,優(yōu)勢是機械臂的靈活度更高,因為三個臂的長度是固定的,如果想離得近的時候進行靶點的植入,機械臂的角度會折疊得很大,會出現(xiàn)死角。如果離得很遠(yuǎn),它的靈活度就明顯提高了,但是可能遠(yuǎn)端的機械臂達不到最終的靶點位置,如果越遠(yuǎn)能達到的位置也越遠(yuǎn)。這是機器人逐漸發(fā)展的結(jié)果,死角越來越小,靈活度越來越高。
還是要用起來,很多是理論上的東西,外科強調(diào)的是操作,學(xué)習(xí)曲線非常多,我們用了兩三年后還會遇到小問題,在手術(shù)室中隨時會出現(xiàn)意想不到的問題,需要對機器人的軟件的操作非常熟悉。我們現(xiàn)在不需要任何工程師來跟臺,所有手術(shù)都是醫(yī)生自己完成,包括術(shù)中的一些應(yīng)急處理,比如機器人達不到電極設(shè)計的位置,這時候如果不會軟件就很麻煩,要依靠軟件工程師處理。現(xiàn)在我們所有軟件都是在自己操作,遇到這些問題,機器人有和機械臂連接的主機,主機上我可以隨時調(diào)整,因為是立體定向機器人,我可以隨時調(diào)整靶點以及入點,這兩點定一根線,就是靶點和入點,針道有些問題可以隨時在機器上觀察針道的走行。
這都需要具備對操作系統(tǒng)熟悉,每個機器人都有自己的操作系統(tǒng),我覺得也是一個問題,買了ROSA就強迫用ROSA系統(tǒng)。以前是框架的操作系統(tǒng),大部分手術(shù)計劃系統(tǒng)都有框架的模塊,比如以前用的比較多的醫(yī)科達的sugicalplansystem,SPS,以及博醫(yī)來的系統(tǒng),美敦力的系統(tǒng),這都是國外的系統(tǒng)。我們國產(chǎn)的華科的機器人SinoPlan,它的系統(tǒng)很人性化,因為它是國產(chǎn)的軟件。
機器人的廠家很多,會研發(fā)自己的手術(shù)計劃系統(tǒng),需要對每個機器人相配合的手術(shù)計劃系統(tǒng)有非常熟悉的操作能力,工程師能幫助上幾臺,但是未來我們需要具備這樣的能力才能夠保證患者的安全。因為病人是我們來處理,具體的針道或者是路徑出問題要有絕對的掌握能力。機器人和工程師只是幫手,不能完全替代。
好多機器人廠家就把機器人放著,用的時候工程師派過去,醫(yī)生的動力不強,不用的時候就放著,沒有工程師的時候機器人手術(shù)操作不下去,這樣中心的機器人手術(shù)很難規(guī)?;⒘鞒袒?、正規(guī)化。所以我覺得做手術(shù)的醫(yī)生要有把機器人掌握到自己手里的欲望和動力以及能力,工程師只提供幫助,這樣才能真正成為機器人手術(shù)的中心。
神外世界:機器人的原理是什么呢?
任杰:機器人的注冊有幾種方式,有兩種方式誤差是比較大的。一個是面部的激光注冊,還有一個是頭皮的皮膚標(biāo)記點注冊。這兩種注冊無論是面部的激光注冊,還是頭皮的標(biāo)記點注冊,因為皮膚是可以移動的,所以注冊精度比較低??蚣芫珳?zhǔn)是直接把釘子釘?shù)焦穷^上。還有一種最精準(zhǔn)的注冊是骨釘?shù)淖?,相對于把框架裝在頭上,現(xiàn)在不需要裝框架,直接在頭上釘幾釘子就可以了,通過這幾釘子進行注冊,精確度和框架是可以和框架相比擬的,甚精確度會更高。骨釘一般3個就夠了,3點可以決定一個平面。我們現(xiàn)在裝5個釘子進行骨釘?shù)淖?,因為釘子釘在骨頭上后,骨頭之間的位移幾乎為零。需要釘結(jié)實了,如果釘?shù)挠兴蓜?,產(chǎn)生的位移比較大的時候,注冊精度就會降下來,所以決定機器人注冊的精度的因素是很多的,我們現(xiàn)在都是用骨釘。
除了效率機器人還有優(yōu)勢,我們用骨釘注冊后,病人的舒適度會提高,不需要病人在清醒狀態(tài)下上頭架,扎5針,打麻藥把釘子從頭皮直接鉆到骨頭上就可以,病人上了釘子后頭部是可以自由移動,舒適度就很高,我們一般是手術(shù)當(dāng)天的早晨進行操作。到手術(shù)室后全麻進行手術(shù),患者的舒適度比清醒狀態(tài)下上頭架舒服很多。我們都是從頭架轉(zhuǎn)到機器人上的,所以醫(yī)生也會很舒服,特別對于一些運動障礙病、肌張力障礙的孩子,只能做全麻的時候去上頭架,清醒狀態(tài)下根本不能完成,現(xiàn)在明顯舒服多了。而且現(xiàn)在擰釘子的扳手全部是電動的,直接往上一摁一轉(zhuǎn)就進去了,整個過程一分鐘,5釘子就全上好了,所以病人也感覺很舒服。
神外世界:立體定向框架與手術(shù)機器人的原理都一樣嗎?
任杰:原理差不多,它只不過是把手術(shù)計劃系統(tǒng)和框架融合在一塊,而且它通過機械臂把手術(shù)計劃系統(tǒng)和框架連接在了一起,機械臂完成了框架指導(dǎo)的作用。首先,患者的頭部和機器人是已經(jīng)固定好的。機器人它除了它靈活的臂以外,它還有臂是固定患者頭部的,它要把患者的頭部和機器人之間建立一對一的空間關(guān)系。建立好后,通過這些注冊的方法把患者頭部的關(guān)系輸入到機器人的計劃系統(tǒng)里,這時候機器人就知道了患者的頭部在哪了,術(shù)中影像和術(shù)前的影像可以建立關(guān)系,可以通過這種一對一的關(guān)系確定想走的位置。
立體定向到現(xiàn)在100多年,最開始的時候很多立體定向的設(shè)備,包括直接定在骨頭上的小設(shè)備,是機械和大腦之間很有意思的發(fā)展過程。立體定向?qū)τ卺t(yī)工結(jié)合的要求是非常高的,神經(jīng)外科對這些設(shè)備的要求比較高,立體定向還可以和內(nèi)鏡融合?,F(xiàn)在有的顯微鏡也可以做定位,也可以和立體定向融合起來,這都是未來發(fā)展的融合方向。
神外世界:在神經(jīng)外科領(lǐng)域,目前手術(shù)機器人的應(yīng)用還有哪些探索和發(fā)展?
任杰:我最早接觸機器人并不是ROSA,是達芬奇。我在國外學(xué)習(xí)的時候,機器人手術(shù)中心有4臺光達芬奇機器人,有1臺ROSA機器人。達芬奇機器人的操作是能遠(yuǎn)程用手來操作完成的,現(xiàn)在神經(jīng)外科因為精細(xì)度更高,目前還沒有這類型的。我看到國外已經(jīng)有在手術(shù)室外遠(yuǎn)程操作手術(shù)機器人,已經(jīng)應(yīng)用到神經(jīng)外科領(lǐng)域了。這是未來的方向,神經(jīng)外科手術(shù)的操作對穩(wěn)定性的要求是比較高的,如果能特別精確地指揮機器人的機械臂,可以避免人手操作的局限性。以及注冊越準(zhǔn)越快越好,框架就沒有存在的優(yōu)勢了,當(dāng)然費用還是優(yōu)勢。機器人又快又準(zhǔn)又方便,軟件的人機交互又很好,大家都愿意用,機器人會取代現(xiàn)有的一些設(shè)備。