无框架脑立体定向手术
作者：田增民 赵全军 杜吉祥 王田苗 刘达 王子罡 张宏义
单位：海军总医院神经外科，北京 100037 田增民 赵全军 杜吉祥 北京航天航空大学，北京 100083 王田苗 刘达 王子罡 河北唐山工人医院 河北 063000 张宏义
关键词：神经外科；无框架；机器人；立体定向技术
无框架脑立体定向手术摘要 目的：应用国产 CRAS-HB2 型机器人系统(computer and robot assisted surgery, type BH2)，临床实施 30 例无框架脑立体定向手术。方法：机器人系统由智能机械臂、影像引导装置、三维定位软件等模块组成。该系统取代了传统的定向仪框架，通过识别贴附于患者头部的标志点，建立相应的三维坐标体系，并可自动标出靶点位置和穿刺轨迹。智能机械臂按照模拟轨迹固定方向，为术者提供准确导航和操作平台。结果：成功实现无框架脑立体定向手术 30 例，其中脑肿瘤内放疗 23 例、脑内病变活检 3 例、脑脓肿抽吸 2 例、金属异物取出 2 例等手术。结论：利用机器人辅助完成无框架立体定向手术，具有减轻患者手术痛苦、方便术者操作、提高手术安全性等优点，应用前景广阔。
, http://www.100md.com
中国图书资料分类法分类号 R 741.049
Frameless stereotactic operation in neurosurgery
Tian Zengmin, Zhao Quanjun, Du Jixing, Wang Tianmiao, Liu Da, Wang Zigang, Zang Hongyi
(Department of Neurosurgery, Nary Gneeral Hospital, Beijing 100037, China)
Abstract Objective:30 cases of frameless stereotactic operations were performed with domestic robot CRAS-BH2 (computer and robot assisted surgery, type BH2). Methods:This robot system contended the intellectual machinery arm, image-guiding device and 3 dimensional software. Instead of traditional stereotactic frame, the system established the 3D coordinate according to the marks added to patient′s head. It showed the target position and the trace of puncture automatically. The intellectual arm could follow the trace and fix the direction, to give doctors the navigation and platform during operation. Results:Thirty frameless operations were successfully performed, which included 23 intratumoral irradiation, 3 biopsy of brain lesion, 2 drawing of abscess and 2 removal of metal body. Conclusion:It could release the patients′ pain, convenience the doctors and increase the safety for the robot system to assist the stereotactic frameless operations. There would be a wide application in neurosurgery.
, 百拇医药
Key words neurosurgery; frameless; robotics; stereotaxic techniques
无框架脑立体定向手术为国际神经外科领域致力研究的新课题。 1998 年 1 月～1999 年 4 月，我们应用国产 CRAS-HB2 型机器人系统(computer and robot assisted surgery, type BH2)，成功施行 30 例该类手术。
1 对象和方法
1.1 对象 本组 30 例，其中男 18 例，女 12 例； 2～64 岁，平均 23 岁。手术种类及例数：脑肿瘤内放疗 23 例(其中颅咽管瘤 15 例、星形细胞瘤 6 例、胶样囊肿 2 例)，脑内病变活检 3 例，脑脓肿抽吸 2 例，金属异物取出 2 例。
1.2 CRAS-HB2 型机器人系统 该系统为海军总医院与北京航天航空大学联合开发的第二代产品〔1〕。主要结构包括智能机械臂、影像引导装置和三维定位软件等模块组成。在脑立体定向手术中，该系统可以取代传统的定向仪框架，通过识别贴附于患者头部的标志点，建立相应的三维坐标体系，并可标示出靶点位置和穿刺轨迹。智能机械臂按照模拟轨迹固定穿刺方向，为术者提供准确导航和操作平台。
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1.3 手术方法 除小儿外，患者经局麻施术。首先在患者头部安放立体定位标志点，进行CT或MR扫描明确病灶部位。利用机器人系统完成如下操作：①扫描定位：将 9 幅CT定位片经扫描仪输入计算机，应用专门设计的定位软件，自动显示拟穿刺靶点的三维坐标；②导航穿刺：在计算机屏幕上，实时显示智能机械臂的位置运动引起的实际穿刺轨迹至预达靶点的变化；③固定操作：按照术者确定的穿刺点和穿刺轨迹，固定穿刺道，以便术者根据已标定的靶点坐标进针。穿刺针到达靶点后，进行相应的手术，如病变活检及脑瘤内注入放射性同位素治疗等〔2〕；④存储资料：手术过程中，可将患者的有关手术资料记录于计算机存储器，并可随时打印出。
2 结 果
本组 30 例无框架脑外科手术过程顺利。从机器人系统扫描定位至手术结束，一般需时 30 min。 23 例囊性脑肿瘤内放疗手术，进行了囊液抽吸和放射性同位素32P注入。 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 8 ml 和 14 ml。脑内金属异物摘除 2 例，分别为额叶和颞叶深部铅弹。
, 百拇医药
全部患者术中均无不良反应，无手术死亡及并发症。多数患者 (27/30) 术后 2～4 h，即可进流食。术后次日，病情较轻者可下床活动。 3 例活检阳性的患者，术后临床症状无变化。 27 例患者术后随访 3～24 月，手术有效 25 例 (92.6%)，其中临床治愈 21 例 (77.8%)、好转 4 例 (14.8%)；恶化 1 例 (3.7%)；死亡 1 例 (3.7%)。
3 讨 论
近年来，随着计算机和微电子等技术的飞跃发展，外科机器人步入临床医学领域〔1，3〕。医疗外科机器人为一个多学科交叉研究领域，涉及机器人、电子通讯、图像处理、虚拟现实、微创伤手术等诸多内容。在辅助脑立体定向手术方面，外科机器人由于具有精确性高、可重复性好、安全性强等优点，更成为国际医学界研究的热点。然而，由于技术复杂，目前世界上仅有几个国家能开展临床应用〔4，5〕。
, 百拇医药
传统的脑立体定向手术必须借助于头部框架，方能定位和穿刺。立体定向框架一方面保证了定位的稳定性和准确性，但另一方面也限制了手术的方便性和灵活性。虽然国外医疗机器人技术已研究多年，但仍未真正实现无框架立体定向手术〔5—7〕。我们专门设计并应用国产 CRAS-HB2 型机器人系统，临床成功完成了 30 例无框架脑外科立体定向手术，在该领域取得初步的突破。
本机器人的作用原理是基于CT或MRI图像扫描建立三维定位坐标体系，对脑立体定向手术进行规划与虚拟操作，最后实现多传感器机械臂的辅助定位及操作。本组无框架脑立体定向手术应用范围较广，效果较好。临床实践表明，该机器人系统可以提高定位的精确度和操作的可视化，方便术者操作并减少手术创伤，从而加强了手术的安全性和灵活性。由于无框架立体定向手术不必在患者头部安装框架，也有助于减轻患者手术痛苦和心理负担。
与国外医用机器人系统比较，本机主要有如下改进〔6，7〕：①机器人软件系统：针对我国拥有众多CT、MRI机型的特点，自行设计的软件可通过扫描仪获取各种规格CT或MRI图像上的数据，应用光标在计算机屏幕上直接选择预定靶点，并自动通过坐标变换将其映射到智能机器臂的角度坐标。②模拟显示手术径路：利用PC机，可实时模拟显示术者选择的穿刺径路，为术者判断穿刺靶点导航。③固定器械装置：五关节智能机械臂的末端不仅具有指示靶点坐标作用，也可装载穿刺针、内窥镜等器械；术者选择可避开脑重要功能区的穿刺轨迹后，微电机固定的机械臂即可保持稳定的姿态，将探针等器械指向靶点，实际定位精度为 1.5 mm。
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以微创伤为主要目标的现代立体定向神经外科，正朝着精细化、程序化方向发展。无框架脑立体定向手术代表了这一发展趋势，具有广阔的应用领域。
军队“九五”医药卫生科研基金资助项目，批准号 96M035
参考文献
1 田增民，王田苗，刘宗惠等.机器人系统辅助脑立体定向手术.军医进修学院学报，1998，19(1)：4～6
2 田增民，刘宗惠，汪允干等.立体定向脑肿瘤内放疗 600 例临床分析.肿瘤杂志，1997，17(2)：90～92
3 Apuzzo ML. New dimensions of neurosurgery in the realm of high technology: possibilities, practicalities, realities. Neurosurgery, 1996，38:625-629
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4 田增民.立体定向神经外科进展.国外医学神经病学神经外科学分册，1999，26(1)：3～5
5 Iskandar BJ, Nashold BS. History of functional neurosurgery. Neurosurg Clin North Am, 1995，6:1-25
6 Kondziolka D, Lunsford LD. Guided neurosurgery using the ISG Viewing Wand. Contemp Neurosurg, 1995，17:1-5
7 Grimson WL, White GJ. An automatic registration method for frameless stereotaxy. Medical Imaging, 1996，15(2):129-140
(1999—07—07收稿，1999—08—10修回), http://www.100md.com
单位：海军总医院神经外科，北京 100037 田增民 赵全军 杜吉祥 北京航天航空大学，北京 100083 王田苗 刘达 王子罡 河北唐山工人医院 河北 063000 张宏义
关键词：神经外科；无框架；机器人；立体定向技术
无框架脑立体定向手术摘要 目的：应用国产 CRAS-HB2 型机器人系统(computer and robot assisted surgery, type BH2)，临床实施 30 例无框架脑立体定向手术。方法：机器人系统由智能机械臂、影像引导装置、三维定位软件等模块组成。该系统取代了传统的定向仪框架，通过识别贴附于患者头部的标志点，建立相应的三维坐标体系，并可自动标出靶点位置和穿刺轨迹。智能机械臂按照模拟轨迹固定方向，为术者提供准确导航和操作平台。结果：成功实现无框架脑立体定向手术 30 例，其中脑肿瘤内放疗 23 例、脑内病变活检 3 例、脑脓肿抽吸 2 例、金属异物取出 2 例等手术。结论：利用机器人辅助完成无框架立体定向手术，具有减轻患者手术痛苦、方便术者操作、提高手术安全性等优点，应用前景广阔。
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中国图书资料分类法分类号 R 741.049
Frameless stereotactic operation in neurosurgery
Tian Zengmin, Zhao Quanjun, Du Jixing, Wang Tianmiao, Liu Da, Wang Zigang, Zang Hongyi
(Department of Neurosurgery, Nary Gneeral Hospital, Beijing 100037, China)
Abstract Objective:30 cases of frameless stereotactic operations were performed with domestic robot CRAS-BH2 (computer and robot assisted surgery, type BH2). Methods:This robot system contended the intellectual machinery arm, image-guiding device and 3 dimensional software. Instead of traditional stereotactic frame, the system established the 3D coordinate according to the marks added to patient′s head. It showed the target position and the trace of puncture automatically. The intellectual arm could follow the trace and fix the direction, to give doctors the navigation and platform during operation. Results:Thirty frameless operations were successfully performed, which included 23 intratumoral irradiation, 3 biopsy of brain lesion, 2 drawing of abscess and 2 removal of metal body. Conclusion:It could release the patients′ pain, convenience the doctors and increase the safety for the robot system to assist the stereotactic frameless operations. There would be a wide application in neurosurgery.
, 百拇医药
Key words neurosurgery; frameless; robotics; stereotaxic techniques
无框架脑立体定向手术为国际神经外科领域致力研究的新课题。 1998 年 1 月～1999 年 4 月，我们应用国产 CRAS-HB2 型机器人系统(computer and robot assisted surgery, type BH2)，成功施行 30 例该类手术。
1 对象和方法
1.1 对象 本组 30 例，其中男 18 例，女 12 例； 2～64 岁，平均 23 岁。手术种类及例数：脑肿瘤内放疗 23 例(其中颅咽管瘤 15 例、星形细胞瘤 6 例、胶样囊肿 2 例)，脑内病变活检 3 例，脑脓肿抽吸 2 例，金属异物取出 2 例。
1.2 CRAS-HB2 型机器人系统 该系统为海军总医院与北京航天航空大学联合开发的第二代产品〔1〕。主要结构包括智能机械臂、影像引导装置和三维定位软件等模块组成。在脑立体定向手术中，该系统可以取代传统的定向仪框架，通过识别贴附于患者头部的标志点，建立相应的三维坐标体系，并可标示出靶点位置和穿刺轨迹。智能机械臂按照模拟轨迹固定穿刺方向，为术者提供准确导航和操作平台。
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1.3 手术方法 除小儿外，患者经局麻施术。首先在患者头部安放立体定位标志点，进行CT或MR扫描明确病灶部位。利用机器人系统完成如下操作：①扫描定位：将 9 幅CT定位片经扫描仪输入计算机，应用专门设计的定位软件，自动显示拟穿刺靶点的三维坐标；②导航穿刺：在计算机屏幕上，实时显示智能机械臂的位置运动引起的实际穿刺轨迹至预达靶点的变化；③固定操作：按照术者确定的穿刺点和穿刺轨迹，固定穿刺道，以便术者根据已标定的靶点坐标进针。穿刺针到达靶点后，进行相应的手术，如病变活检及脑瘤内注入放射性同位素治疗等〔2〕；④存储资料：手术过程中，可将患者的有关手术资料记录于计算机存储器，并可随时打印出。
2 结 果
本组 30 例无框架脑外科手术过程顺利。从机器人系统扫描定位至手术结束，一般需时 30 min。 23 例囊性脑肿瘤内放疗手术，进行了囊液抽吸和放射性同位素32P注入。 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 8 ml 和 14 ml。脑内金属异物摘除 2 例，分别为额叶和颞叶深部铅弹。
, 百拇医药
全部患者术中均无不良反应，无手术死亡及并发症。多数患者 (27/30) 术后 2～4 h，即可进流食。术后次日，病情较轻者可下床活动。 3 例活检阳性的患者，术后临床症状无变化。 27 例患者术后随访 3～24 月，手术有效 25 例 (92.6%)，其中临床治愈 21 例 (77.8%)、好转 4 例 (14.8%)；恶化 1 例 (3.7%)；死亡 1 例 (3.7%)。
3 讨 论
近年来，随着计算机和微电子等技术的飞跃发展，外科机器人步入临床医学领域〔1，3〕。医疗外科机器人为一个多学科交叉研究领域，涉及机器人、电子通讯、图像处理、虚拟现实、微创伤手术等诸多内容。在辅助脑立体定向手术方面，外科机器人由于具有精确性高、可重复性好、安全性强等优点，更成为国际医学界研究的热点。然而，由于技术复杂，目前世界上仅有几个国家能开展临床应用〔4，5〕。
, 百拇医药
传统的脑立体定向手术必须借助于头部框架，方能定位和穿刺。立体定向框架一方面保证了定位的稳定性和准确性，但另一方面也限制了手术的方便性和灵活性。虽然国外医疗机器人技术已研究多年，但仍未真正实现无框架立体定向手术〔5—7〕。我们专门设计并应用国产 CRAS-HB2 型机器人系统，临床成功完成了 30 例无框架脑外科立体定向手术，在该领域取得初步的突破。
本机器人的作用原理是基于CT或MRI图像扫描建立三维定位坐标体系，对脑立体定向手术进行规划与虚拟操作，最后实现多传感器机械臂的辅助定位及操作。本组无框架脑立体定向手术应用范围较广，效果较好。临床实践表明，该机器人系统可以提高定位的精确度和操作的可视化，方便术者操作并减少手术创伤，从而加强了手术的安全性和灵活性。由于无框架立体定向手术不必在患者头部安装框架，也有助于减轻患者手术痛苦和心理负担。
与国外医用机器人系统比较，本机主要有如下改进〔6，7〕：①机器人软件系统：针对我国拥有众多CT、MRI机型的特点，自行设计的软件可通过扫描仪获取各种规格CT或MRI图像上的数据，应用光标在计算机屏幕上直接选择预定靶点，并自动通过坐标变换将其映射到智能机器臂的角度坐标。②模拟显示手术径路：利用PC机，可实时模拟显示术者选择的穿刺径路，为术者判断穿刺靶点导航。③固定器械装置：五关节智能机械臂的末端不仅具有指示靶点坐标作用，也可装载穿刺针、内窥镜等器械；术者选择可避开脑重要功能区的穿刺轨迹后，微电机固定的机械臂即可保持稳定的姿态，将探针等器械指向靶点，实际定位精度为 1.5 mm。
, http://www.100md.com
以微创伤为主要目标的现代立体定向神经外科，正朝着精细化、程序化方向发展。无框架脑立体定向手术代表了这一发展趋势，具有广阔的应用领域。
军队“九五”医药卫生科研基金资助项目，批准号 96M035
参考文献
1 田增民，王田苗，刘宗惠等.机器人系统辅助脑立体定向手术.军医进修学院学报，1998，19(1)：4～6
2 田增民，刘宗惠，汪允干等.立体定向脑肿瘤内放疗 600 例临床分析.肿瘤杂志，1997，17(2)：90～92
3 Apuzzo ML. New dimensions of neurosurgery in the realm of high technology: possibilities, practicalities, realities. Neurosurgery, 1996，38:625-629
, http://www.100md.com
4 田增民.立体定向神经外科进展.国外医学神经病学神经外科学分册，1999，26(1)：3～5
5 Iskandar BJ, Nashold BS. History of functional neurosurgery. Neurosurg Clin North Am, 1995，6:1-25
6 Kondziolka D, Lunsford LD. Guided neurosurgery using the ISG Viewing Wand. Contemp Neurosurg, 1995，17:1-5
7 Grimson WL, White GJ. An automatic registration method for frameless stereotaxy. Medical Imaging, 1996，15(2):129-140
(1999—07—07收稿，1999—08—10修回), http://www.100md.com