专访北京天坛医院神经外科-刘焕光教授-颅内病变难确诊，微创一针揭谜底，立体定向脑组织活检术
北京天坛医院功能神经外科主治医师，主治医师，神经外科学博士，中国神经调控联盟秘书。在首都医科大学附属北京天坛医院神经外科及北京市神经外科研究所从事功能神经外科临床及科研工作。擅长以外科手术和神经调控治疗运动障碍疾病（帕金森病、肌张力障碍、特发性震颤等）、癫痫、疼痛（三叉神经痛、神经病理性疼痛）、面肌痉挛以及抑郁症等精神类疾病。现主持国家自然科学基金一项，参与国家级及省部级课题四项，参与两项神经外科机器人临床验证及产品优化。国内外专业杂志上发表论文10余篇，作为第一发明人申请机器人相关国家发明专利10项。作为主要参与人荣获中华医学科技奖三等奖、教育部高等学校科学研究优秀成果奖二等奖各一项。
今天要分享的内容是关于神经外科立体定向精准定位的内容，首先什么是立体定向活检术？麻烦刘老师帮我们做一下介绍。
立体：把人的头部或者说大脑作为一个三维立体结构，通过CT、MRI等相关技术重建出来。
定向：把感兴趣区作为靶点，然后体表设一个入颅点，这样就确定了一条穿刺路径，是为定向。
立体定向活检术如何实现呢？
首先是框架立体定向技术，我们熟悉的立体定向框架有Leksel CRW等，理论基础是基于笛卡尔坐标系，框架固定于头部，是头部与框架位于同一个坐标系中，然后做影像学检查，使大脑内部结构重建在这个坐标系中。坐标系中有X、Y、Z三条垂直不共面的线通过原点，这个原点作为零点的话，那么这个坐标系中另外的所有点跟原点的相对空间位置就可以确定，就可以通过XYZ三个数值表现出来。确定了靶点后，再通过配套的弧形弓Arch和耳旁的RING来确定植入方向，方向和靶点确定，入颅点也就确定了。
无框架技术，重点讲咱们今天的关注点，机器人技术，它是通过不同的理论体系，首先通过影像学将头部的结构立体重建出来，然后通过机器人感知这个立体结构，如何感知呢？目前主要有两种方式，我给它归纳为视觉和触觉，理论上只要准确识别头部不共面的三个点就可以把头部的相对位置感知出来。这三个点可以是贴敷于头皮的marker或者固定于颅骨的marker，或者是头部自身的标记物，这就又分为有marker技术和无Marker技术，marker通常为3-5个，无marker的采点通常为数百至千万级别不等。需要指出的是，这个过程中，我们需要确保头部与机器人无相对位移，需要妥善固定连接。
最后，通过立体定向技术就可以对脑内的病变进行取材诊断定性或者治疗。活检术实际上就是活组织检查，通过立体定向技术去做活组织的检查，把脑病变通过不同规格的活检针取出一块很小的组织，当然，最好是病变最明显的位置的组织进行病理学检查，就称之为立体定向活检术。
立体定向活检术，在神经外科的应用场景包括哪些？
1、颅内多发病灶，不能明确病理性质；
2、开颅手术风险大而性质不能明确的肿瘤；
3、病人体质差、不能耐受开颅手术，欲明确肿瘤性质决定化疗或放射治疗方案，或者采取肿瘤内放射治疗；
4、脑内病灶需要鉴别是炎性病灶、原发肿瘤或者转移性肿瘤；
5、怀疑是放射治疗敏感的生殖细胞瘤、淋巴瘤，需要放化疗前证实诊断；
6、脑肿瘤复发与放射性坏死需作出鉴别诊断。
随着手术机器人的发展，立体定向活检技术如何做到跟加快速精准呢？
机器人有以下几个特点：
1.精准：定位精度高，误差1mm以内。完全满足活检要求。
理论上机器人技术只有机械臂误差，但是框架的误差存在于系统误差，读数误差及框架变形带来的误差等。
2.快速，创伤小：
1．行局麻，安装立体定向框架（无）。
2．去CT室扫描定位，图像融合，做手术计划。
3．返手术室，头部手术野连同立体定向框架常规消毒、铺巾。
4．注入局麻后，在相应的部位切开头皮，电凝止血、钻孔一个，并切开硬脑膜（3mm钻头，电凝针破开硬膜）。
5．三维坐标值调到立体定向仪上。
6．插入活检针(钳)，取活检。
7．活检结束，缝合头皮。省去相关步骤，对于多靶点手术可以更快速
3.定位精确更安全：机器人大脑的三维融合软件进行人脑虚拟三维空间重建，包括动静脉走行、脑沟回重建、DTI纤维束重建、脑功能亚区分割、病灶轮廓自动勾画等，设定路径时，会尽量远离影像显示的重要功能区和血管密集区。有助于避开颅脑内重要结构，避开靠近颅底颅骨气房增多、感染风险增强的部位，提高手术安全性。
与有框架以及ROSA等相比具备结构光技术的机器人在神经外科有哪些优势？以及它的临床应用有哪些？
1.无框架，具有无框架的所有优势；
2.无marker，无需手术当天采集影像。
3.可利用MRI或CT进行注册，减少反复影像学检查。
4.注册精度高，MRI注册精度0.2-0.5mm不等，Ct注册精度0.1-0.3mm不等。
相较ROSA等机器人的激光面配准技术注册速度快，ROSA配准步骤多，需要反复调整，华科精准结构光属于全球独家技术，注册速度快，3-5个位置即可采集千万级别注册点，形成点云，快速高效的完成注册的过程。
还有一点就是ROSA的激光面配准技术在头偏向一侧，或者是侧卧体位的时候，在注册方面就实现的难度就很大。所以说结构光技术，尤其是在立体定向活检这个领域来看优势还是很明显的，至于在临床这个应用方面我能想到的，能够基本做到的一些扩展以下几个方面：第一个，就是做颅内病变切除的导航，可以完全替代术中的导航。第二个，就是我们做常规的囊性病变的穿刺引流，再一个就是裂隙脑室的分流手术，应用前景还是很广阔的。第三个，就是可以做到一个辅助脑室镜的手术，华科精准的一个经典项目，就是立体脑电电极植入术，这是一个很大的一个应用方面。
在应用的过程中呢，我们还需要注意的这么几个问题，因为这个结构光技术，首先还是在我这边是前期的一个应用，通过这个七十多例手术的这么一个经验的总结，结构光注册的特点有以下几个：第一注册精度很高，接近骨性mark。第二就以CT为基准的一个注册精度，它是要高于核磁为基础的注册精度，但是在实际穿刺误差统计上，两者是没有显著差异的，细微的差异，可能是来自于这个融合的误差，因为靶点和路径设计上，是基于核磁的，如果我们以CT为基准进行注册的，势必要进行—个CT和核磁的融合，那它就是会产生一个融合的误差。如果把这个注册基于核磁，就剔除了一个融合误差，也就是说两者可能做了这么一个抵消。第三，就是说我们后颅窝的活检，在我实际应用的过程中呢，它的实际误差要稍微大于幕上前头部的注册误差。这些都是我们后期需要进一步的研究，进一步优化的。
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完
