专访宣武医院功能神经外科乔梁主任医师：谈手术机器人在神经外科的应用

（以乔梁主任医师在 ‘中华神经外科杂志’ 2020年第12期发表的论文《手术机器人在神经外科中的应用现状》一文为基础重新整理、改写及编辑）

近年来，医学工程学的飞速发展和技术成果促进了神经外科精准性与安全性的不断提升，特别是手术机器人正在临床实践中展现出日趋重要的应用价值，代表着神经外科智能化的发展方向。回顾国内外文献，关于神经外科机器人在某种术式或某方面的应用研究增长较快，但系统性的综述文章尤显不足。而后者对于医务人员了解机器人辅助神经外科手术的发展历史、掌握其使用和前瞻未来都有重要意义。

2020年第12期《中华神经外科杂志》发表了首都医科大学宣武医院功能神经外科、北京功能神经外科研究所乔梁（第一作者）、遇涛、李勇杰（通信作者）撰写的《手术机器人在神经外科中的应用现状》（DOI：10.3760/cma.j.cn112050-20200825-00468）。该综述从神经外科手术机器人的发展史及应用现状、分类及操作、精准性与安全性、局限性及未来前景等方面进行了系统介绍，相信对读者有所裨益。“神外前沿”特地采访了宣武医院乔梁主任医师，邀请他就相关话题分享经验体会（如下）。

问：手术机器人可以说是近年来神经外科的一大技术热点。我们注意到您在《中华神经外科杂志》发表了一篇关于神经外科机器人的综述，全面且清晰，对希望了解相关内容的同行应该很有价值。您当初怎么想到写这篇综述？

乔梁：谢谢。这篇综述是由我和遇涛、李勇杰教授共同撰写。写作背景是近年来国内外神经外科都呈现出一个明显趋势：手术机器人日益广泛的应用。宣武医院功能神经外科应用手术机器人始于2018年在机器人（华科精准）辅助下置入立体定向脑电图（SEEG）电极。之后又逐渐实施机器人辅助下脑深部电刺激电极植入术、机器人辅助下三叉神经半月节穿刺等术式。目前，我科机器人辅助神外手术数每年都逾百台。

在此过程中，我们不断体会与总结机器人辅助神外手术的适应证、精准性、安全性、效率等具体议题，以及其相较于传统手术的优势与局限性。例如，我们报告了宣武医院功能神经外科应用机器人辅助SEEG电极置入的平均误差、手术效率及并发症【见‘机器人辅助立体脑电图电极植入在癫痫外科中的应用’，中华神经外科杂志, 2019,35(10) : 1049-1053. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1001-2346.2019.10.018】。

在具体议题之外, 我们思考和重视手术机器人的技术逻辑和未来前景。在参考大量文献的基础上，这篇综述介绍了神外机器人的发展脉络和若干宏观面向，有幸借《中华神经外科杂志》之平台与同行分享交流

问：您在综述中说“手术机器人的临床应用起始于神经外科”，这可能是很多人不了解的。

乔梁：对。手术机器人这一概念其实由来已久，神经外科正是最早应用机器人的外科亚专业。1985年美国应用PUMA 560辅助脑组织活检，这是文献记录到的最早由机械臂辅助的外科手术。然而事实上在相当一段时间内，机器人在其他一些外科亚专业使用的更多。例如，单2015年应用达芬奇(da Vinci) 手术机器人的腹腔镜/胸腔镜手术就已逾70万例。近年来，伴随相关技术（多模态影像融合、3维重建、神经导航等）的不断进步，机器人辅助神经外科手术从数量到种类都呈现迅猛增长。

和外科其他亚专业相比，神经外科有几个特点使其尤其适合机器人的应用。首先，颅骨因其坚硬性适宜作为解剖和注册标记；第二，神经外科有立体定向技术的传统；第三，神经外科手术高精准性的要求。

另外需要明确一点：应用于神经外科和其他外科亚专业的机器人在类别和功能上有所不同。

问：您能否就这个区别进一步解释一下？

乔梁：手术机器人这个概念较为笼统，是指能够按照设定程序自动移动并完成某些手术操作的仪器。它大体可分为三类：1）在医生远程控制下，机器人执行微创或显微操作；（2）在医生监控下，机器人辅助医生定位和/或手术操作；（3）医生手动与机器人自动操作相结合。目前应用于神经外科的机器人多数属于第2类，例如：国产的华科精准、睿米、华志微创、术凯，国外的PUMA、Minverva、Pathfinder、 SpineAssist及Renaissance系统等。而广泛应用于其他外科亚专业（普通外科、心胸外科、妇科、泌尿外科等）的达芬奇系统属于第1类。也就是说，目前的神经外科手术机器人主要发挥自动定位及辅助操作功能，相信未来人工智能和医学工程学的不断发展将赋予机器人更多学习和自动操作能力。

问：那目前神经外科手术机器人的应用场景有哪些呢？

乔梁：除了前面说过SEEG电极置入、DBS电极植入、三叉神经半月节穿刺外，神经外科手术机器人还可用于脑组织活检、脑出血、脑脓肿及颅内异物之穿刺、颅内肿瘤内放疗和化疗囊植入、脑内核团或组织毁损、辅助显微外科手术、神经内镜手术或神经脊柱手术。

目前我科应用机器人最多的术式是癫痫外科中的SEEG电极置入，这与该手术定位及置入精准性要求较高、置入电极数量通常较多、机器人可显著提高手术效率有关。传统上应用立体定向仪置入SEEG电极存在以下局限：1）受立体定向仪本身因素（例如CRW弧弓的旁开角度在约55°以内）限制，某些角度的SEEG电极置入路径无法实现；2）置入每根SEEG电极均需要重新调整立体定向仪的三维（LAT、AP、Z）坐标与穿刺（AP及ML）角度，费时费力；3）立体定向仪辅助下钻孔相较于（更刚性的）机器人机械臂辅助钻孔更易有操作误差，特别是在穿刺路径和颅骨不够垂直而较呈切线角度时；4）立体定向仪辅助SEEG电极置入需要单独的术前计划系统（用于多模态影像融合、重建与路径设计），而后者已整合入手术机器人系统。

未来随着机器人性能（如前面提到的学习和自动操作能力）的提升，相信其适用的神经外科术式将持续扩展。

问：在功能神经外科领域，是否机器人在DBS电极植入术的应用率相较于SEEG电极置入术为低？

乔梁：现状是这样。首先需要说明，因为DBS电极多系永久植入，SEEG电极是为明确致痫灶和/或大脑功能区暂时置入,完成目的后拔除，所以“植入(implantation)”和“置入（implacement）”两词的使用应该有所区分。

回到您的问题。环顾国内外的功能神经外科中心，均能观察到这样的现象：神外机器人应用于DBS电极植入远较其应用于SEEG电极置入为少。另有资料显示，机器人辅助DBS电极植入占全部DBS术的比例甚至不足一成。这可能和DBS术电极数量少（通常双侧共两根）所以机器人提高手术效率的优势不明显、机器人辅助全麻下DBS术无法进行术中临床测试等因素有关。

我们也注意到近年来机器人辅助全麻DBS术的一些文献报道，提示其在提升手术便利性（调整路径）、手术效率、患者舒适度等方面的价值。未来如果辅以DBS设备的不断完善升级（如反馈式系统）、影像学（包括术中磁共振）、人工智能等技术的应用，机器人辅助全麻DBS一定将有更大的发展前景。

问：看来手术机器人给临床带来的益处已越来越多的被神外同行认识，那它又有哪些局限性，实际应用中应该注意些什么问题呢？

乔梁：这是个好问题。事实上，任何一种新的技术，我们都要抱持积极学习、深入钻研又严谨客观的态度。首先，神外机器人系统尽管拥有多个自由度转轴，其在实际操作中仍存在一定的“盲区”，机器人固定连接装置和/或神外头架也可能阻挡操作路径。这需要周密的术前设计和体位/头位设置以规避。其次，神外机器人辅助手术的精度同样受注册误差、术中脑位移（brain shift）等因素影响。不断改进、优化的机器人注册方式可能有助于减少误差，还有学者提出未来术中MRI和机器人的联合应用将最大程度减少脑位移的影响。再次，过度依赖手术机器人不利于神外医生对组织三维位置和解剖空间感的建立，类似于司机驾车过度依赖导航会妨碍形成‘心智地图’。最后，许多神经机器人虽已具备简单的碰触反馈机制（如遇阻力停止运动），但尚无法感知组织温度、质地、波动等精细信息。安全精准的手术离不开医生的综合判断和主导角色。简言之，将机器人引入手术的目的是协助医生，而并不能取代医生。

问：您讲的很好。最后请教您及北京功能神经外科研究所还在关注哪些新兴或未来的技术呢？

乔梁：我们身处一个技术飞速发展、医学深刻变革的时代，神经科的相关专业人士可能对这种变化体会尤为深刻。我个人梳理：深刻影响神经科学（包括神经外科）的技术有几个方面：1）神经导航（neuronavigation）及手术机器人(surgical robot)：用于手术定位及自动操作； 2）神经影像学（neuroimaging）: 高场强磁共振、其他各类影像学及后处理（post-processing）技术不断推进神经疾病的“可视”化；3）神经调控 (neuromodulation)：通过无创或微创方式调整神经功能，恢复神经“稳态“，同时避免了切除手术及相关风险；4）脑机接口 (brain-machine interface)： 实现人脑与外部设备的信息交换，修复受损功能，甚至控制外部世界；5）大数据 (big data)：其总结分析为循证医学提供高级别的客观证据；6）人工智能 (artificial intelligence)：辅助疾病风险预测、疾病诊断、治疗决策、转归及预后判断，以及检测预警等；7）光遗传学 (optogenetics)：结合遗传工程与光来调整部分神经细胞的兴奋性，从而研究脑功能并有助于发展脑功能异常的新疗法；8）人脑连接组学（human connectome）及人脑网络组图谱 (brainnetome atlas)：系脑科学和脑疾病研究的“利器”，既是脑科学、认知科学、认知心理学等基础学科的核心之一，同时能为探索神经及精神疾病的环路基础以及开发新型诊治技术奠定重要基础。

以上这些技术可能存在广泛的交叉、联合和辅助应用。我们期待神经外科在相关技术的推动下更加精准、高效、安全，并为脑科学的发展突破提供强大助力。