兼容MRI的立体定向神经外科机器人：神经外科手术的未来？

　　如何才能将改变生活的医疗机器人设备变为现实？AiM Medical Robotics 公司创始人兼首席执行官Gregory Fischer 博士在BIOMEDevice 大会上探讨了这一问题。作为一名研究员、教授、联邦政府资助的首席研究员、州政府资助的医疗技术加速器主任以及多家医疗设备公司的创始人，Fischer 博士对医疗设备的概念化、完善和商业化以及每一步所面临的挑战都有着独到的见解。

　　总部位于马萨诸塞州伍斯特市的AiM MedicalRobotics 公司是一家神经外科机器人公司，致力于为复杂的神经外科环境带来高精度、自动化和高效率，目前正在开发与MRI 兼容的先进机器人技术，旨在改善接受神经外科治疗功能性脑部疾病（帕金森氏症、癫痫等）和癌症的患者的预后。

　　去年8 月，该公司推出了业界首个MRI 兼容神外手术机器人样机，并获得了北美脑癌研究的最大资助者Sontag基金会旗下Sontag创新基金的投资。该系统以精度为重点，并且便携，可与任何MRI 诊断设备一起使用，旨在改善接受神经外科治疗功能性脑部疾病（帕金森氏症、癫痫等）和癌症的患者的预后，同时通过消除错误和将手术时间缩短多达 50% 来为医院节省成本。

　　术中磁共振（iMRI）是手术室（尤其是脑外科手术）在MRI 中的诊断工具。MRI 扫描有助于计划治疗和手术过程。术中成像过程是神经外科领域的最新技术之一。它在执行手术时提供大脑内部的实时图像。图像指导有助于大程度地减少损坏大脑关键区域的风险。

　　借助术中MRI 设备成像，该系统能够完成机器人的精准操作，包括对准、插入和操作神经外科器械，其便携式的系统能够很容易地安装在任何诊断或介入MRI 中，或者在传统的基于手术室的神经外科环境中用作机器人平台。

　　同时，还可以进行神经外科实时动态手术，在术中随时随地评估神经功能，校正神经缺损等。并能精准对病灶（包括肿瘤等）切除，减少对周围健康组织的影响，此外兼容移动MRI 平台，可以解决患者转运时遇到的问题。

　　Fischer 博士除了是公司联合创始人之外，还是MRI兼容手术机器人中使用的独特技术的发明者。自AiM 公司成立以来，他就一直担任该公司的首席科学顾问，并积极参与公司技术的开发。

　　在过去的二十多年里，Fischer 博士一直是医疗机器人领域的先驱，在MRI 兼容组件和系统方面拥有丰富的专业知识。于2008年获得约翰霍普金斯大学机械工程博士学位，是伍斯特理工学院（“WPI”）的机器人工程教授。

　　此外，他还是马萨诸塞州的PracticePoint 医疗技术加速器的创始人，该加速器是最先进的手术机器人医疗保健开发和测试设施，包括3T MRI 和专门用于工程研发的手术室。另外，Fischer 博士自2008 年以来一直担任WPI自动化和介入医学机器人研究实验室的负责人。

　　重重 挑战

　　Fischer 博士以神经外科为重点，强调了临床医生在手术过程中面临的具体挑战，包括无法利用实时术中磁共振成像实现精确性——外科医生必须在手术中期将病人转移到一个单独的房间，有时甚至是医院建筑群内的一栋单独建筑中的磁共振成像室，这导致工作流程效率低下，以及转移过程中无菌和麻醉的中断。此外，他还提到与各种核磁共振成像扫描仪的兼容性有限，而且复杂的人工流程增加了人为错误的风险。

　　在神经外科等难度较大的手术过程中，集成机器人辅助功能可以增强可触及的目标区域，提高动作的灵巧性和精确度，增加更强的反馈和虚拟固定装置，缩短手术时间，并避免人体工程学问题。Fischer 博士表示，通过与图像引导工具的内在整合提高干预的准确性，以及改善诊断和治疗效果，这是机器人辅助的优势所在。

　　此外，他还提出了在神经外科手术中使用直接图像引导介入的理由，包括越来越多的临床医疗机构开始建立多模态图像引导手术室，如麻省总医院布里格姆分院的先进多模态图像引导手术室（AMIGO）。

　　使用术中磁共振成像的一些优势包括：在手术过程中无需移动患者即可进行“实时”内部成像；无电离辐射；软组织对比度高；成像分辨率高；可从外部控制扫描几何形状；是针对解剖结构和器械进行原位成像的理想选择；具有真正的三维容积图像；以及T1/T2加权、功能、弥散、动态对比度、血流温度和氧合等多参数成像。

　　然而，整合术中磁共振成像存在一些障碍，即金属会干扰用于生成MRI图像的磁场，可能会造成多种安全隐患，并增加获得清晰图像的难度——成像伪影和干扰。其他技术挑战还包括在核磁共振成像仪内进行外科手术的空间限制以及铁磁畸变。

　　与M RI 兼容的手术机器人

　　为了解决空间限制问题，Fischer 博士和他的研究同事们开始制造一种与核磁共振成像兼容的前列腺介入机器人，后来又将其应用于神经外科手术，最终制造出了商业版的与核磁共振成像兼容的立体定向神经外科手术机器人。

　　这正是他在学术界的经验所在，因为他能够获得联邦拨款，并且是PracticePoint 医疗技术加速器的主任。该项目拥有一个灵活的手术室，用于医疗设备和手术机器人测试和用户体验优化，还有一个动作捕捉实验室和家庭保健套件、病人直接护理和重症监护室设施，所有这些都致力于工程和神经科学领域的3T 核磁共振成像研究。

　　目前，他们正通过自己创立的公司AiM MedicalRobotics 展示第一台核磁共振成像兼容立体定向神经外科手术机器人的商业原型，用于临床前试验。

　　商业原型包括一个基于核磁共振成像的机器人对准钻头导航系统，可精确对准微小孔洞；以及一个机器人对准设备支架，用于沿机器人对准导航系统手动插入，并计算止点深度。

　　值得注意的是，该公司已经开始进行临床前试验，对完全在核磁共振成像室进行的机器人间质热消融、完全在核磁共振成像室进行的机器人深部脑刺激和完全在手术室进行的机器人深部脑刺激进行评估。

　　“保留完全在手术室内进行机器人深部脑刺激的选项是为了鼓励设备的采用。”Fischer 博士说，“如今，大多数手术都是在手术室进行的，所以必须满足外科医生的需求。”

　　术中磁共振成像具有以下优点：

　　● 实时动态手术：使用iMRI 创建的实时图像至关重要，因为它们有助于准确识别大脑异常的位置。在手术过程中，大脑可能会移位，因此，缺损的位置也会改变。在这种情况下，术前图像变得毫无用处。由于可以实时校正神经缺损，因此可以在手术过程中评估神经功能。

　　● 准确切除脑肿瘤：iMRI 有助于区分肿瘤和正常细胞的边缘，从而成功切除整个脑肿瘤。例如，脑肿瘤，例如小儿脑肿瘤、垂体瘤和神经胶质瘤。如果他们通过iMRI 看到残留的肿瘤，则可以继续操作，直到以最安全的方式切除了尽可能多的肿瘤为止。

　　● 集成导航系统：具有实时成像功能的集成导航系统有助于导航和清除大脑中的肿瘤或病变。术中标测具有电生理指导和监测的优势，可确保重要的神经束和神经得到安全处理而不会造成任何损害。

　　● 无需运送患者：由于患者是在带有滑动桌面的特殊工作台上进行手术的，因此无需改变位置即可轻松转移患者。神经外科机器人兼容移动MRI 平台，这可以解决转移患者时遇到的问题，并且比移动MRI平台更快、更经济。

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