华科神外在线专访周文静3D重建和影像融

来源：在线软件时间：2022/6/4

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术精于准-第10期

神外前沿讯，神外手术机器人的核心技术是机械臂的设备工艺还是内在的软件系统？国产手术机器人如何在软件上实现3D重建、影像融合等技术？为什么说神外手术机器人本身就包括一个优秀的导航功能，并且能更方便神外医生的日常临床工作？

近日，参与了国产神外手术机器人部分研发工医院神经外科三病区（癫痫中心）周文静主任就上述问题接受了《神外前沿》新媒体的专访。

以下为访谈主要内容：

手术机器人核心在软件

神外前沿：手术机器人或机械臂的核心在软件和导航吗？

周文静：导航是个软件技术，或者说为什么现在国产手术机器人上市以来，这两年在影响方面迅速超过了进口的手术机器人。从手术机器人本身的精准度和操作层面等看，其实进口和国产手术机器人相差不大，一些细节的区别也是源于习惯不同。但是国产手术机器人的软件好，更加人性化，医院对软件有不同的需求，他们更注重应用，多模态影像融合与3D重建等都比国外方面强很多。

过去，用国外的导航软件，它的软件三维重建技术和影像融合比较繁琐，易用性不好，而且国外也分多个流派，不会因为国内医生的手术方式和习惯改变其软件，只能是医生为了用这软件改变自己的手术习惯，导致很多经验丰富的神经外科医生并不太用导航，因为这些医生做手术很好，经验也很丰富，使用导航步骤繁琐反而降低了效率。

国产导航根据医生的手术习惯可以个性化设计自己的软件，医生用起来很容易。所以国产的导航在手术的操作过程中很容易，更方便一些，3D图像也很漂亮，而且和CT、PET-CT、磁共振、血管、功能磁共振DTI等都可融合在一起。

神外手术机器人的核心也是导航，其实国产手术机器人的研发和导航是同步进行的，根据不同手术方式的需求，来选择使用导航或机器人系统，从广义上讲，机器人也是导航，只不过手工操作换为了机械臂，是带机械臂的导航，特别在一些创伤较小的手术应用上，机械臂可自动建立手术操作路径，医生直接做就行了。

从软件角度讲，手术机器人和手术导航内核是一样的。这就是国产的优势，我们可以做机器人同时做导航，用户界面和功能模式类似，医生用起来感觉是在用同一样东西。

神外前沿：医院对软件有不同需求，没有统一和标准化，医院都要单独开发一套软件系统？

周文静：对，医院需求不一样，它需要不断的开发。医院的手术间、医生使用习惯、软件主界面等不同，CT、PET-CT、磁共振等不一样，三维重建出来的图像效果也是不一样，国外医院配一套统一CT、PET-CT、磁共振等等。当然，国产的软件现在每家也不完全一样，医院就不一样，但其实核心内容是相同的。

医院都是买进口导航，当然，进口导航也有不同的系统，多个品牌，一般来说，医院用了一个体系，再用别的体系就不方便了。国产的导航也如此，但并不是每个单位的需求都各不相同，从医疗角度看是一样，最终解决问题的目的是一样的，只不过医院的软件界面操作不一样，可能兼容不了，医院各做自己的手术计划，不同品牌软件可能不兼容，其实基本图像是一样的。虽然不能用他的导航系统来完成其它需求的融合或重建等功能，但可以使用它的原始影像数据，现在国产的软件这方面很灵活，使用也很方便。

神外前沿：重建的技术在导航这块，医院是医生来做，还是厂家派工程师辅助医生做呢？

周文静：过去医生都主要忙于临床工作，影像处理要依靠工程技术人员（来自大学或公司等），现在几乎每个病人都需要影像的后处理，特别是神经外科领域，只看影像胶片就手术的时代已经过去了。我们的医生都很熟练掌握多种软件应用，当然，我们这里每个病人都做3D融合及重建，基本的流程都是专门的技师或护士来完成，经过专门的培训之后，操作并不复杂，效率也很高。

神外前沿：机器人和传统导航有何区别？有手术机器人之后的导航是否比以前更加精准一些，应用也更广些呢？

周文静：对。过去的进口导航系统价格昂贵，而且操作比较繁琐，精准度也差一些，医院虽然买了，但使用并不多。现在随着国产导航和机器人的普及，价格已经逐渐降低，相关的核心技术已经大幅提高，特别是在易用性方面和3D影像方面。一般来说，单纯手术导航的误差相对会大一些，但应用领域更广。机器人精度更高，但主要用于一些功能神外的领域。医院，这两者应用都很普遍，各科室基本都用，我们外科手术90%都得用到。

参与国产手术机器人研发

神外前沿：您是如何参与国产手术机器人研发的？

周文静：-年，我们去欧洲、北美学习了解到了立体脑电图（SEEG）技术，这是用在癫痫外科的一种微创颅内脑电监测方法，只要在头颅上钻数个个直径仅几毫米的小孔，然后把很细的电极插到大脑里去即可，这样创伤很小。传统上是要给病人头上安装一个立体定向框架，借助定向仪手术器械，计算靶点的坐标和角度，在手术中调整好参数来完成。类似的还有用在帕金森病的治疗方面。但癫痫手术需要在大脑里放10多根很细的电极，每换1根电极都要重新调坐标和角度，再安装部件，为防止差错，还要反复验证。在这种临床需求的情况下，有没有一种简便、快捷、用计算机自动化来处理这种重复性工作呢？我们看到在医学之外的其它领域，如用机器人装备汽车就是很好的例子，简单重复又需要精准不出错的劳动更适合机器来完成。

年6月，医院和清华大学生物医学工程系开始合作开发国产SEEG手术系统，并于当年12月完成设计并制作微创手术器械、基于导航的MRI解剖结构与血管的重建测试、微创单极电凝硬脑膜实验、非磁性颅内电极测试等等。

年，进口手术机器人在国内开始应用了，我们在清华大学的实验室里也买了一个进口机械臂做研究。凭借过去的基础，软件的研发进展很快，同时借鉴国外技术，研发国产SEEG电极置入手术器械以及机器人，从技术上已经没有门槛了。

年5月，我们完成首次手术室内导航下靶点精度验证；6月开始启动研发机器人微创手术系统；7月完成第一代基于导航成套SEEG手术配件制作；8月完成首例导航引导下微创植入导向螺钉试验；10月完成机器人系统靶点验证试验。

年11月，我们完成专门的SEEG软件测试，采用立体定向框架技术，进行首例SEEG电极置入手术，并在12月对一例双侧颞叶癫痫患者进行双侧SEEG电极置入手术。

国产技术条件成熟了，我们继续和清华大学科研人员深度合作，同时也有专业公司的介入，加快了国产机器人的研发以及商业化生产。

我们在神经外科手术中所说的机器人概念，严格说应该称为机械臂，是可以重复做类似工作，精准，不容易出错，而且很便捷。

神外前沿：到现在为止，用国产手术机器大概做了多少例？

周文静：在医院已经有多例，我们称之立体脑电图（SEEG）电极置入，目医院在使用，数量的增长很快，医院更倾向于选择国产的机器人或导航系统。

未来应用和挑战

神外前沿：手术机器人的未来应用越来越广，其未来的挑战性在哪里呢？

周文静：第一个挑战，其实是医生的观念与习惯。正如三十多年前，手术显微镜刚刚进入神经外科时，那时经验丰富的神经外科医生并不需要用显微镜的，当时显微镜操作即不方便又很费劲，很多医生是反对的，但现在已经是基本的需求。虽然国产的机器人/导航比较人性化，但医生还是要改变自己的手术习惯和操作，过去那种靠个人经验的时代已经过去了。就像我们出发去一个陌生或熟悉的地方，手机导航现在已经离不了，并且越用导航就越依赖于它。医生手术也一样，以前凭经验，现在手术机器人或导航系统，不仅可以方便地辅助手术操作，而且还是3D动态和可视的，另外现在已有虚拟现实和混合现实等技术，很快也会普及应用在医疗工作中，不仅医生，也包括患者及家属，都可以很方便的了解到与手术相关的一切细节，进行更优化的规划与选择。

对外科手术大夫来说，手术操作，包括使用的工具越简单，越方便越好。这些年，我们在癫痫外科电极置入的手术当中，体会到开始用立体定向框架操作，到现在使用手术机器人，整个过程正变得越来越方便，快捷，也更安全，应用领域也逐渐扩大，包括肿瘤、外伤、活检等，甚至扩展到神经外科以外的科室或病种，如脊柱、骨关节领域等等，大夫操作习惯也随之改变，会不断的学习和适应，手术机器人和导航系统。未来这种机器人和导航的应用应该是很广泛的，而且很快会得到迅速的推广和普及，医院医院都可以越来越多地应用手术机器人和导航系统。

张玉琪院长点评

国产神经外科机器人的点评

在医学领域，许多大型医疗设备由国外公司把持，成为中国医学发展的瓶颈。在中国科技进步不断发展的今天，要大力支持国产医疗设备的研发和应用。神经外科机器人由硬件和操作软件两部分组成，清华大学在工科具有强大的科研实力，由清华大学工科和医科的科研专家组成的强大团队经过数年努力，研制和生产出具有自主知识产权的中国第一个“神经外科机器人”，这是清华大学医工结合的又一典范。如同清华大学研制的治疗帕金森病的“脑深部电极（DBS）”一样，“神经外科机器人”在国内的广泛应用，必将引领中国微创神经外科发展到更高水平，使广大的中国人民群众受益。清华大学永争第一。

张玉琪，医学博士，留美博士后，主任医师，教授，研究生导师。医院院长、清华大学医学院副院长、清华大学临床神经科学研究院院长、国家级杂志《BrainScienceAdvances》杂志总编辑。

受访者简介

周医院癫痫中心（神经外科三病区）主任，主任医师，中国医师学会神经外科分会小儿神经外科委员会副主任委员，中国抗癫痫协会理事，中国抗癫痫协会脑电图与神经电生理分会副主任委员。年获“王忠诚中国神经外科青年医师奖”。主持或参加多项国家级课题，参加编写专著7部，在国内外发表论文余篇。主要研究方向为难治性癫痫的外科治疗，癫痫发作致痫灶定位，大脑功能区与脑网络研究等。