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精准介入诊疗技术

研究目标：由高端医疗器械展知悉，介入肿瘤学的经皮干预发展至今，一直在探索如何尽可能降低辐射剂量、缩短检查及治疗程序时间的同时，继续提高介入诊疗的安全性和有效性。

技术现状：先进的成像技术、导航技术、以及机器人技术的发展已极大地改善了对微小和难以到达病变的靶向治疗效果。大量的临床研究也已初步证实了导航技术、机器人技术的应用不仅提高了介入诊疗的精度、减少了辐射暴露，而且还减少了操作者技能和经验差异的影响。

现有的导航技术均基于图像引导模式，主要有超声、计算机断层扫描（CT）、锥形束CT（CBCT）、数字断层成像（DT）、磁共振成像（MRI）、正电子发射断层扫描（PET）等。

导航技术实现让操作者根据图像引导信息，进行插入前的定位操作，机器人系统则可自动进行插入定位操作，实际的器械插入仍由医生执行，相比机械臂插入操作好处是在插入过程保留了术者的触觉，有利于检测早期不正确的针头定位。随着技术的发展，器械插入也可以是自主方式执行，或远程进行操作。

 

02

导航技术及机器人技术

■ 导航技术

经皮介入程序的安全性和有效性主要取决于准确的术前规划和精确的术中针具放置，也有通过在患者体内实时导航器械和针具以到达目标病变，并提供实时的空间反馈。导航跟踪的方式包括激光、光学、电磁跟踪、以及多种混合方式。其中实时成像和图像融合的使用可进一步提高针道精度、和治疗效果的可视化。

激光引导：激光束可以在患者皮肤上准确显示针的穿刺点和穿刺角度，这提高了CT引导的经皮干预期间的准确性、执行效率和安全性，减少了手术过程中的辐射暴露。激光引导系统可以手持、安装在CT机架前的圆形轨道上，或者固定在CT室或机架的其他位置。目前激光引导已用于活检和引流程序。

图片来源：肺介入机器人技术

电磁导航：电磁（EM）导航使用放置在患者附近或患者上的EM场发生器，生成围绕目标解剖结构的局部EM场，通过标记EM传感器，实现在EM场内定位它们，并计算它们相对于彼此或相对于成像和患者的位置。导航工作流程的关键部分是图像到患者的注册，这是通过在术前图像采集期间使用标记（标记、跟踪器或参考）实现的。EM场与MRI不兼容，并且大的金属物体可能会降低定位精度。

图片来源：肺介入机器人技术

光学导航：通过光学定位系统扫描捕捉患者体表粘贴标记点以及机械臂前端手术器械标记物，借助导航系统联系匹配，建立手术空间的映射关系，实现机械臂前端手术器械与体表标记点的空间配准，基于术前路径规划，控制机械臂到达预定位置，实现手术器械的定位。

图片来源：肺介入机器人技术

增强现实：在进行了带有基准点的CT扫描后，通过软件自动分割感兴趣的器官和目标病变，并自动将患者的基准点与软件分割的基准点进行配准。医生使用AR眼镜，可以快速地以非常高的精度在正确的位置看到患者器官和病变的叠加3D重建，此外，通过放置在针上的基准点可以准确地显示穿刺针何时到达目标病变。据报道，这改善了对穿刺针的深度感知和对空间解剖关系的理解，AR导航显示出与CBCT引导的荧光透视相当的准确性，且手术时间和辐射暴露均显著减少。虽然穿刺的过程中可能不需要使用辐射成像，但通过荧光透视可以实时监测穿刺过程，以调整因呼吸产生的针头位置偏差。

图片来源：肺介入机器人技术

锥形束CT：在单次旋转期间可以获取多个放射图像，获取的数据自动重建为三维CT数据集。对于较大体型的患者，皮肤和深部目标的可视化具有挑战性。临床中导航软件与CBCT结合使用，可融合CBCT上的透视图像，实现监测穿刺针轨迹以提高准确性、安全性和有效性。目前CBCT已用于经皮肿瘤活检和消融治疗。该技术的局限性在于与旋转X射线成像相关的伪影、运动伪影的风险更大，以及与CT相比视野相对较小，这需要训练有素的工作人员进行仔细的图像采集前规划，以确保感兴趣的适当区域包含在视野中。

图片来源：肺介入机器人技术

■ 机器人系统

机器人系统：机器人系统可以实现穿刺针和器械放置的主动或被动式引导。首先，根据需要使用不同的图像引导模式，如超声、CT 、CBCT、荧光透视、DT、或MRI，对目标进行可视化。利用成像数据，对机器人机械臂相对于患者的位置进行配准，通过机械臂与设定的进针点、进针角度和目标深度相连接，移动机械臂到目标位置，通过程序成像确认位置，然后术者通过安装在机械臂末端执行器上的固定架执行器械的插入，或者通过遥操作方式控制器械的插入。

图片来源：肺介入机器人技术

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临床应用研究

电磁导航：在一项29个病例的对照研究中，电磁导航组在针头重新定位次数（2.0对2.5，P=0.03）、1或2针定位的定位成功率（81.5%对50%，P=0.03）、穿刺位置的中位准确性（2.0比6.6 mm，P<0.0001）方面，优于人工方式，但是总手术时间延长（30.5±1.6 vs.18.3±1.7 min，P<0.0001），CT扫描次数没有显著差异（P=0.08）。在一项60个病例的对照研究中，病变中位大小值、轴位和矢状斜位的穿刺轨迹角度、以及DLP存在显著差异，技术成功率和诊断成功率相似，总程序持续时间和CT采集总数以及并发症率没有显著差异。说明电磁导航系统用于肺部活检是安全、高效、可靠的，具有较高的诊断率，虽然在准备阶段电磁导航组的时间略长，但是在穿刺阶段，导航系统能够快速找到最佳轨迹，减少针头重新定位的需求。

图片来源：肺介入机器人技术

 

光学导航：在一项197个病例的对照研究中，基于CT图像数据集的光学跟踪导航系统（SIRIO）与传统CT引导组相比，程序时间、CT扫描次数、给予患者的辐射剂量显著减少，且操作者的辐射暴露为零，因为医生可以根据3D模型实时提供的信息进行操作，因此不需要透视或CBCT来引导针头。程序时间缩短是因为可以在不需要重新成像以检查新针头位置的情况下将针头长距离推进到患者胸腔中。在敏感性、特异性和总体诊断准确性方面，SIRIO与传统的CT引导技术相比略有提高。并发症没有显著差异，SIRIO引导和标准CT引导发生率相似：咯血（5% vs. 6.7%）、血胸（1.5% vs. 1.4%）和肺泡出血（8.8% vs. 9.3%）。相比电磁导航系统，光学跟踪系统可以通过跟踪针柄的直线路径，克服了电磁导航由于磁头位于针尖处当针轴发生偏转引起的偏差，不足是存在可见光干扰和术中阻挡等问题。

图片来源：肺介入机器人技术

机器人系统：机器人辅助的针插入在多种目标中得到了研究，包括肺、前列腺、肝等软组织及器官。在一项纳入了100名患者的研究中，评估了机器人辅助的CT引导下肺部活检与常规人工方式相比的性能。程序首先将患者的胸部CT扫描图像导出到ROBIO™EXworkstation进行活检规划。由操作者确定目标病灶的中心和进针点在皮肤上的位置，由工作站自动计算进针角度、目标深度和进针路径，并实时显示，术者确认后操作机器人机械臂进行定位。

图片来源：肺介入机器人技术

在机械臂末端执行器处放置带有一次性衬套的塑料固定器，用于引导进针。随后，患者保持屏气至与初始定位CT扫描相同的程度，术者手动穿刺针经胸壁直接插入病灶，在将穿刺针与末端执行器解耦并回缩机械臂后，通过CT扫描确认穿刺针针头的位置。

图片来源：肺介入机器人技术

结果显示机器人辅助的CT引导下肺部活检是安全的，准确性高，且与传统的人工方式相比，具有较短的程序时间、更低的辐射剂量，较少的调整次数等优势，并发症没有显著差异。

图片来源：肺介入机器人技术

04

现状及发展趋势讨论

■ 治疗方面的应用

当介入诊疗需要多个针头以确保实现大消融区域时，以及当操作者必须以复杂角度执行插入程序时，导航技术和机器人辅助在治疗技术上具有挑战性的病变时特别有用。关于导航引导或机器人辅助定位在热消融应用的多项研究报告了高可行性、显著的技术便利性，与常规人工方式相比，具有减少患者辐射剂量、消融期间插入和调整次数少的优势。机器人辅助治疗的研究数据显示，有71%的目标病变实现单次插入准确率，电磁导航系统将准确性提高了1.6倍，CT扫描次数和辐射剂量显著减少。下图为机器人导航系统在经皮冷冻消融治疗中的应用，使得医生更精确地定位和治疗难以到达的身体部位肿瘤。

图片来源：肺介入机器人技术

消融治疗在多种软组织器官的临床应用效果表明，消融如今已作为外科手术的治愈性替代方案被大家所接受，而如何更好地验证消融区边缘是消融程序有效性的关键。那么导航和机器人系统如果集成了这些验证系统，用于验证及评估最小消融边界，将为患者治愈创造更有利的条件。

■ 培训和学习方面的价值 

导航系统和机器人不仅提高了介入诊疗程序的安全性和有效性，而且还有助于住院医师、经验较少医师和学生进行介入诊疗方面的学习，缩短学习曲线，最终使经验较少的从业者达到专家一样的技能水准。

这方面，特别是增强现实(AR)用于成像引导和导航的技术，通过使用手持、或可穿戴的设备，实现在智能平板、智能眼镜上可视化穿刺针轨迹，提供给学习者直观的视野和实时访问患者信息，提高了操作的可重复性，显著缩短了学习曲线。广州医科大学附属第一医院广州呼吸健康研究院在2018年开展了增强现实导航软件 LungPoint VBN和人工方式在呼吸内镜医生培训中的可行性研究，研究结果显示：按常规方式教学进行支气管镜检查操作所需时间398.16±91.51s，应用Lung Point所需时间为275.01±62.64s，差异具有统计学意义（P =0.00）。按常规方式教学进行支气管镜检查操作定位精准率为60%，应用Lung Point定位精准率为84%。

■ 技术的市场推广

虽然导航系统和机器人辅助技术已在各大医院得以应用，但是住院医师、医学院学生仍然缺乏接触和学习的机会，如果将其纳入到目前的教学体系中，比如将导航和机器人技术技能引入到介入放射学住院医师培训的核心课程中，则有助于让他们在日后的临床中更容易接受和应用这些技术，节约了供应商的后期培训资源。

另外，导航和机器人系统高昂的价格是医院广泛使用的主要阻碍，因为，导航和机器人系统纳入到医保体系以及相关报销制度的建立都需要一个过程，这就需要供应商可以提供更灵活的机制，比如租赁模式。

■ 技术展望

虽然导航和机器人技术为术者提供了高精度的插入定位、减少了调整的次数、降低了辐射剂量等好处，使得术者可以更容易、更高效地处理极具挑战性的部位。然而，需要注意的是，目前的导航和机器人技术并非万全之策，术者的临床判断仍然是无可替代的。

如今，导航和机器人技术可以让操作者在实践中更好地施展他们的临床想法，成为对患者有益的更好、更可靠的临床工具。

但是，机器人技术还有待进行大规模、多中心临床对照实验进一步验证其安全性和有效性，并改善其使用效率，比如缩短开机准备阶段的时间，以及应用人机工程学，更好地和操作者的临床实践相符合，同时，建立导航工具、机器人技术、评价、培训等一系列标准化体系，达到在这个领域能够更准确地报告有价值的临床结果。

最后，精准医学的好处是明确的，即使用导航和机器人技术可以获得更好和更加一致的诊疗结果，并且技术会随着医生对诊疗效果的无止境追求而不断进步。

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文章来源：肺介入机器人技术

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