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中国团队自主研发无框架脑立体定向手术系统——记2019年中华医学科技奖医学科学技术奖一等奖“脑立体定向技术研发与临床应用研究”

2020-06-05 14:36        来源:中华医学信息导报

脑立体定向技术具有定位准确、创伤小等优点,但由于定位器框架的影响,手术范围有限,无法实施全麻手术,因此没有得到广泛应用。研发新的脑立体定向手术系统是亟待解决的重要问题。解放军总医院第六医学中心的张剑宁教授带领团队开展了“脑立体定向技术研发与临床应用研究”,该项目历时25年,研制出国内第一套无框架脑立体定向手术系统,开创了国内自主研发无框架定向手术的先例,创新应用多模态影像技术引导立体定向手术,提高了手术的精确性和安全性,在此基础上对颅内疑难病变采用微创手术治疗,取得了显著效果。相关研究成果在全国30多家医院推广应用,取得了显著的社会效益和经济效益。“脑立体定向技术研发与临床应用研究 ”荣获2019年中华医学科技奖医学科学技术奖一等奖。

国内率先研制出无框架脑立体定向手术系统

项目组在有框架脑立体定向临床工作经验的基础上开展无框架脑立体定向手术系统的研发及临床应用研究,并于1997年在国内率先将该系统用于临床,先后研制出六代手术机器人,其中第六代机器人系统Remebot将机器人被动运动改为主动运动,靶点定位从人为识别标记点升级为计算机视觉自动跟踪方式,进一步提高了脑立体定向手术系统的自动化程度和精准度,现已装备海军医院船,满足了远海条件下在医院船开展遥操作微创神经外科手术的要求。目前无框架脑立体定向手术系统定位更精准,应用范围更广,靶点误差降低在1mm精度以下,与有框架脑立体定向系统一起成为现代脑立体定向手术技术的两大支柱。

项目组利用先进的计算机和图像处理融合技术,设计和改进脑立体定向编程手术规划软件,先后开发了有框架脑立体定向手术规划软件“Aero-tech SurgicalPlan”、无框架脑立体定向手术规划软件“计算机辅助神经外科规划系统”,解决了多模态影像技术与立体定向手术系统结合应用的难题,提高了手术的精确性和安全性,为脑立体定向手术的临床推广和大规模应用扫清了技术障碍。

 新技术与新理论在颅内疑难病变的临床应用

项目组在国内率先采用间质内放射治疗多种肿瘤性疾病,使复发脑肿瘤等不适合开颅手术的疾病得到有效治疗。针对实体肿瘤,研发了肿瘤间质内放疗规划软件“TPS-Surgical Plan”,能够依据病灶构型对内放射源的布阵进行适型匹配,解决了实体肿瘤内放射源合理布阵的根本性难题,提高了实体肿瘤间质内放疗的疗效。项目组进一步开展基础研究,提出了脑立体定向放射外科治疗颅内病变的新机制,并用于脑动静脉畸形、中小型听神经瘤、复发脑胶质瘤、转移瘤、三叉神经痛等疾病的治疗,临床疗效显著。针对复发和难治性颅咽管瘤、拉克氏囊肿(RCCS)和难治性癫痫,更是形成了特色鲜明的治疗方法。

1.复发和难治性颅咽管瘤

复发和难治性颅咽管瘤的治疗一直是神经外科界的难题,以往只能采用开颅手术治疗,方式单一,患者痛苦大、经济负担重。该项目创立了多种治疗新术式:对多囊病灶采用连续穿刺法抽吸+间质内放疗;对大实体小囊性颅咽管瘤,先行脑立体定向囊液抽吸+间质内放疗,再行脑立体定向放射外科治疗;对大囊小实体性颅咽管瘤,实体部分先行脑立体定向放射外科治疗,再行脑立体定向囊液抽吸+间质内放疗;对囊性病灶还可采用囊液抽吸+囊腔注射干扰素。治疗后5年和10年的控制率分别为76%和70%,解决了需反复开颅手术的问题,明显改善了患者的生存质量和预后。

2.RCCS

目前对有症状的RCCS患者,手术治疗是唯一的治疗选择,但部分患者术后内分泌症状改善不理想,且有一定的术后复发率。项目组于2002年开始对RCCS患者进行立体定向放射外科治疗,这是国际上首次将立体定向放射外科技术用于RCCS的治疗。经过长期随访发现,RCCS患者的症状于治疗后3~6个月内消失,无新的内分泌症状出现,治疗有效率(囊肿明显缩小或消失)为100%,证实了RCCS对立体定向放射治疗具有敏感性。该研究颠覆了既往RCCS不能进行放射治疗的观念。

3.难治性癫痫

项目组提出了皮肤脑电偶极子定位和立体定位脑电图诊断癫痫的新方法,提高了致痫灶定位的准确性,致痫灶检出率为100%,精确率90%。项目组改进了立体定向癫痫外科的术式,针对难治性癫痫,在国际上率先开展双侧杏仁核海马复合体毁损术并取得成功,约40%的癫痫发作消失,有效率达80%,未出现明显神经功能障碍。项目组对部分需电极植入脑电监测并适合立体定向放射外科治疗的颞叶内侧型癫痫进行联合治疗,癫痫控制率为71.4%。

脑重要功能区病变的立体定向诊疗研究

项目组在国内率先开展氢质子磁共振波谱成像引导的脑活检,以及脑立体定向指引内镜直视取材相结合的手术研究,制定出规范化操作流程和评价标准体系,成功应用于脑肿瘤、脑囊肿、脑内异物、脑脓肿切除,脑寄生虫取出等手术,与常规磁共振成像检查对比,能明显提高脑立体定向活检的阳性率。同时,结合正电子发射型计算机断层显像、功能束成像、磁共振波谱、神经电生理监测等先进影像和电生理技术,项目组先后开展了脑干、鞍区、松果体区等脑重要功能区病变的立体定向活检研究,活检阳性率为97.24%,手术死亡率为0.2%,极大提高了这些部位的活检安全性。

由于脑立体定向技术在治疗颅内病变中具有独特且明确的优势,现已经显示出其在神经外科领域的重要作用,创造了良好的社会效益和经济效益。该项目获国家发明专利5项、实用新型专利4项,参编专家共识2项,部分成果写入全国统编教材《神经外科学》,举办全国性学习班26次,培养输送人才830余人,推动了国内神经外科领域的技术发展。近20年来,项目组开展了广泛的对外交流,为埃及、瑞典、加拿大、印度、巴基斯坦及我国培养了立体定向放射治疗专科医生75名,共接待包括美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、新西兰等20多个国家的专家、学者来访,进一步扩大了国际影响力。项目的研究成果已在全国30余家医院神经外科进行了深入推广,上万例患者从治疗中受益,取得良好的社会效益;同时脑立体定向手术技术水平和临床疗效的提高也使更多的患者避免了不必要的开颅手术,节省了患者家庭的医疗支出,取得了良好的经济效益。

创新点一  国内率先研制出无框架脑立体定向手术系统,开发了脑立体定向手术配套软件,拓宽了脑立体定向技术的应用范围

创新点二  国内率先开展脑立体定向间质内放疗及软件研发,解决了实体肿瘤内放射源合理布阵的根本性难题

创新点三  研究并提出了立体定向放射外科治疗颅内病变的新机制,临床疗效显著,国际上首次将立体定向放射外科治疗用于拉克氏囊肿

 创新点四  改进了立体定向癫痫外科的术式,提高了难治性癫痫的治疗效果

创新点五  建立多模态影像技术引导及内镜辅助活检手术,脑重要功能区活检效果良好(文/左舒颖)

(摘自《中华医学信息导报》2020年第35卷第10期)
 

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