立体定向技术发展趋势

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• 四．立体定向放射外科——新方法
• 立 体 定 向 放 射 外 科 （ Stereotactic
Radiosurgery.SRS）是指应用立体定向技术将大剂 量高能射线精确地（一次或分次）汇聚于某一局限性 的靶点组织，使靶点受到不可逆毁损。它既不同于常 规外科手术，也不同于常见的放疗与间质放疗—即伽 玛刀, X刀。
• 他是应用微型X射线治疗装置――PRS400，利用
立体定向仪精确定位，安装在立体定向仪上，通过 立体定位计算，将探针直接插入肿瘤中心靶点。因 为PRS体积小，便于携带，可在手术室内进行，成 为外科手术治疗的一部分。
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•Cyber knife——机器人立体定向放射外科治疗系统
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• 目前世界上有少数医院使用质子治疗系统(30), 中国山东万杰医院巳安装完毕,临床开始治疗病人, 费用较高。
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目前立体定向神经外科是什么状态?
(1)调强适形放疗时代 (IMRT) 20世纪90年代,就开始应用调强适形放射治疗（IMRT 和3D -CRT）,它是放射治疗的先进技术，它以直线加 速器为放射源，由立体定位摆位框架、三维治疗计划 系统，电动多叶准直器（DMLC）等部分组成，调强 适形放射治疗是射野形状和肿瘤的形状一致，大大降 低了肿瘤周围正常组织的受照剂量，提高了治疗增益 比。
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• 他们还设计出的一些机器人能够正确地缝合大
鼠的颈动脉。但是，这些研究成果尚未用于临床， 另外报道的一些机器人尚能在手术时将可携式微型 摄像机,送到脑内以观察颅内病变情况,机器人开始 应用于神经外科。
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• 我国田增民等，曾用机器人辅助手术。 进行了如颅内病灶的活检、脑室内病灶的 手术、脑内小病灶的切除。机器人协助神 经外科手术，它对于一些大的病灶及出血 较多的病灶尚无法应用。
• 是一个全新的立体定向放射外科体系,它结构简单， 轻便的直线加速器安装在机器人的机械臂上，可以灵 活地做任意方向的旋转。采用计算机立体定位导向， 自动跟踪靶区，无需使用定向仪框架和体架。，他提 供多种治疗选择——正向治疗计划或逆向治疗计划， 它无需中心投射，可分期分次治疗,使病人放射剂量 和病变部位达到最大的均匀分布和适形性。
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• 无框架立体定向技术 （ 神经外科导航系
统 ），他已走出神经外科向其他学科渗透，目前 已有了五官科导航系统，脊柱外科导航系统，不 久将扩大到全身各个部位和器官,应用这种技术方 法定位和治疗。
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•骨科手术导航系统 •耳鼻喉科—头颈外科手术影像导航系统
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• 在医学中，虚拟现实最主要的当然就是虚拟人体。 所谓虚拟人体就是要利用各种技术手段来重现一个 人的各个系统和脏器。主要的是形态和功能再现。
• 目前虚拟现实技术分为三种：①简单型VR （ simplified VR ） 。 ② 加 强 型 VR （ Augmented VR ） 。 ③ 智 能 型 VR （Immersive VR）。
• 1873年Dittmen介绍了立体定向术原理和动物实 验；
• 1889年Zernov制造了极坐标形式定向仪；
• 1906年～1908年Clarke＆Horsley设计出三维坐 标 定向系统。
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• 1947年Spiegel＆Wycis报道了立体定向技术临
床应用，并取得了成功。
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(2)图像引导放疗(IGRT) 调强适形放疗技术的最新进展是影像引导的放射治疗， 称为四维放射治疗 (4D-IGRT)。 如果用分子生物影 像引导又称五维 (5D-1GRT)，
目前临床已经开始多种图像引导放疗 : 解剖影像引导放疗（CT, MRI） 病理影像引导放疗 功能影像引导（PET/CT） 分子影像引导放疗 乏氧影像引导放疗
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2020/11/24
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• •脑立体定向技术发展和趋势
• 安徽省立医院神经外科
• 安徽省立体定向神经外科研究所
•
汪业汉
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• 开展立体定向和功能性神经外科工作 是Horsley和Clarke(1908年)，真正用 于临床是1947年Spiegel和Wycis。随 CT、MRI、DSA、PET等影像发展，特 别是与计算机结合，衍生出立体定向放 射外科。
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• 随着无框架导航系
统临床应用，发现术中 脑脊液丢失，病灶组织 切除以及脑肿胀等因素 可产生目标移位。因而， 又出现了术中实时扫描 影像导航手术或功能性 影像导航手术( iMRI fMRI iCT导航技术，来 弥补术中目标移位)。
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• 目前虚拟现实技术在神经外科手术中的应用，
还存在很多缺点：①被模拟的对象均为静止的，不 能模拟脑搏动，血管搏动，脑脊液流动。②不能再 生组织和生物化学特性；不同组织之间的界面，组 织的质感、光泽和纹理，组织的弹性，牵拉变形达 不到；切断血管后无搏动性血液流出等。③部分虚 拟现实系统虽然增加了感觉反馈系统，但操作不灵 敏。④图象的组织分辨力有待改善。⑤人工智能的 应用不够广泛。
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• VR 技 术 的 核 心 ： 通 过 头 带 式 显 示 屏 （ head
mounted disp lais, HMDS）的设备，触觉反馈 感，使人产生视、听、触模拟的感觉，在计算机工 作站中形成动态化，虚拟的内环境。医师在虚拟环 境中，通过提供给医师的立体图象装置，把医师带 到一个可视、听、触虚拟的病灶（如肿瘤）空间去， 从各个方向检查肿瘤，模拟手术过程，达到最小损 伤组织的真正“微创”境地一种预先演习。
• 随着无框架立体定向技术的出现，神经外科导航
系统与机器人相结合。德国的西门子公司和美国的 ISS 公 司 等 分 别 研 制 出 不 同 类 型 的 机 器 人 系 统 － （RAMS）。通过机器人的机械臂，将特定的神经 外科手术器械，如神经内镜、活检针、激光器、电 凝器等送到手术区。机器人还能使用环钻锯开颅骨， 在手术过程中，手术者无须亲自操作，并且可以通 过计算机工作站的显示屏观察手术器械到达的位置， 及时调整，做到微侵袭切除肿瘤或活检。
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• 1986年Robert又创造了无框架立体定 向系统——又称神经外科导航系统。目前又 出 现 功 能 性 磁 共 振 (fMRI), 术 中 磁 共 振 (iMRI),术中CT(iCT)与神经外科导航技术， 极大地丰富了神经外科技术手段。
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• 1979年Brown又提出了定向仪与CT相匹配，不 久定向仪与MRI、DSA、PET结合相继有了报道；
• 1986年Robert介绍了无框架立体定向导航系统。
• 目前神经外科导航系统发展很快，已经有多种类 型，如声波数字化仪、遥感关节臂、光学数字化仪、 电磁数字化仪。
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• 具体来说：就是利用计算机对大量数据信息的
高速处理和控制能力，对CT、MRI等图信息进行多 维重建，为外科医师提供给手术时了解病变部位、 手术径路和肿瘤切除范围等进行手术模拟、手术导 航、手术定位、制定手术计划，使手术方案客观、 准确、直观在显示屏上实时显象。
• 到了21世纪,神经外科进展不再是单纯停留在
切除病灶，还要考虑到脑功能缺失的改善和修复。 21世纪传统神经外科将是立体定向和功能性神经 外科微创时代。 21世纪立体定向和功能性神经外 科发展方向是什么呢？
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• 一、有框架定向仪走入无框架立体定向导航系统
• 15世纪末，Leonando da Vinci就提出了立体定 向 术的构思；
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• 我们正期待着，VR技术将进入到真正的实时时
代（really real in the coming yeas），把形态和 功能两方面结合起来，成为更加逼真的虚拟人，对 医学研究，诊断和治疗作出更大贡献。
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• 近年来立体定向间质内放疗 ( intersti-
• tial irradiation）又受到临床各界关注，其方 •法--放射微粒治疗计划系统。粒子植入方式有模 •板种植、CT导向下种植、术中种植,均能收到满 意 •效果
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• 光子放射治疗仪（photon RadioSurgery System .PRS）
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• 目前Neuro-navigation ，不论Brain －
LAB神经外科导航系统，stryker导航系统、 stealth station treon导航系统，均具有一 定智能功能，神经外科手术计划系统， Talairach 和schatenbrand图谱，大脑功能 多种图像融合功能和有框架立体定向手术计 划系统，可在颅内作任意导航。
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• 目前立体定向放射外科使用放射源主要有三种：
①放射线核素释放的α、β、γ射线（光子线）。② X线机和各种加速器产生不同能量的光子线。③各 种加速器产生的电子束、质子束、中子束、负π介 子等。伽玛刀是钴60为放射源；X刀是直线加速器 为放射源；
• 质子刀是带电粒子为放射源，质子束放射又优 于X刀或伽玛刀。
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• 最早的机器人只是一个简单的机械臂，它只能
在手术者的操纵下完成极其有限的工作，无法自行 去完成一个完整的手术。随着影像技术的发展，一 些特别设计的计算机软件能够将图像重建，并且将 机器人与计算机工作站相连，由机器人去完成计算 机工作站预先设计好的手术程序。
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• 目前,美国科学家还设计一种机器人，利用探针感
受压力的功能，当它碰到血管的时候会自动感受压力 变化并及时反馈给计算机，从而使手术者能及时调整 手术方案，减少了出血的并发症。这种探针肿瘤与正 常脑组织的质地不同，辨别出肿瘤的边界，以利于手 术中全切除肿瘤。
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• 二、虚拟现实技术（VR）在立体定向神经外科
中应用
• 虚拟的意思是“事实上不存在的，但在效果上和 功能上是与其存在物体相同的”; 现实是指客观存在 的环境或物体。虚拟现实技术不仅仅是计算机技术， 也可能包含多项其他领域的技术，通过模拟技术实现 人的各种感官，如同在实际环境中相同或类似的感觉。 这项技术称为虚拟现实技术（Virtual Reality VR）。
• 三、机器人辅助神经外科手术
• 医用机器人系统由辅助规划导航系统和辅助操作
子系统组成。医生在外科手术前就可以得到三方面 的了解,即对病人手术部位及邻近区域的解剖结构有 一个明确的认识，可进行手术规划，手术路径设想 等;进行手术的仿真操作;了解手术器械在病变组织中 位置和周边的组织信息。
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• VR技术的基础——计算机融合技术和导航技术。
“融合”是计算机将CT、MRI、DSA等图像配准融 合为一体，还可将立体定向显微镜，轨迹监视等得 以一个计算机图像。“导航”是手术之前把带有标 记物，标定在病人的CT或MRI图像上，并输入到计 算机工作站，根据这些资料进行多维重建，手术时 进行配准，使术前扫描图像和手术实时相结合并融 为一体，根据导航系统进行手术。