09-3立体定向技术发展趋势.ppt

、脑立体定向技术的发展和趋势，安徽省医院神经外科安徽省立体定向神经外科研究所汪业汉，开展立体定向和功能性神经外科工作的是Horsley和Clarke(1908年)，真正应用于临床的是1947年Spiegel和Wycis。 随着CT、MRI、DSA、PET等图像的发展，特别是与计算机结合，导出了立体定向放射外科。 1986年罗伯特还创造了一个无骨架的立体定向系统，也被称为神经外科导航系统。 目前出现了功能磁共振(fMRI )、术中磁共振(iMRI )、术中CT(iCT )和神经外科导航技术，神经外科技术手段大幅度丰富。 到了21世纪，神经外科的进展不仅仅是切除病灶，还考虑到脑功能衰竭的改善和修复。 21世纪传统神经外科是立体定向和功能性神经外科的微创时代。 21世纪立体定向和功能性神经外科的发展方向是什么？一、带框架的定向转换器进入无框架立体定向导航系统的15世纪末， 里昂odavinci提出了立体定向术的构想，1873年Dittmen介绍了立体定向术的原理和动物实验，1889年Zernov制造了极坐标形式的定向仪，1906年1908年由Clarke&Horsley设计了三维定向系统。 1947年Spiegel&Wycis报道立体定向技术的临床应用并取得成功。 1979年Brown还提出了定向测量仪与CT的匹配，不久定向测量仪与MRI、DSA、PET的结合相继被报道，1986年Robert介绍了一种无框立体定向导航系统。 目前，神经外科导航系统发展迅速，有声波数字化器、遥感关节臂、光学数字化器、电磁数字化器等多种类型。 随着无框导航系统的临床应用，术中脑脊液丢失，病灶组织切除和脑肿胀等因素会产生目标位移。 因此，出现了术中实时扫描图像导航技术和功能性图像导航技术(iMRIfMRIiCT导航技术)，以补偿术中目标的位移。 目前，Neuro-navigation包括Brain-LAB神经外科导航系统、stryker导航系统、stealthstationtreon导航系统，都有一定的智能功能、神经外科手术计划系统、tala 拥有脑功能的多种图像融合功能和带框架的立体定向手术计划系统，可以在颅内进行任意的导航。 无框立体定向技术(神经外科导航系统)，他已经离开神经外科渗透到其他学科，目前已有五官科导航系统、脊柱外科导航系统，不久就扩大到全身各部位和器官，应用该技术方法进行定位和治疗。 骨科手术导航系统，耳鼻咽喉科-头颈外科手术影像导航系统，二、虚拟现实技术(VR )在立体定向神经外科中应用虚拟意义是“事实上不存在，但有效地与功能上相同”的现实，是客观存在的环境虚拟现实技术不仅包含计算机技术，也包含其他领域的技术，通过模拟技术实现人的感觉，在实际环境中实现相同或类似的感觉。 该技术被称为虚拟现实技术(virtualrealisticvr )。 医学中，虚拟现实最重要的当然是虚拟人体。 虚拟人体是指利用各种技术手段，再现一个人的系统和器官。 主要是形态和功能的再现。 现在，虚拟现实技术分为单纯型VR(simplifiedVR )三种。 加强型VR(AugmentedVR )。 智能VR(ImmersiveVR )。 VR技术基础计算机融合技术和导航技术。 “融合”是计算机融合CT、MRI、DSA等图像对准，立体定向显微镜、轨迹监视等也能成为计算机图像。 “导航”在手术前做标记，在患者的CT和MRI图像上标定，输入计算机工作站，根据这些资料进行多维重建，手术时进行对准，实时整合术前扫描图像和手术，基于导航系统具体来说，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等图像信息进行多维重建，对外科医生进行手术时了解病变部位、手术路径和肿瘤切除范围等的手术模拟、手术导航、手术定位、手术计划，客观、正确地制定手术方案VR技术的核心：头带显示器(headmountedisplus，HMDS )设备，通过触觉反馈感，给人以视觉、听觉、触觉的感觉，在计算机工作站上形成动态、虚拟的环境。 医生在虚拟环境中，通过提供给医生的立体影像装置，把医生带到视觉、听觉、触觉的病灶(如肿瘤)空间，从各个方向检查肿瘤，模拟手术过程，达到最小损伤组织真正的“微创”境界的预习。 现在，虚拟现实技术在神经外科手术中的应用，有很多缺点：模拟的对象都是静止的，不能模拟脑搏动、血管搏动、脑脊液流动。 不能再生组织和生化特性的不同组织之间的界面、组织的质感、光泽和质感、组织的弹性、牵引变形不能达到的血管切断后，无搏动性血液流出等。 有些虚拟现实系统增加了感觉反馈系统，但操作不敏锐。 图像的组织分辨率需要改善。 人工智能的应用不充分。 我们期待PS技术进入真正的实时时代(realLyrealisticnthecomingyeas )，结合形态和功能两方面，成为更为实时的虚拟人，为医学研究、诊断和治疗作出更大贡献。 三、机器人辅助神经外科手术医用机器人系统由辅助计划导航系统和辅助操作子系统组成。 医生在外科手术前，对患者的手术部位和邻近地区的解剖结构取得了明确的认识，可以进行手术计划、手术路径的构想等，并知道手术器械在病变组织中的位置和周围的组织信息。 最初的机器人是简单的机器人，通过手术者的操作只能做极其有限的工作，不能自己完成完全的手术。 随着影像技术的发展，一些特殊设计的计算机软件重建图像，将机器人连接到计算机工作站上，完成机器人事先设计的手术程序。 随着无框立体定向技术的出现，神经外科导航系统与机器人相结合。 德国西门子公司和美国ISS公司等开发出了不同类型的机器人系统。 通过机器人的手臂，将特定的神经外科手术器具，例如神经内窥镜、活检针、激光、电凝器等送到手术区。 机器人还可以使用钻头切开头骨，手术中，手术人员不需要自己操作，还可以通过计算机工作站显示器观察手术器具的到达位置，及时调整，以微创切除或活检肿瘤。 目前，美国科学家利用探针感受压力的功能，设计了接触血管时自动感受压力的变化并反馈给计算机的机器人，使手术人员能够及时调整手术方案，减少出血并发症。 这种探针肿瘤与正常的脑组织质量不同，有利于识别肿瘤的边界，并在手术中切除肿瘤。 他们还设计了能正确缝合大鼠颈动脉的机器人。 但是，这些研究成果尚未应用于临床，另外，报告的机器人中也有在手术时可以将便携式微型相机送到脑内观察颅内的病变，机器人开始应用于神经外科。 我国的田增民们曾用机器人辅助手术。 例如进行颅内病灶的活检、脑内病灶的手术、脑内小病灶的切除。 机器人配合神经外科手术，还不能应用于大病灶和出血多的病灶。四.立体定向放射外科的新方法立体定向放射外科(StereotacticRadiosurgery.SRS )是指应用立体定向技术，通过将大量高能射线准确地(一次或二次)聚集到某一局限性目标组织上，来不可逆地破坏目标和普通外科手术不同，常见的放射治疗和间质放射治疗伽玛刀、x刀也不同。 现在，立体方向性放射线外科使用的放射线源主要有3种放射线核素放出的、射线(光子线)。 X射线机和各种加速器产生不同能量的光子线。 各种加速器产生的电子束、质子束、中子束、负介子等。 伽马刀以钴60为放射线源的x刀，以直线加速器为放射线源的质子刀的带电粒子为放射线源，质子束放射比x刀和伽马刀更好。 近年来，立体定向间质内放射治疗(intersti-tialirradiation )受到临床各界的关注，是其方法之一的放射微粒治疗计划系统。 粒子植入方式有模板植入、CT指南植入、术中植入，效果满意，光子放射治疗仪(photonRadioSurgerySystem.PRS )应用了微x射线治疗装置PRS400，在立体定向器上因为PRS小型容易携带，所以可以在手术室内进行，成为外科手术治疗的一部分。 Cyberknife机器人的立体定向放射外科治疗系统是一种新的立体定向放射外科系统，其结构简单，轻量级直线加速器安装在机器人手臂上，可以自由地向任意方向旋转。 采用计算机立体定位指南，自动跟踪目标区域，不需要使用方向计框架和框架。 他提供了很多治疗选择正向治疗计划或反向治疗计划，它不需要中心投影，可以分阶段治疗，使患者的放射线量和病变部位成为最大的均匀分布和适应性。 目前世界上有少数医院使用质子治疗系统(30 )，已设立中国山东万杰医院，在临床上开始治疗患者，费用很高。 现在立体定向神经外科是什么状态？(1)自适应放射治疗时代(IMRT )的20世纪90年代起，就开始应用适应放射治疗(IMRT和3D-CRT )。 它是放射治疗的先进技术，以直线加速器为放射源，由立体定位框架、三维治疗计划系统、电动多叶准直器(DMLC )等部分构成，适应放射治疗放射野形状和肿瘤形状一致，大幅度减少了肿瘤周围正常组织的辐射量，提高了治疗的增加率。 (2)图像诱导放射治疗(IGRT )适形放射治疗技术的最新进展是图像诱导放射治疗，被称为四维放射治疗(4D-IGRT )。 用分子生物图像引导称为五维(5D-1GRT )，目前临床上已经开始了多种图像引导放射治疗：解剖图像引导放射治疗(CT，MRI )病理图像引导放射治疗功能图像引导(PET/CT )分子图像引导放射治疗缺氧图像引导放射治疗， rtplanningbasedonbiologicalimaging-bi mrt，wholelerganrtrotberequired、Doseinhomogeneitypreferred、目标区域绘制的发展FromPhysicaltoBiologicalTRT、多学科结合绘制目标区域是放射治疗发展的主要方向，do 影像诱导放射治疗从过去的X-ray进入CT、MRI，现在进入PET/CT阶段，然后进入分子生物影像诱导放射治疗。 为了实现正确的定位、正确的计划、正确的治疗，投入大量掌握新设备和知识的人才。 机械MRI技术：MRI集成在加速器中(由原机飞利浦1.5 TMR和Elekta6MV加速器构成)，机械信令管理指南， radiologyhasbeendrivingdevelopmentsinradiationoncology morphology-function-cells-genes/proteins， nuclearmedicineidisincringincrollationradiationoncology，准确的放射线照射PTVMarginReduction，presisbutnotaccurate、presisbutnotaccurate，准确地优化物理量分布，准确地控制IMRT、Preciseandaccurate、量分布的位置，IGRT，现在的放射外科治疗利用高剂量的放射线，利用组织细胞的损伤和抑制作用低射线量的放射线能否给人体组织细胞带来“兴奋效应”，是现在科学工作所关心的课题，从事着大量的探索性工作。 当照射一定的低剂量放射线、特定的组织、激活靶组织细胞、达到治疗疾病的目的时，立体定向放射外科治疗的临床应用将达到新的高峰。 五、计算机网络和立体定向神经外科计算机网络工程，通过电话线、光缆、卫星通信等不同的设备连接计算机系统，共享信息。 计算机网络取代现在应用的计算机外部的硬盘，利用互联网、本地网络、影像数据和计算机软件，广泛安全地应用，打破地区的边界，为立体的定向神经外科提供服务通过远程传输和实时视觉(VR )技术的发展，促进远程医疗的发展。 六、神经外科21世纪神经外科研究的重点尽管出现和发展了显微神经外科、神经放射外科、神经内窥镜、介入神经外科，化疗和放射治疗技术却不断提高，患者的生存率、生活质量没有明显改善。 每天都有大量的颅内肿瘤、创伤、脑血管疾病、中毒、帕金森病、阿尔茨海默病等引起组织结构的缺损，重要功能的丧失使医生们束手无策。 修复神经外科，完成立体定向神经外科，修复神经外科，、1935年Folton和Jacobksen首先进行两侧前连切断术的动物实验1935年EgasMoniz被开发，神经外科医生Lima和第一例手术两侧(3)1947年Wycis和Spiegel应用立体定向技术破坏丘脑背侧核，治疗严重的精神疾病，随后，治疗部位扩大到纽扣带走、尾状核下束、内袋前肢等部位，至今这些部位都是立体定向技术治疗难治性精神病的主要目标。(4)神经控制术精神外科(Neuromodulation )深部脑电刺激术(DBS)精神外科中脑深部电刺激(deepbrainstimulation，DBS )技术被广泛应用于运动障碍性疾病的治疗，并开始被用于其他神经精神疾病的治疗。 目前，直接给神经元电刺激的治疗方法起着神经控制(neuromodulation )的作用。 DBS已经应用于神经精神疾病的治疗有癫痫、慢性疼痛、群发性头痛、脑损伤、永久性植物状态、强迫症(obsessivecompulsivedisorder，OCD )和抑郁症等。 DBS的准确作用机制尚不明确，目前正在尝试采用高频电刺激(highefreque