华科精准：将3D结构光融入神经外科手术机器人

1、华科精准：将3D结构光融入神经外科手术机器人神经外科手术被称为“刀尖芭蕾”，面对精密复杂的人脑，医生的每一 步操作都必须精准无误，这无疑是一种考验。令人欣喜的是，神经外科 手术机器人正不断创新并越来越多地应用于临床，成为医生的得力助手。A 们常常将对未来的想象寄托于科幻作品，“意念控制”“脑机接口”等名词如今已是耳熟能详。然而， 伴随科学技术的创新突破，这些看似遥不可 及的遐想正向我们的现实生活加速走来。放眼国外，美国知名企业家埃隆马斯 克创立的Neuralink公司，在脑机接口方面的 研究动态吸引了世界目光。阿里巴巴达摩院 发布的2021十大科技趋势中也提到了脑机接 口，指出脑机接口帮助人类

2、超越生物学极限， 并例举了其在健康领域的应用价值。其实， 脑机接口在我国医疗领域已经拥有了成功的 应用案例。“三剑客”创业选择了手术机器人2020年1月16日，浙江大学对外宣布 了 “双脑计划”重要科研成果，浙江大学求图图1华科精准公司一角的部分，对如此精密复杂的 器官进行手术，无疑对医生 操作的精准性提出了很高要 求。因此，有人将神经外科 手术比喻为“在万丈深渊上 走钢丝”，将神经外科医生 称作“刀尖上的舞者”。既然神经外科手术如此 精细，华科精准为何还要选 择进入这一领域？故事还要 从公司的创始人说起。华科 精准共有三位创始人，分别 是王岢、吴迪和刘文博。王是高等研究院“脑机接口”团队与浙

3、江大学 医学院附属第二医院神经外科合作完成了国 内第一例植入式脑机接口临床研究。通过将 微电极阵列植入大脑皮层，72岁高龄的高位 截瘫患者，可以靠“意念”控制机械手执行 抓取等动作，生活变得更加便利。手术的成功，凝结了医生和专家的智慧， 同时也离不开机器人的功劳。为了实现微电 极阵列的精准植入，医生在手术过程中没有 采用传统的人工植入方式，而是选择借助精 确程度更高的手术机器人辅助植入。据悉， 华科精准（北京）医疗科技有限公司（以下 简称“华科精准”）打造的手术机器人，凭 借独特的步进电极植入技术，为手术提供了 有力支撑。成立于2015年的华科精准是一家专注于 医用机器人技术和智能医疗产品创新

4、的公司， 聚焦神经外科领域。神经外科研究人体神经 系统，神经系统分为中枢神经系统和周围神 经系统。其中，大脑是中枢神经系统最高级岢毕业于北京大学医学部， 在医疗领域积累了丰富的临床、科研和经营 经验；吴迪毕业于西安交通大学医学院（现 西安交通大学医学部），曾就职于首都医科 大学宣武医院；刘文博博士毕业于清华大学 医学院，对神经外科手术导航系统有着深入 研究。三人都拥有医学背景，凭借对神经外 科的深刻认识和理解，他们坚信手术机器人 在该领域的价值前景，于是踏上了神经外科 手术机器人的研发之路。正如华科精准联合 创始人兼CTO刘文博所言：“不是我们选择 了手术机器人的某一个方向，而是我们在神 经外

5、科领域选择了手术机器人。”“神经外科手术机器人的产业化可追溯 至法国，最初主要的应用领域是功能神经外 科，治疗癫痫、帕金森等疾病，”刘文博介绍道, “它有把电极植入脑部的需求，这种手术对 于医生而言，最难的是找到准确的位置和方 向，进行准确植入。”在手术机器人应用于 神经外科以前，医生需要借助立体定向框架 辅助定位。使用时，立体定向框架需钉至患 者颅骨以保证位置固定，即便使用麻药，这 种操作对患者带来的痛苦，尤其对于儿童而 言，依然明显。此外，这种传统的定位方法 耗时长，而且存在植入死角，难以充分满足 临床需求。在这一背景下，神经外科手术机 器人应运而生，它在提高定位精度的同时， 缩短了手术时

6、间，减轻了患者痛苦。如今，神经外科手术机器人的应用场景 已不局限于功能神经外科。“脑肿瘤活检、 脑出血引流、三叉神经球囊压迫术等，神经 外科中需要微创植入的操作，神经外科手术 机器人都可以支持。”刘文博直言。为了让 神经外科手术机器人能够更好地服务于医生 和患者，华科精准专注于技术创新，不断迭 代产品。2。2。年底，华科精准自主研发的新 一代HoloShot智能感知技术“神经外科手术 导航定位系统（型号：SR1-3D ）”获批上市， 这是继SR1和Q300后，华科精准推出的第 三款手术机器人产品。搭载3D结构光技术的SR1-3D从产品名称不难看出，“3D”是SR1- 3D手术机器人的最大亮点，

7、这里的“3D”指 的是3D结构光技术。对于大多数普通人而 言，对于3D结构光技术的了解，或许大多都 来自于智能手机的人脸识别，它的主要功能 是计算物体的位置和深度等信息，进而复原 三维空间。在消费、安防等领域，3D结构光 技术不乏应用案例，相比之下，在医疗领域 的实践较少。据了解，华科精准打造的SR1- 3D手术机器人是世界上首款采用3D结构光 和HoloShot智能感知技术的手术机器人产品。 对此，刘文博坦言：“只要用过，就会知道 它比之前的技术要好多少。”3D结构光技术究竟会对神经外科手术机 器人带来哪些升级？在探寻答案之前，我们 需要先了解神经外科手术机器人的工作流程。“神经外科手术机器

8、人的工作流程主要分为 三大步，”刘文博介绍道，“第一步是医生 借助计算机，基于患者术前的核磁共振、CT 影像等规划穿刺路径；第二步是将医生基于 影像规划的路径与患者的实际空间位置进行 匹配，简单说就是让机器人知道患者的头部 位置，从而准确定位；第三步是机器人根据 医生术前规划的路径，自动运动至目标位置。” 面对这三步操作，华科精准神经外科手 术机器人需要借助“脑”“眼”“手”来具体执行。其中，“脑”由计算机组成，可协 助医生规划穿刺路径。华科精准神经外科手 术机器人运用Angio Render技术（颅内血管 3D可视化技术）、多模态三维影像重建技术， 可直观展现患者的颅内血管结构和重要功能 组

9、织，帮助医生合理规划穿刺路径，缩短规 划时间。所谓“手”，即机械臂，用于实现 精准动作。这里的“眼”，便是3D结构光技 术，可用于病人注册和环境感知。据刘文博介绍，病人注册方法在不断迭 代，最初是采用标记点注册，这种方法一般 需要选择3 5个点进行匹配，并在手术当 天对病人进行CT扫描，耗时较长，且标记块较大易产生位移，在实际操作中精度会有 所降低。之后出现了激光注册，通过激光扫 描病人头部轮廓，不再需要贴标记块，避免 了皮肤位移带来的影响，精度更高，且手术 当天病人无需扫描CT影像。或许有人会好奇， 既然有了激光注册，为什么还要探索3D结构 光技术？刘文博的答案是：“一方面，激光 扫描耗时相

10、对比较长，一般需要5-10分钟。 另一方面，尽管与标记点注册相比，精度有 了很大提高，但它扫描的依然是稀疏点。”与激光注册相比，采用3D结构光技术的 SR1-3D手术机器人，仅需数十秒即可采集 近似完整头颅的数百万个表面及环境特征的 深度和位置信息，病人注册效率和精度都得 到了大幅提升，机器人对环境的感知能力也 得到了大幅提高。“SR1-3D刚刚获批上市 不久，目前主要应用在首都医科大学附属北 京天坛医院，已经进行了 70例手术，医生使 用后是发自内心地认可这一技术。”刘文博 表示。不止于手术机器人基于在神经外科领域的多年积累，华科 精准与许多临床医生建立了良好联系，从而 可以更深入地了解临床痛点，根据临床反馈 针对性提升神经外科手术机器人的产品功能。 HoloShot智能感知技术就是华科精准基于对 神经外科手术机器人的理解，面向临床需求 钻研突破的成果，包括基于结构光的病人智 能定位技术及智能避障技术、基于高灵敏度 力传感的触觉感知及人机协作技术，该技术图图2华科精准神经外科手术机器人概念样机已实现图像自动配准、病人自动注册、机械 臂自动定位、安全风险自动感知等高级别机 器人智能感知功能。融合了 HoloShot智能感 知技术的SR1-3D手术机器人，未来将服务 于更多医生和患者。“向全国推广需要时间， 但我有充分的自信。”刘文博如是说。实际上，华科精准的产品不仅有神经外