华科精准：将3D结构光融入神经外科手术机器人

人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，浙江大学求是高等研究院“脑机接口”团队与浙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。

华科精准公司一角

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。2020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，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。”

华科精准神经外科手术机器人概念样机

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科手术机器人，还包括医用导航、医用电极、医用激光等。刘文博强调：“我们是围绕微创精准神经外科打造一系列的产品，希望帮助神经外科的医生。”据悉，国内首例“磁共振引导下脑转移瘤激光消融术（LITT）”前不久在首都医科大学附属北京天坛医院成功实施，华科精准开发的磁共振引导激光消融治疗系统和激光消融微创治疗套件，在术中实现了良好应用。

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（编辑：555手机网）

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