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科研團隊開發世界上首個在磁力共振掃描器內
做雙邊深腦神經外科手術的機器人

2018年06月13日

 

醫學界目前診治腦部疾病如柏金遜症、原發性震顫和重度抑鬱症等, 其中一種方法是透過深腦外科手術，以刺激特定範圍的腦細胞，例如使用深腦立體定向腦神經外科手術，以外部定位系統精確瞄準頭顱內微小的手術目標定位，然後輸送藥物或電子訊號等。這種技術亦廣泛應用在腦部組織切片檢查、腫瘤消融、藥物輸送及深腦刺激手術(DBS)等用途。以柏金遜症為例，這是阿茲海默症以外世上第二普及的神經系統疾病，預計到2030年全球將有超過870萬名患者，因此此類手術的改進將令很多人受惠。

港大工程學院助理教授郭嘉威博士帶領的港大機械工程團隊最近開發出了一套神經外科機器人系統，是首個能在磁力共振掃描器(MRI)頭部線圈內做雙邊立體定向手術的手術機器人系統，並與香港中文大學外科學系腦外科組陳達明醫生和潘偉生教授合作完成臨床前驗證。這項技術突破可以促進柏金遜症和其他神經疾病的治療。

深腦刺激手術與心臟起搏器相似，透過植入的電極將電訊號傳送至大腦深部的指定範圍，講求極高的精準度，它有助恢復神經細胞的正常活動，而避免對周圍重要的腦部組織造成損傷。然而現有的深腦刺激手術，只能在手術前瞄準及定位， 缺乏在手術期間實時更新手術「路線圖」的技術。病人在顱骨穿孔術後才可開展手術，但這個方法會令大腦組織有不同程度的變形和移位，而令術前定位的準確度降低。因此，一般深腦刺激手術會在患者局部麻醉但保持清醒的情況下進行。外科醫生必須與患者保持對話，或透過其他互動，以確保放置電極​​的過程無誤。這些難題促使了由港大領導的研究團隊開發出一台能夠在MRI中施手術的小型機器人系統，病人可在全身麻醉狀態下用微創方式在左右兩邊腦部放入儀器，在手術過程中可以即時準確掌握精確的範圍。

團隊成功地解決很多技術挑戰，例如MRI 掃描器本身有很強大磁場，大多數金屬配件包括一般機器人的電磁摩打，都不能使用，團隊便設計出液壓驅動的遠程操作系統，能進行與MRI兼容的運作。即使在運作過程中同時掃描成像，機器人也不會產生任何電磁干擾或影響圖像掃描質素。研究團隊亦設計了可以對左右大腦同時施精準手術的機械手臂, 而需要刺穿定位的面積亦很小。靈巧簡潔的機械設計使機器人可以放置在標準MRI頭部線圈內進行掃描成像和手術。除此之外，研究團隊亦開發了先進的三維(3-D)追踪標記，可以使機器人系統在MRI中實時丶快速地定位。

這個系統的成功代表腦部手術能朝向更安全，更準確和更有效的方向邁出的重要一步。研究團隊亦相信這個機器人系統的核心技術能廣泛應用於其他可以用MRI導航的手術，例如心臟導管術丶前列腺或乳房組織切片檢查等。研究團隊計劃下一步進行臨床研究，以確定相關系統的功效。

這個由工程師和外科醫生組成的團隊合作成果, 近日在國際最大型頂尖的機器人學術會議——電機電子工程師學會（IEEE）2018國際機器人與自動化會議（ICRA）獲頒「最佳會議論文獎」。ICRA是每年一度的全球頂尖會議，吸引來自世界各地的機器人科學家介紹最新的研發成果。該會議於2018年5月21至25日在澳洲布里斯本舉辦，每年吸引超過3,000名來自學術界和業界的參加者。本年度，ICRA破紀錄地審閱了2,539篇論文，作者遍布61個國家，其中1,030份論文被選中在會議中作簡報。

團隊在本年度全場九大領域，包括機器人視覺丶機器人認知丶機器人操作及無人機等，共35支入圍隊伍中最終勝出。其他入圍的大學及企業包括麻省理工學院丶哈佛大學，史丹福大學和DeepMind等。同時，該團隊也入選是次會議的「最佳醫療機器人論文獎」的入圍名單。

如欲瀏覽此發明的更多技術細節，請按: https://ieeexplore.ieee.org/document/8310892/ 查閱近期發表於 IEEE機器人與自動化通訊的相關學術論文，名為《用於雙側立體定向神經外科的術中MRI導航液壓驅動機器人的緊湊設計》。

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講者：
香港大學機械工程系助理教授郭嘉威博士
香港大學機械工程系博士研究生郭子彥女士
香港中文大學外科學系神經外科陳達明醫生
香港中文大學外科學系神經外科潘偉生教授
知臨集團創辦人、行政總裁兼執行董事禤駿遠先生

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