微纳技术遇上微创手术机器人：破解脑干出血治疗困境
微纳技术遇上微创手术机器人：破解脑干出血治疗困境
脑干出血具有极高的致死率，患者的预后状况也极为不佳。脑干在人体中承担着十分重要的功能，其解剖结构又相当复杂。当前，仍然没有专门应用于脑干出血微创治疗的手术机器人系统。鉴于此，我们将微创技术与微纳技术的优势相结合，期望能突破现有治疗的局限，为改善脑干出血患者的治疗效果带来新的希望。
脑干被称为“生命中枢”，具有控制呼吸、心跳、意识、肢体感觉和运动等功能，数毫升的脑干出血便可危及生命。在脑出血患者中，脑干出血的占比为6-10%，是最致命的急危重症亚型，大量出血时死亡率可高达80%。由于脑干结构和功能的特殊性，抢救需要同时兼顾时效性与精准性。在脑干出血治疗中，因开颅手术风险极大，临床上多采用保守治疗的方式，但是其预后较差。微创血肿清除手术有望成为更佳选择。快速精准定位出血范围，量化出血体积，明确血肿分型，计算最优穿刺路径，在彻底清除血肿的同时，避免对脑干重要解剖结构的破坏是治疗的关键。
手术机器人为精准治疗带来了新希望。据报道，法国Medtech公司研发的ROSA机器人和国产的华志CAS-R-2机器人皆可用于脑干出血微创治疗。然而，现有的手术机器人仍未完全实现快速精准决策与精确入路执行；通过现有的血肿抽吸手段难以避免不规则血肿残留，而少量的残余血肿即可导致脑干重要功能的持续丧失。如何有效清除残余血肿、促进神经损伤修复是挽救脑干出血患者神经功能的一个关键难题。
随着人工智能与微纳技术的发展，微创手术治疗有望成为更加精准高效的选择。本研究提出一种搭载微纳设备的脑干出血微创手术机器人系统（图1），通过人工智能影像快速重建脑干区域及重要血管，明确出血位置点，计算出血体积与关键组织的位置距离，得出最优穿刺路径，在实现微创血肿清除手术的快速精准决策与精确入路执行的基础上，同时研发可携带并精准递送血肿液化溶解剂和干细胞的微纳设备，从微创穿刺针的针道注入血肿部位，实现残余血肿的彻底清除，挽救神经功能并促进神经修复。
图1 搭载微纳设备的脑干出血微创手术机器人概念图，血肿液化溶解剂用于清除残余血肿，干细胞促进神经功能修复。AI:人工智能，CDSS:临床决策支持系统，Rt-PA:重组组织型纤溶酶原激活剂。
人工智能可助力微创血肿清除手术快速决策，保障手术的时效性，微纳设备能提高手术精准性。以往研究显示，纳米颗粒封装的rt-PA（重组组织型纤溶酶原激活剂，为临床常用血肿液化溶解剂），其溶血能力比溶液中游离的rt-PA更强且更持久，或许能够减少术中rt-PA的用量，进而降低相关并发症的发生率。将干细胞靶向病变部位以发挥神经修复功能的难度较大，需要大量细胞，会导致细胞因子过量产生而增加免疫反应的风险。传统的干细胞输送方法存在诸多缺点，如传递效率低、可能导致出血和感染等，而微创手术机器人和微纳设备可提高靶向效率和疗效，减少副作用风险。
总结与展望
本研究创制了一种新型微创手术机器人系统。此系统利用人工智能技术快速重建脑干区域和重要血管，规划最佳穿刺路径。并且，借助微纳设备高效传递血肿液化溶解剂和干细胞，减少脑内残余血肿，促进神经损伤修复，最终提高脑干出血患者的生存率并改善其功能预后。
本文内容来自Cell Press 合作期刊The Innovation 第五卷第六期发表的Out-of-the-Box 文章“Micro/Nanodevice-loaded minimally invasive robot for hematoma evacuation: A novel technology to primary brainstem hemorrhage treatment” (投稿: 2024-04-16；接收: 2024-10-04；在线刊出:2024-10-05.)
引用格式：: Chen, D., Zhang, P., Tang, Z., Micro/Nanodevice-loaded minimally invasiverobot for hematoma evacuation: A novel technology to primary brainstem hemorrhage treatment, The Innovation (2024)**