手術機械小助手 腦瘤插針幫定位

中大港大跨學科攜手開發 誤差少於3毫米

在人機協作的時代，手術機械人的出現大大幫助醫生進行手術及治療，為醫學發展提供強大賦能。香港中文大學醫學院及香港大學機械工程學系跨學科團隊近日宣布，成功開發一款互動式多階段機械人定位器，可於進行立體定位神經外科手術時，利用術中磁力共振影像（MRI）引導機械人定位以調節插管或刺針，為腦腫瘤和柏金遜症等多種神經系統疾病提供更準確及有效治療。該系統已經過人體標本和頭骨模型測試驗證，精確度達到了少於3毫米的誤差，初步結果為未來臨床研究，以至臨床應用奠定堅實基礎。◆香港文匯報記者 王鼎煌

這款結構輕巧的醫療機械人定位器，直徑97毫米、高度81毫米、重量僅為203克，其頭骨安裝結構適用於大部分標準造影用的頭部線圈。該機械人定位器可協助外科醫生進行以術中MRI引導的立體定位神經外科手術，尤其是涉及插管或針刺靶向的干預程序，例如活檢、注射、消融、導管放置及腦深層刺激手術（deep brain stimulation）。

據研究團隊介紹，該系統可分兩個階段使用，階段一先由外科醫生進行互動式手動調節，階段二則再透過精準的軟體機械人協助自動微調定位。而在實際操作上，外科醫生會先根據術前影像將機械人定位器按已計劃的軌跡定向，系統內置的光纖照明會實時自動顯示與計劃軌跡之間存在的角度誤差。當外科醫生將定位器移動到接近計劃軌跡且誤差少於5度的位置，系統會被遠端鎖定。

國際學術期刊發表成果

及後，系統會自動將手術器械導軌定位到計劃軌跡。透過有限元分析（FEA）的力學數值分析方法指導，液壓驅動器的結構設計得到充分優化，從而實現器械導軌的自動化精確定位（誤差少於0.2度）。為達到最高的瞄準精確度，團隊亦為系統設計了微型無線全向追蹤標記，協助機械人系統在MRI下進行三維定向及定位。整個系統由適用於MRI的材料製成，不會產生電磁干擾，容許進行術中MRI導航來評估手術成效。有關研究成果已在頂尖國際學術期刊《Advanced Science》上發表，而系統原型亦已申請專利並受知識產權保護。

港首個術中磁振造影系統

參與研發的港大機械工程系副教授郭嘉威指，該系統在不同階段都可透過線驅動煞停機件和顆粒阻塞等軟體機械人機制，進行穩妥的方向鎖定。而其深度鎖止器可輔助設定手術器械（譬如探針和電極）探入的深度，外科醫生再透過機械人定位器，手動放入器械以進行活檢和注射等程序，並透過隨後的MRI來監測手術過程。

中大醫學院外科學系腦外科組主任及名譽臨床副教授陳達明表示，新研發的系統可以消除傳統立體定位的固有誤差，從而提高儀器放置精確度，確保手術結果，隨着手術時間縮短，患者的舒適度和滿意度亦隨之提高。他透露，該互動式多階段機械人定位器現正準備進行臨床測試，香港首個術中磁振造影 （iMRI）系統也將於2024年第三季投入使用，未來五年內，香港將安裝兩至三個iMRI系統。