机器人技术在神经外科的应用回顾及未来展望

2014-08-06 07:00 来源:丁香园 作者:caifengzjsx
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将现代高科技发展成果有机地结合到当今医学应用领域是医学发展的一项重要模式。今天,自动化和机器人技术在神经外科领域的应用和发展方兴未艾,是这一模式的关键代表。从最初由荷马和阿里士多德提出的原始构想,到其早期应用于神经外科手术操作和近期脑机接口用于神经功能康复重建,这千百年时间中,神经外科以指数的形式在飞速地向前发展。

World Neurosurgery杂志主编Michael. L. J. Apuzzo在该杂志近期“Editor’s Letter”栏目撰文,回顾并展望了自动化及机器人技术在神经外科的发展和应用。现今的机器人科学已是自动化技术领域的一个分支,主要在计算机系统的控制下进行各种设计、构建、操作和应用,同时还包括与控制中心进行各类信息的反馈和运算。机器人科学对神经外科医生的帮助主要体现在两方面:神经外科手术操作和神经功能康复重建。

在早期,神经外科领域的专家们,如Ronald Young, Alim Benabid, 和Patrick Kelly等已在神经外科手术中将机器人技术运用得炉火纯青;近来,来自加拿大卡尔加里大学的Garnett Sutherland教授结合机器人技术设计了更加复杂的神经外科手术室:将立体定位技术融和到术中机器人图像分析系统,进而使手术的精确度明显上升。这甚至被誉为放射外科学的里程碑式进步。此外,诸如,将航天科技和原子能演算领域用于解决患者触觉障碍的研究,也正在如火如荼地开展中。

30年前人们提出应用机器人技术解决患者肢体精细运动的设想也在今年开花结果,成为现实:脑-机器人接口系统用于恢复患者上肢功能,这已成为功能神经外科一项重大发展。也是在今年,第一款新的商业化电脑芯片也首次应用于机器人-医疗领域。这款芯片不仅可以顺利完成预设任务,比如平稳地、有效地移动机器人手臂,而且还可以回避,甚至容忍可能出现的程序错误,以免出现所谓的“死机”状态。


图  模块化组装式假肢:每一个手指,在具备独立运动功能的同时,还可以感知部分触觉,如力量、振动、点触觉和体温。这些感觉信息最终将通过皮肤表面的共振装置传递给病人,或者直接刺激病人的初级躯体感觉皮层。

其实,回过头来看,当今应用已久的大型计算机网络系统正是基于神经元作用原理,尤其是仿真了某一个神经元(某台单个电脑)对于另一个神经元(另一台电脑)“刺激”的反应,以及对信息的整合处理(即,基于信息所做的调整)等。未来,下一代机器人技术将进一步把新的人工智能系统整合到现有的系统中,以更好、更简便地模仿人类的各种精细感官,如视觉、谈吐、驾驶/操纵各类器械等等。

总之,可以预言的是,结合计算机、人工智能、纳米技术及精细传感器等新技术,机器人技术对神经功能康复重建及神经外科手术的发展,将是革命性的。

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编辑: neurosurgc

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