Основы и развитие нейроуправляемой хирургии Центральная нервная система является самой сложной и важной тканевой структурой в организме человека. Мечтой и задачей нейрохирургов всегда была локализация структур центральной нервной системы в трех измерениях (3D) и точный поиск и удаление повреждений в сложных нейрососудистых структурах без повреждения этих структур. На протяжении всей истории нейронавигационной хирургии, как и человеческой навигации, она также прошла путь от начальной до продвинутой, от монофункциональной до многофункциональной, переживая трансформацию и развитие локализации поверхностных структур мозга (ранняя нейрохирургия), каркасной навигационной хирургии и микрохирургии (современная нейрохирургия), а также бескаркасной навигационной хирургии и интраоперационной навигационной хирургии изображений (микроинвазивная нейрохирургия).
1. Локализация поверхностных структур мозга Археологи обнаружили странные отверстия в человеческих черепах, раскопанных в период неолита (7000-3000 лет до н.э.). С помощью современных радиодифракционных методов было подтверждено, что эти отверстия были вызваны не травмами или естественным выветриванием, а человеческими инструментами. Таким образом, можно предположить, что предки человека в борьбе с природой освоили простейшую технику краниотомии — вырезание отверстий в черепе DD для лечения внутричерепных заболеваний.
В древнеегипетских папирусах 2600 года до н.э. и в китайской классической книге желтого императора Су Вэнь содержатся записи о сверлении черепа для лечения болезней. Великий древнегреческий врач, поэт и философ Гиппократ (460-370 гг. до н.э.) в своем монументальном труде записал случаи операций на головном и спинном мозге. Китаец Хуа Туо (2 г. н.э.) специализировался не только на китайской хирургии и изобрел «Ма Бо Тан» (за тысячу лет до западной анестезии!), но и на краниотомии.
В 14-16 веках в Европе после эпохи Возрождения возник капитализм. В то время хирургами становились миссионеры или бритвы, и помимо травматологии и общей хирургии, некоторые хирурги также проводили простые краниотомии для лечения травматических повреждений мозга. Одним из них был доктор Паре из Франции, который лечил травматическую черепно-мозговую травму короля Франции II. Из-за ограничений того времени первые хирурги могли выполнять краниотомию только в соответствии с местом травмы. Позже, благодаря изучению аутопсий, локализацию поверхностных структур мозга можно было проводить на основе анатомических ориентиров, таких как возвышения и борозды на коже головы или поверхности черепа. Например, Брока (1860) открыл моторно-вербальную зону, отвечающую за речь, а Хорсли (1857-1916) опубликовал монографию, описывающую взаимосвязь между мозговой бороздой и надчерепными костями.
Поскольку первые хирурги также занимались нейрохирургией, только несколько борозд на поверхности мозга можно было приблизительно определить, часто с помощью больших разрезов кожи и костных окон, чтобы избежать ошибок локализации (в сантиметрах), а также плохого освещения и грубых хирургических инструментов. Глубокие структуры мозга не могут быть расположены, и это очень трудно работать в паренхиме мозга, как лодка в океане, часто теряется.
3, кадр навигации хирургии — позиционирование глубоких структур мозга кадр навигации хирургии, также известный как стереотаксической хирургии, это металлический кронштейн, который может быть закреплен на черепе, со шкалой, через рентген, КТ или МРТ можно установить расположение внутричерепной цели, и выражается количеством координат. В 1906 году британцы Хорсли и Кларк разработали стереоскопический аппарат В 1947 году Шпигель и Уайсис изобрели человеческий стереотаксический аппарат и использовали вентрикулографию для определения местоположения и разрушения глубоких структур мозга для лечения психических заболеваний. Позже один за другим появились направленные приборы Leksell, Reichert и другие, а китайский специалист Jiang Dajie в 1960 году разработал собственный направленный прибор и успешно применял его для лечения пациентов.
Как ранняя каркасная навигационная хирургия применяла вентрикулографию или пневмоэнцефалографию и технологию рентгеновской фотографии, не только позиционирование было менее точным, но и имело значительную травматичность, после 1960-х и 1970-х годов, благодаря широкому использованию КТ и МРТ технологий, значительно повысилась точность и безопасность каркасной навигационной хирургии, так что каркасная навигационная хирургия омолодилась. Тем не менее, каркасно-навигационные хирургические устройства имеют следующие недостатки, которые трудно преодолеть, что ограничивает их применение: ① позиционирование и направляющие устройства громоздкие и не обладают гибкостью; ② каркасные устройства вызывают дискомфорт у пациента; ③ позиционирование и направляющие устройства не работают в режиме реального времени, неинтуитивные и сложные методы расчета; ④ не подходят для детей или тонкого черепа; ⑤ поскольку позиционирующая рамка влияет на интубацию трахеи, для тех, кто нуждается в общей анестезии, необходимо сначала провести интубацию трахеи, а затем надеть позиционирующую рамку, что увеличит время анестезии и операции. Это увеличит время анестезии и операции, и не может быть использовано для функционального МРТ-исследования. Исходя из своих ограничений, каркасно-направленная хирургия в основном используется для лечения экстрапирамидных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, злокачественные боли, психозы, эпилепсия, разрушение гипофиза, удаление инородных тел, биопсия и размещение глубоких электродов.
4, бескаркасная навигационная хирургия DD головного и спинного мозга всестороннего позиционирования бескаркасная навигационная хирургия также известна как навигационная хирургия изображения или нейронавигационная хирургия. В результате каркасно-направленной хирургии имеет вышеупомянутые недостатки, многие знающие люди стремятся найти новые решения. конце 1980-х годов, некоторые из следующих технологических разработок, для рождения бескаркасной навигационной хирургии заложили основу: ① высокого разрешения, 3D нейровизуализации развития технологии и применения, такие как КТ и МРТ не только время сканирования сокращается, но и может тонкий слой визуализации и 3D реконструкции; ② 3D цифровой переводчик В 1985 году Kwoh и др. применили промышленного робота PUMA для проведения операций при заболеваниях головного мозга под позиционированием КТ, но робот был слишком громоздким, и его использование было ограничено. Шлондрофф (Германия) и Ватанабе (Япония) последовательно разработали различные безрамные навигационные системы. После более чем 10 лет развития, навигационная система развилась от системы позиционирования с шарнирным рычагом до активного или пассивного инфракрасного устройства позиционирования; навигация хирургического микроскопа развилась от простого позиционирования до динамического позиционирования и навигации. Китайские города Шанхай, Пекин, Гуанчжоу и Тяньцзинь представили нейронавигационное оборудование в 1997 году для проведения клинических применений и исследований. В последние годы отечественные нейронавигационные устройства были запущены в производство в Шэньчжэне и Шанхае, например, нейронавигационная система FDM, разработанная Исследовательским центром цифровой медицины Фуданьского университета и больницей Хуашань, была одобрена государством для продажи [3]. Поскольку навигационная хирургия объединяет современные методы диагностики нейровизуализации, стереотаксической хирургии и микрохирургии с высокопроизводительными компьютерами, она может точно, динамично и практически в реальном времени отображать трехмерное пространственное расположение анатомических структур и повреждений нервной системы и их близость. Поэтому она имеет следующие преимущества перед навигационной хирургией: (i) разработка предоперационного хирургического плана; (ii) интраоперационная трехмерная пространственная локализация почти в реальном времени; (iii) отображение структур вокруг операционного поля; (iv) индикация трехмерной пространственной связи между текущей хирургической позицией и целевым поражением; (v) интраоперационная корректировка хирургического подхода в реальном времени; (vi) отображение структур, которые могут встретиться при подходе; (vii) отображение важных структур; и (viii) отображение степени удаления поражения. Благодаря усовершенствованным методам сканирования и регистрации, бескаркасная навигационная система достигла ошибок позиционирования, сравнимых с каркасными системами (<1-3 мм). Бескаркасная навигация не только устраняет недостатки каркасной навигации, но и значительно расширяет сферу применения хирургии, и в настоящее время применяется при различных внутричерепных поражениях, таких как опухоли мозга, кисты и абсцессы, гематомы, сосудистые мальформации, дуральные артериовенозные фистулы, опухоли основания черепа, эпилепсия, врожденные или приобретенные пороки развития, синусы и околоносовые пазухи, поражения позвоночника и спинного мозга. В настоящее время безрамная навигационная хирургия стала важным компонентом микроинвазивной нейрохирургии. Навигационные технологии не только воплотили в жизнь мечты многих поколений нейрохирургов, но и сделали микро-нейрохирургию, хирургию запертых отверстий, эндоскопическую нейрохирургию и хирургию основания черепа подобной тигру с крыльями, изменив отсталую ситуацию современной нейрохирургии, которая полагается на субъективность и опыт в разработке хирургического плана, локализации поражения и резекции, несмотря на передовую диагностическую визуализацию и микро-инвазивные хирургические методы, сделав современную нейрохирургию более минимально инвазивной, точной безопасной и эффективной. Бескаркасная навигационная технология используется и в других медицинских дисциплинах, таких как челюстно-лицевая хирургия, оториноларингология, радиохирургия и традиционная общая радиотерапия. Последняя эволюционировала в конформную радиотерапию и 3D радиотерапию с модуляцией интенсивности с применением технологии навигации и позиционирования.