人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人研究之我見

趙輝鄭凡君任巍徐聰張晨于洪健杜志江*

1中國人民解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，解放軍耳鼻咽喉研究所，北京100853

2國家耳鼻咽喉疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心（北京100853）

3聾病教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京100853）

4聾病防治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京100853）

5哈爾濱工業(yè)大學(xué)，機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱150001)

人工耳蝸是一種電子裝置，由體外言語處理器將聲音轉(zhuǎn)換為一定編碼形式的電信號，通過植入體內(nèi)的電極系統(tǒng)直接興奮聽神經(jīng)來恢復(fù)或重建聾人的聽覺功能。人工耳蝸?zhàn)鳛樽畛晒Φ纳镝t(yī)學(xué)工程裝置，是幫助聽障人群重返有聲世界的重要工具。

人工耳蝸植入手術(shù)的核心就是將電極植入耳蝸，國內(nèi)外學(xué)者曾經(jīng)選擇過的植入手術(shù)入路包括外耳道入路、鼓竇入路、面神經(jīng)隱窩入路、顱中窩入路等，但目前最常采用的還是面神經(jīng)隱窩入路。按照目前主要的手術(shù)方法，該手術(shù)主要涉及切口及皮瓣處理、乳突切除、面神經(jīng)隱窩開放、開放鼓階、電極植入、接收處理器安放和固定、縫合切口。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，人工耳蝸植入手術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展得比較完善。對于有經(jīng)驗(yàn)的手術(shù)醫(yī)師而言，這一手術(shù)也已經(jīng)是比較成熟和安全。在此情況下，開展人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人研究，到底是錦上添花還是雪中送炭呢？

1 人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人研究和應(yīng)用的必要性

現(xiàn)階段耳科手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)到臨床實(shí)驗(yàn)階段，通過醫(yī)學(xué)和工程領(lǐng)域的廣大學(xué)者的不斷合作和努力，手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)越來越成熟，呈現(xiàn)出不斷的進(jìn)步趨勢。盡管如此，現(xiàn)有的人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人不論從手術(shù)時間、準(zhǔn)備過程還是并發(fā)癥發(fā)生率控制都不夠令人滿意。因此，現(xiàn)階段機(jī)器人還不能取代訓(xùn)練有素的耳科醫(yī)師。但是不可否認(rèn)的是，由于人體的極限，目前存在以下幾個技術(shù)瓶頸很大程度上要通過機(jī)器人的發(fā)展才能取得突破。

1.1 精準(zhǔn)性

人工耳蝸的核心操作是將電極通過圓窗膜精準(zhǔn)可靠地植入鼓階，從而有效地刺激神經(jīng)纖維。由耳科醫(yī)師進(jìn)行操作時，受限于人手的穩(wěn)定性，植入過程難免出現(xiàn)抖動偏差，植入力量無法避免細(xì)微的變化，因此電極的植入通路及植入過程的精準(zhǔn)性已經(jīng)達(dá)到了瓶頸。

1.2 微創(chuàng)性

微創(chuàng)人工耳蝸植入的核心是保留內(nèi)耳精細(xì)結(jié)構(gòu)。在電極植入過程中，如果植入力度、角度抖動明顯，不可避免地造成電極在進(jìn)入鼓階的過程中對螺旋韌帶等精細(xì)結(jié)構(gòu)的刺激和損傷；電極植入深度、角度的差異也對電極的刺激效果帶來影響；此外受限于醫(yī)師操作的穩(wěn)定性，更細(xì)、更微創(chuàng)的電極因?yàn)椴灰撞僮鞫鵁o法實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用。因此，機(jī)器人的優(yōu)勢不僅能夠在當(dāng)下人工耳蝸植入手術(shù)中得到體現(xiàn)，相信隨著人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展，會更加推動人工耳蝸電極技術(shù)研發(fā)的進(jìn)步。

1.3 同質(zhì)性

按照目前人工耳蝸植入手術(shù)的實(shí)施過程，受限于地域、技術(shù)水平等，醫(yī)師的臨床能力存在差異，不同醫(yī)師的手術(shù)技術(shù)和效果也有一定的差異；而同一個醫(yī)師的不同階段的手術(shù)也同樣有差異，因此造成手術(shù)同質(zhì)性不佳，甚至造成并發(fā)癥的發(fā)生。基于大數(shù)據(jù)和人工智能的手術(shù)機(jī)器人研究，對于解決這一問題將提供很好的思路和方法。

2 耳科機(jī)器人研究和應(yīng)用的過程

1985年，美國研究人員借助PUMA 560工業(yè)機(jī)器人完成了機(jī)器人輔助定位的神經(jīng)外科活檢手術(shù)，這是最早手術(shù)機(jī)器人的臨床應(yīng)用[1]。隨著醫(yī)學(xué)影像、圖像處理、計算機(jī)輔助設(shè)計、人工智能、機(jī)械工程、程度控制等技術(shù)的不斷發(fā)展，手術(shù)機(jī)器人技術(shù)逐步應(yīng)用于骨科和神經(jīng)外科，并不斷拓展應(yīng)用范圍。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人是目前最為成功的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，并于2005年應(yīng)用于咽喉頭頸手術(shù)中，開始了手術(shù)機(jī)器人在耳鼻咽喉頭頸外科中的應(yīng)用[2]。但由于耳部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精細(xì)結(jié)構(gòu)眾多，對手術(shù)機(jī)器人的精度要求非常高，因此，雖然有很多科學(xué)家開展了相關(guān)的探索，但目前還沒有真正意義上的耳科手術(shù)機(jī)器人被批準(zhǔn)上市。

和耳科醫(yī)師相比，手術(shù)機(jī)器人具有更好的靈活度、精準(zhǔn)度、微創(chuàng)性、同質(zhì)性。特別是隨著醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，手術(shù)機(jī)器人的多臂系統(tǒng)、震顫過濾系統(tǒng)有了非常重要的進(jìn)步，使得以往需要助手配合的操作，能夠只通過一套系統(tǒng)完成，并顯著增加操作的協(xié)調(diào)性，而且震顫過濾系統(tǒng)能濾除操作者手部的非自主顫動，提高操作的穩(wěn)定性，在顯微外科領(lǐng)域中展現(xiàn)出越來越多的優(yōu)勢。此外，為了更好地控制機(jī)械臂的運(yùn)動，通過力反饋系統(tǒng)，使手術(shù)醫(yī)師能夠感知到觸覺的變化，并放大這種變化，從而使手術(shù)醫(yī)師的感受更加精準(zhǔn)[3]。

3 人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀

有研究證明通過圖像引導(dǎo)技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的輔助，可提高人工耳蝸植入術(shù)的精準(zhǔn)性和安全性，進(jìn)而突破目前人工耳蝸植入術(shù)的瓶頸。因此人工耳蝸植入機(jī)器人系統(tǒng)的研究已成為國際研究熱點(diǎn)及治療感音神經(jīng)性耳聾的發(fā)展趨勢。

國內(nèi)外人工耳蝸植入機(jī)器人系統(tǒng)代表性成果如圖（圖1）所示，一部分研究人員選擇借助產(chǎn)品化機(jī)器人的路線，漢諾威大學(xué)采用KUKA的6自由度工業(yè)機(jī)器人經(jīng)過面隱窩鉆出植入通道，利用固定在患者和機(jī)器人基準(zhǔn)的標(biāo)記點(diǎn)，完成空間配準(zhǔn)和運(yùn)動跟蹤，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種將電極自動插入內(nèi)耳的機(jī)構(gòu)，在尸體標(biāo)本上進(jìn)行可靠性和可重復(fù)性植入研究[4]，但工業(yè)機(jī)器人并不適合臨床應(yīng)用。此后，約翰霍普金斯大學(xué)借助達(dá)芬奇機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行人工耳蝸植入，通過8mm的鉆孔工具及內(nèi)窺鏡，完成了基于圖像引導(dǎo)的電極植入[5]。雖然主控制臺可重建3D環(huán)境并提供手術(shù)規(guī)劃，但單側(cè)植入需花費(fèi)160分鐘左右，且對在中耳手術(shù)而言，機(jī)器人的尺寸過大。

而更多的研究團(tuán)隊(duì)選擇設(shè)計適用于人工耳蝸植入術(shù)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。阿斯頓大學(xué)首次提出不使用術(shù)前數(shù)據(jù)，僅利用鉆削力和扭矩的瞬態(tài)來識別鉆頭和組織狀態(tài)的方法，最終在組織突破前完成識別，術(shù)中在顯微鏡下，醫(yī)生通過被動臂、微調(diào)機(jī)構(gòu)和手持遙控裝置，將鉆頭對準(zhǔn)靠近鉆孔點(diǎn)的地方，然后自主鉆削完成手術(shù)[6]。

鑒于安全性考慮，此后的研究選擇將圖像引導(dǎo)技術(shù)集成到機(jī)器人系統(tǒng)中，其中伯爾尼大學(xué)根據(jù)術(shù)前圖像，確定軌跡到周圍解剖結(jié)構(gòu)的距離及軌跡與耳蝸基底圈之間的夾角，生成患者個性化的鉆孔軌跡[7]。在鉆孔過程中，系統(tǒng)根據(jù)鉆孔力與骨密度間的關(guān)系，對器械位置進(jìn)行連續(xù)估計。為確保鉆頭產(chǎn)熱最小化，通過實(shí)驗(yàn)確定了鉆頭進(jìn)給速度和轉(zhuǎn)速的參數(shù)。為消除光學(xué)定位誤差，范德堡大學(xué)設(shè)計了固連到患者頭部的并聯(lián)機(jī)器人[8]，將預(yù)定位框架和圖像引導(dǎo)立體定向框架集成，術(shù)中無需追蹤患者的動作，也可根據(jù)個性化解剖結(jié)構(gòu)定制鉆削的軌跡，進(jìn)行了模型和尸體顳骨實(shí)驗(yàn)，精度約為兩個體素，分割誤差較大，且術(shù)中更換手術(shù)器械較為困難。

從研究成果分析，串聯(lián)結(jié)構(gòu)似乎更符合臨床需求，慶北國立大學(xué)研制了一種具有6自由度的平衡臂手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，輕質(zhì)和緊湊的機(jī)構(gòu)減小了手術(shù)空間的占據(jù)，根據(jù)影像設(shè)定器械與高風(fēng)險結(jié)構(gòu)的安全距離，機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)時計算這些距離，小于安全距離時，機(jī)器人會自動鎖定并警告停止鉆頭，以免損壞重要結(jié)構(gòu)[9]。漢陽大學(xué)用5自由度串聯(lián)機(jī)器人，對手術(shù)器械施加物理約束，以滿足切入點(diǎn)的解剖學(xué)限制，系統(tǒng)具有預(yù)警功能，器械與面神經(jīng)等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的距離低于安全閾值時會提示，系統(tǒng)提供了人-機(jī)協(xié)作控制，以補(bǔ)償手部震顫[10]。巴黎大學(xué)設(shè)計了一種通過外耳道進(jìn)行鐙骨切開術(shù)的遙控機(jī)器人系統(tǒng)，其由一個6自由度從動機(jī)器人手臂和一個主操縱桿組成，術(shù)中可以消除外科醫(yī)生的手部震顫[11]。通過傳統(tǒng)的耳鏡或一個4mm的內(nèi)窺鏡，以增強(qiáng)手術(shù)視野。

與國外相比，國內(nèi)的研究成果較少，大多集中在理論層面。北京航空航天大學(xué)設(shè)計了一種4自由度被動雙平面機(jī)構(gòu)[12]，由醫(yī)生根據(jù)影像引導(dǎo)完成定位，機(jī)構(gòu)有一個固定的鉆削進(jìn)給通道，可將鉆頭限制在計劃的路徑內(nèi)，以消除手的震顫。當(dāng)鉆頭向前移動時，醫(yī)生可感覺因不同骨密度所產(chǎn)生的力變化。力反饋可與導(dǎo)航圖像協(xié)同驗(yàn)證軌跡，保證實(shí)際軌跡的安全性。中國計量大學(xué)設(shè)計了一種基于6-SPS型并聯(lián)機(jī)構(gòu)的耳蝸電極植入機(jī)器人[13]，其通過相斥移動結(jié)構(gòu)在推送預(yù)彎電極時以相斥方式同時將預(yù)置的直線導(dǎo)絲拉出，解決了預(yù)彎電極植入時需雙手配合、對電極定位精度困難、位置調(diào)整不便的問題。上海交通大學(xué)對基于基準(zhǔn)標(biāo)志物的光學(xué)導(dǎo)航系統(tǒng)的定量精度進(jìn)行研究，通過不同的表面配準(zhǔn)算法來獲得穩(wěn)定的精度[14]。

圖1 國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)及研究進(jìn)展[4-12]。a：漢諾威大學(xué)，將電極自動插入內(nèi)耳的結(jié)構(gòu)，可靠性和可重復(fù)性植入研究；b：約翰霍普金斯大學(xué)，達(dá)芬奇機(jī)器人輔助人工耳蝸植入手術(shù)的可行性，術(shù)中微創(chuàng)系統(tǒng)和圖像引導(dǎo)整合實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的可視化；c：阿斯頓大學(xué),適用于人工耳蝸植入術(shù)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)，鉆削力和扭矩瞬態(tài)識別鉆頭和組織狀態(tài)；d：伯爾尼大學(xué)，微創(chuàng)隧道人工耳蝸植入手術(shù)，根據(jù)人工耳蝸手術(shù)特點(diǎn)所定制的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)；e：范德堡大學(xué)，固連到患者頭部的并聯(lián)機(jī)器人，無需跟蹤器械實(shí)現(xiàn)根據(jù)規(guī)劃鉆孔；f：巴黎大學(xué)，鐙骨切開術(shù)的遙控機(jī)器人系統(tǒng)，消除手部震顫，內(nèi)窺鏡增強(qiáng)手術(shù)視野；g：慶北國立大學(xué)，術(shù)中器械與高風(fēng)險結(jié)構(gòu)距離的計算，基于安全距離的機(jī)器人自動鎖定功能；h：漢陽大學(xué)，人-機(jī)協(xié)作控制，補(bǔ)償手部震顫方法；i：北京航空航天大學(xué)，研究內(nèi)容：人工耳蝸微創(chuàng)隧道可行性研究，研究成果：隧道開通可行性驗(yàn)證。Fig.1 Research institutions and Research Progress at Home and abroad[4-12].a.University of Hanover,A mechanism that automatically inserts electrodes into the inner ear and study on reliability and repeatability of implant.b.Johns Hopkins University,Test the feasibility of da Vinci Si-assisted cochlear implant surgery and the integration of minimally invasive system and image guidance during operation to realize the visualization of key structures.c.Aston University,A robotic microdrilling technique for surgery deployed in cochleostomy with the device navigates by using transients of the reactive drilling forces to discriminate cutting conditions.d.University of Bern,Minimally invasive robotically performed direct cochlea access(DCA)procedure with a dedicated end-to-end software planning system for the planning of DCA procedures that addresses current deficiencies.e.Vanderbilt University,A parallel robot fixed to the patient's head drilling according to planning without tracking equipment.f.Paris University,A tele-operated robot system for stapes incision eliminate hand tremor and enhance surgical visual field with endoscope.g.Kyungpook National University,Automatic locking function based on safe distance by calculate the distance between intraoperative instruments and key structures.h.Hanyang University,Man-machine cooperative control and methods of compensating hand tremor.i.Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Feasibility study on minimally invasive tunnel of cochlear implant and feasibility verification of tunnel opening.

4 人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人的衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)效益

據(jù)全國第六次人口普查數(shù)據(jù)顯示，我國的聽力語言障礙的殘疾人數(shù)量高達(dá)2780萬，且我國每年出生的新生兒中，大約有1‰-3‰患有先天性耳聾，另外還有數(shù)據(jù)顯示，我國每年大約有3萬-5萬名幼兒在2-4歲時開始出現(xiàn)聽力問題，而截止到2017年底，全球目前超過55萬人植入人工耳蝸，其中7.5萬人為實(shí)現(xiàn)雙耳聆聽選擇了雙側(cè)植入。中國目前不足5萬人植入了人工耳蝸，也就是說，占世界人口1/5的中國，人工耳蝸植入量只占世界的1/11。如果和發(fā)達(dá)國家相比，差距更大，奧地利每100萬人中有500人植入人工耳蝸，中國每100萬人中僅有38個人植入人工耳蝸。毫無疑問，無論對中國，還是對整個世界而言，人工耳蝸植入手術(shù)都有非常大量的社會需求。

隨著社會經(jīng)濟(jì)和醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展，以手術(shù)機(jī)器人為代表的高端醫(yī)療設(shè)備市場規(guī)模不斷擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計，截止2016年1月，全球醫(yī)療機(jī)器人行業(yè)每年?duì)I收達(dá)到74.7億美元，2020年全球醫(yī)療機(jī)器人規(guī)模有望達(dá)到114億美金，其中，手術(shù)機(jī)器人占60%左右市場份額。另外，在我國的高端醫(yī)療器械中，目前70%以上依賴進(jìn)口，是造成“看病難”、“看病貴”社會問題的根源之一。由于人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的研發(fā)難度高于關(guān)節(jié)、脊柱手術(shù)機(jī)器人，故其在國內(nèi)外均發(fā)展較緩慢，目前尚未大規(guī)模臨床應(yīng)用。而耳科手術(shù)機(jī)器人及其相關(guān)核心技術(shù)只有國外機(jī)器人巨頭廠商掌握（如瑞士HEARO系統(tǒng)、法國Robotol系統(tǒng)等），是制約我國耳科手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品質(zhì)量提高、產(chǎn)業(yè)競爭力提升的主要障礙之一。目前我國手術(shù)機(jī)器人市場化開發(fā)和臨床應(yīng)用推廣還處于起步階段，面臨著適應(yīng)癥少、配套設(shè)施不全等問題，以及來自國外產(chǎn)品技術(shù)、服務(wù)、知名度等多方面壓力，國產(chǎn)產(chǎn)品發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，急需進(jìn)一步開發(fā)滿足臨床需求的創(chuàng)新型產(chǎn)品。

5 機(jī)器人人工耳蝸植入關(guān)鍵技術(shù)探索

人工耳蝸植入手術(shù)是一個復(fù)雜的操作過程，從操作內(nèi)容角度，該過程可以分為入路鉆制與電極植入兩個階段，二者對關(guān)鍵技術(shù)的要求側(cè)重不同，入路鉆制強(qiáng)調(diào)機(jī)器人定位精度與操作穩(wěn)定性，電極植入則更注重操作的精細(xì)程度。因此機(jī)器人人工耳蝸植入關(guān)鍵是保障精準(zhǔn)、精細(xì)與安全手術(shù)，因此其關(guān)鍵技術(shù)可以分為手術(shù)操作保障技術(shù)、手術(shù)規(guī)劃導(dǎo)航技術(shù)與術(shù)中安全監(jiān)測技術(shù)。

5.1 手術(shù)操作保障技術(shù)

針對臨床應(yīng)用，必須要解決的首要問題就是精度：需要通過系統(tǒng)工程以確保靈活性與精度的高度一致，需要自由度不少于5的主動機(jī)械臂，具備規(guī)劃導(dǎo)航功能，而且定位精度要優(yōu)于0.15mm，力控制最小分辨率優(yōu)于0.5N，系統(tǒng)綜合手術(shù)精度0.5mm。只有滿足了這兩個基本需求，人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人才有存在的基礎(chǔ)和應(yīng)用價值。從微創(chuàng)層面考慮，術(shù)中既要保證面神經(jīng)、鼓索神經(jīng)等組織的保留，又要保證內(nèi)耳精細(xì)結(jié)構(gòu)的微創(chuàng)，因此，需要針對性的設(shè)計相關(guān)手術(shù)器械。特別是現(xiàn)有耳科骨鉆表面積大、體積大，磨削過程中尖端切削力小但產(chǎn)熱大，鉆制通道時無法有效沖洗。為實(shí)現(xiàn)鉆制機(jī)器人人工耳蝸的植入通道，需研制適用于機(jī)器人操作的骨鉆，其特點(diǎn)是尖端切削力大且集中，熱輻射等熱損傷小，且方便術(shù)中沖洗骨粉，減小鉆制摩擦力。在確保乳突通道鉆制安全的基礎(chǔ)上，探索滿足臨床需求的安全植入系統(tǒng)和器械應(yīng)為未來的發(fā)展趨勢。

此外，柔性電極植入深入耳蝸結(jié)構(gòu)內(nèi)部，難以形成有效的位置與狀態(tài)追蹤，因此對手術(shù)操作過程力要素的感知與操控，是實(shí)現(xiàn)人工耳蝸微創(chuàng)植入的重要途徑。面向人工耳蝸植入復(fù)雜的耳內(nèi)環(huán)境、精細(xì)的耳內(nèi)結(jié)構(gòu)，柔性電極的操作難度，術(shù)中精細(xì)力感知及操作控制技術(shù)也是必不可少的。這是突破機(jī)器人人工耳蝸植入操作的核心技術(shù)。

5.2 規(guī)劃導(dǎo)航定位

規(guī)劃和導(dǎo)航系統(tǒng)是人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人的靈魂。根據(jù)手術(shù)機(jī)器人的規(guī)劃系統(tǒng)不同，分為基于內(nèi)鏡引導(dǎo)和基于影像引導(dǎo)[15]。兩種引導(dǎo)系統(tǒng)各有優(yōu)劣，因此如何揚(yáng)長避短是開發(fā)人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人的關(guān)鍵問題。顳骨以骨性結(jié)構(gòu)為主，因此基于高分辨或者超高分辨率的CT技術(shù)，可以得到非常精準(zhǔn)、固定的影像數(shù)據(jù)，因此基于影像引導(dǎo)具有突出優(yōu)勢。手術(shù)操作空間配準(zhǔn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)手術(shù)定位與操作的核心技術(shù)，從醫(yī)學(xué)影像空間到機(jī)器人操作空間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度是影響手術(shù)操作精度的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有技術(shù)多采用基于術(shù)前影像和術(shù)中定位的融合導(dǎo)航技術(shù)，借助體表標(biāo)記點(diǎn)植入或機(jī)器人配準(zhǔn)標(biāo)尺實(shí)現(xiàn)，然而標(biāo)記物參考精度及算法成為限制配準(zhǔn)精度的瓶頸，同時也是占用手術(shù)時間的關(guān)鍵因素。因此目前最新的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)采用了“術(shù)像”一體化機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計與集成方案，通過術(shù)中低劑量高分辨率的術(shù)中CBCT掃查與機(jī)器人手術(shù)操作有機(jī)結(jié)合，術(shù)中/術(shù)前多模態(tài)影像快速融合技術(shù)、高精度快速（實(shí)時）圖像分割及識別技術(shù)，通過二者坐標(biāo)系統(tǒng)高精度融合，實(shí)現(xiàn)術(shù)中無創(chuàng)、快速、高精度注冊（圖2）。術(shù)中3D影像是術(shù)中手術(shù)目標(biāo)精準(zhǔn)快速定位的首選方法，影像精度直接關(guān)系到手術(shù)定位精度，其相關(guān)的融合與處理技術(shù)是獲取術(shù)中信息的前提，也是手術(shù)規(guī)劃的基礎(chǔ)。

與此同時，采用基于多源信息融合的個性化虛擬手術(shù)系統(tǒng)研制、電極植入通道自動規(guī)劃、自動鉆制及器械導(dǎo)航追蹤、基于人機(jī)協(xié)作的電極植入操作規(guī)劃與效果度量就成為人工耳蝸手術(shù)機(jī)器人的核心技術(shù)。通過“像-光-電-力”多源信息融合、機(jī)器人手術(shù)入路自動規(guī)劃、光學(xué)定位導(dǎo)引高精度的影像融合，為保障手術(shù)機(jī)器人的精度提供了系統(tǒng)保障。但軟組織精細(xì)結(jié)構(gòu)如鼓索神經(jīng)、圓窗膜等軟組織的影像分辨精度不足，因此在入路通道暴露后，需要將柔性電極植入耳蝸內(nèi)部16-32mm。此時耳蝸內(nèi)充滿了組織液，柔性電極受生物力學(xué)阻力影響會改變形態(tài)，機(jī)器人手臂及操作機(jī)構(gòu)只能把持電極末端，對于柔性電極的尖端難以做到精確的定位與控制。因此，在現(xiàn)有條件下，還不得不采用人機(jī)互動的模式，與醫(yī)師經(jīng)外耳道入路的耳內(nèi)鏡與手持定制推進(jìn)器來進(jìn)行監(jiān)視與配合，來確保柔性電極圓窗精確植入耳蝸，并實(shí)時監(jiān)測電極植入是否到位并可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，才能在現(xiàn)有科技水平下解決耳蝸植入過程中的精細(xì)感知、精細(xì)操作、穩(wěn)定植入的問題。

圖2 傳統(tǒng)導(dǎo)航坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與術(shù)像一體化坐標(biāo)轉(zhuǎn)換Fig.2 Coordinate transformation：Traditional navigation vs integration of operation and image

5.3 術(shù)中安全性監(jiān)測

術(shù)中安全監(jiān)控系統(tǒng)包括兩個方面，一是基于面神經(jīng)接近預(yù)警的手術(shù)安全控制技術(shù)：面神經(jīng)損傷是耳蝸植入通道制備過程中，最易造成的神經(jīng)性損傷，也是手術(shù)規(guī)劃、導(dǎo)航、操作工程中極力避免的問題，面向手術(shù)安全鉆制，以神經(jīng)電生理信號（面神經(jīng)）為直接信號源，以器械跟蹤位置計算得出器械神經(jīng)最小距離，基于組織損傷模型及器械參數(shù)給出機(jī)器人操作的安全參數(shù)，對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全控制。另一方面，電極經(jīng)圓窗植入耳蝸過程中，聯(lián)合應(yīng)用聲刺激和電刺激，構(gòu)建基于耳蝸微音電位、聽神經(jīng)反應(yīng)電位、腦干誘發(fā)電位等多維電生理監(jiān)測的殘余聽力評估方法，對植入過程實(shí)時監(jiān)測。聯(lián)合機(jī)器人尺蠖式植入及精細(xì)力感知、植入電極末端光學(xué)定位技術(shù)，達(dá)到人機(jī)完美協(xié)作，以實(shí)現(xiàn)更高層次的人工耳蝸電極微創(chuàng)植入，將耳蝸損傷降低到最低程度，最大限度地保存耳蝸的精細(xì)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞功能。

總而言之，通過國內(nèi)外學(xué)者的不斷探索研究，未來的人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人還有很多關(guān)鍵技術(shù)和理念需要突破，包括醫(yī)學(xué)機(jī)理、機(jī)器人及手術(shù)器械設(shè)計、影像處理、手術(shù)規(guī)劃導(dǎo)航、術(shù)中術(shù)后評估等，只有這樣才能研制出滿足臨床需求的機(jī)器人系統(tǒng)，從而有效解決人工耳蝸植入術(shù)中的問題。應(yīng)該說，在前人的基礎(chǔ)上，作者團(tuán)隊(duì)通過多年努力，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、精細(xì)、穩(wěn)定的人工耳蝸微創(chuàng)植入操作，從最大化實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)的角度出發(fā)，特別是系統(tǒng)設(shè)計了以一體化機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)配準(zhǔn)，提升手術(shù)定位精度；并且創(chuàng)新性提出柔性植入器械設(shè)計，從而有望解決耳蝸植入過程中的精細(xì)感知、精細(xì)操作、穩(wěn)定植入的問題。并設(shè)計開發(fā)相關(guān)的手術(shù)器械和思路，開辟一套新的人工耳蝸植入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的共同突破。