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。
导读
脑干有“生命中枢”之称，掌控呼吸、心跳、意识与运动等机能，数毫升出血便能致命。脑干出血时，保守治疗效果欠佳，外科手术为更优选择。但由于手术风险极高，脑干向来被视作“手术禁区”。本研究提出“搭载微纳设备的脑干出血微创手术机器人”概念，力求为脑干出血患者带来颠覆性治疗手段！
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。
责任编辑
胡云子 暨南大学
王茂军 华中农业大学
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)
作者简介
张萍，华中科技大学和德国海德堡大学医学双博士，华中科技大学同济医学院附属同济医院神经内科副主任医师。长期从事脑卒中、神经重症疾病领域的临床、基础及转化研究。以第一作者或通讯作者在国内外期刊发表论文20余篇，其中SCI论文10余篇。主持湖北省自然科学基金1项、华中科技大学交叉研究重点项目1项，参与脑出血和微创手术机器人相关的多项国家自然科学基金面上、重大项目和省市级科研项目，作为参与人获2019年湖北省科技进步一等奖。现任：中国卒中学会脑出血微创治疗分会委员兼秘书、中国卒中学会青年理事会理事、中国研究型医院学会头痛与感觉障碍专业委员会青年委员会委员、湖北省预防医学会卒中预防与控制专业委员会常务委员、武汉市医学会神经病学分会神经重症学组委员兼秘书。
唐洲平 二级教授，主任医师，博士生导师，华中科技大学同济医学院附属同济医院党委书记、第二临床学院党委书记、国家重大公共卫生事件医学中心主任。研究方向包括脑出血、干细胞移植、重编程、微创血肿清除、脑机接口。兼任中国卒中学会理事、中国卒中学会脑出血微创治疗分会主任委员、中国医师协会神经修复学专委会副主任委员、武汉医学会神经内科分会副主任委员、国家神经系统疾病临床医学研究中心脑出血研究联盟副主席、国家自然科学基金重大研究计划首席科学家等。主持国家自然科学基金重点项目及面上项目7项。作为第一完成人获2019年湖北省科技进步一等奖。发表论文300余篇，其中SCI论文100余篇，主编书籍《神经内科急症》《集成化质子治疗系统综合建造管理》等。担任《Brain hemorrhages》杂志执行主编。研发的成果“数智融合—脑出血智能微创手术机器人”入选“2024湖北省十大医工交叉创新成果”，并荣获湖北省“最具应用价值医工交叉创新成果”称号。
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The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球58个国家；已被151个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有200位编委会成员，来自22个国家；50%编委来自海外(含39位各国院士)；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI，中科院分区表(1区)等收录。2024年影响因子为33.2，2024年CiteScore为38.3。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。
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