高精度神外手术导航系统获国家技术发明奖

“2012年度国家科学技术奖励大会”日前在北京人民大会堂隆重召开。复旦大学数字医学研究中心主任宋志坚教授等凭借“高精度神经外科手术导航系统”捧得国家技术发明奖二等奖。
 
高精度神经外科手术导航系统是由复旦大学数字医学研究中心课题组联合上海交通大学课题组等历经8年艰辛成功研制的科研成果。该项目得到国家自然科学基金、上海市科委重大科技攻关基金的支持。该系统已获国家三类医疗器械注册证，并通过CE/ISO13485医疗设备国际认证，实现产业化。有关专家表示，该系统在转变传统手术方式，提升我国神经外科学术水平，推动新兴产业发展，迫使国外同类产品降价，减轻患者经济负担等方面，经济效益显著，社会效益重大。
 
据研究人员介绍，脑肿瘤等脑部疾病严重危及患者生命，而颅脑手术是治疗该类疾病最直接、有效的方法。但是，颅脑手术风险极高、难度很大：在手术中，医生要将肿瘤完全切除，同时，必须保证重要神经结构不受到损伤。临床实践表明，传统手术方式往往难以完全实现这一目标，约20%的病例在术后存在肿瘤残留，或出现偏瘫、失语等并发症。即使国际上最先进的神经导航系统，其在定位精度和导航信息量上也不能完全满足临床需求：由于核心部件——光学定位仪的精度很难被掌控，导致存在定位误差，故不能绝对真实地反映开颅后患者脑组织形态随时间变化的情况；显示的图像引导空间不能提供不同功能传导束的位置信息，以及这些传导束与脑功能和脑肿瘤间的相互关系，从而造成导航信息量不足。
 
自神外手术导航系统问世以来，上述缺陷一直未能得到有效解决，针对这些难题的理论突破或技术发明成为国内外同行密切关注的前沿课题。宋志坚教授带领的课题组针对国际上最先进的神外手术导航系统所存在的诸多缺陷进行了艰苦攻关，获得了三项突破性进展：一是发明了一个能够对术中脑变形进行实时矫正的系统。该系统基于人脑动态模型，能够对术中脑变形引起的误差进行实时模拟和矫正。临床实践表明，该技术矫正率平均达84.3%，最高矫正率达89.2%，从而大幅提高了导航系统的定位精度。这项进展被国外同行评价为“当今解决导航术中脑变形的有效方法”。二是发明了一项可以准确反映脑白质传导束位置信息及示踪情况的技术。该技术采用多张量图像处理方法，并结合虚拟内镜导航原理，可实现图像引导空间脑白质传导束的准确显示。它可在导航手术中实时告知医生当前操作是否会对脑白质传导束造成损伤。临床实践表明，该发明对传导束的保护具有重要临床价值。三是发明了针对大范围、多目标的光学动态跟踪技术。该技术可显著提升导航系统关键部件——光学定位仪的跟踪精度与范围。经鉴定，该系统各项性能指标均优于国际上先进的同类产品，成为国内外公认的提升光学定位仪精度的有效途径。这些突破意味着，高精度神经外科手术导航系统成为目前国内外唯一能够对术中脑变形引起的定位误差进行矫正，以及准确反映脑白质传导束位置信息和示踪情况的系统。
 
自高精度神经外科手术导航系统问世以来，全国20家三甲医院应用该系统成功实施了胶质瘤、脑膜瘤、血管瘤、骨纤维结构不良、齿状突畸形等病变的高难度手术，完成神外手术导航12000余例。临床应用结果表明，该系统提高脑肿瘤的影像学完全切除率达86.7%，降低12.1%的术后并发症，这一成果使我国神经外科学技术跻身于国际先进行列。目前，该技术已申请发明20项，其中国际发明1项，授权发明15项，发表科学引文索引（SCI）论文31篇，被国际权威专业学术期刊引用136次。