数字化临床治疗设备

近些年来，数字化临床治疗设备的进程引人注目，放射治疗设备、物理治疗设备，实现数字化的治疗计划、验证系统，各种手术导航，机器人手术系统已经成熟地应用于临床。总体来讲，具体的治疗设备包括了放射治疗仪器、激光治疗仪器、超声治疗仪器、微波治疗仪、光学治疗仪、核医学等。

（一）数字化放射治疗设备

自20世纪50年代初放射外科概念被提出以来，放射治疗已经在医学临床得到了广泛应用，成为了治疗恶性肿瘤的主要手段之一，它和外科肿瘤学（手术治疗）、内科肿瘤学（化学治疗）组成了恶性肿瘤治疗的主要手段，放射技术还可用于治疗一些良性肿瘤及很多种良性疾病。

放射治疗的目标是最大限度地杀灭肿瘤细胞并有效保护周围正常组织和重要器官，放疗患者从就诊、治疗到结束，要经过治疗靶区确定、治疗计划设计、计划确定、计划执行等重要环节。放疗设备的数字化大大提高了放疗的精度及治疗效果。

随着物理学、生物学及计算机科学的发展，放射治疗的技术和手段也在不断地发展变化中，放疗设备的数字化程度越来越高。现在医用放射治疗设备有：医用直线加速器、后装机、60钴。作为放射治疗的装置，整个反射治疗过程是由一个系统组成的，包括直线加速器、模拟定位机、治疗计划系统三大组成部分。设备的数字化也是围绕着这三大部分体现的，全数字化医用直线加速器具有集成化控制系统、内置网络系统、内置验证系统、内置数字控制的多叶光栅、可升级性等充分体现数字化的特点，使其在精确放射治疗过程中有更多的优点。数字化模拟定位系统的出现，提供了高清晰的图像并极大地降低了X线剂量，不但免用传统模拟机的影像增强器、模拟转化器等烦琐结构，同时改善了传统影像的伪影、失真，在对比度方面具有比较大的动态范围，提高了图像的分辨率。

近些年来的数字放疗设备新进展还有：影像引导放疗系统、螺旋断层放疗系统、术中放疗设备等。我国的放疗设备技术及产业虽然发展迅速，但与国外相比总体差距仍然较大，且发展不均衡，人均拥有量仍不及世界平均水平。

（二）数字化热疗设备

肿瘤热疗主要是指利用非电离辐射物理因子产生的生物效应，使生物组织加热升温杀灭肿瘤组织或促进肿瘤细胞凋亡，从而达到治疗目的的治疗方法。

肿瘤热疗设备所使用的热源主要由微波、射频、超声波、激光以及红外光等。目前在临床上已使用的有：普通功率的微波热疗设备；高功率微波热疗设备；高功率射频深部热疗设备；超声深部热疗设备和高能聚焦超声消融（HIFU）设备；射频、微波消融设备、激光治疗设备和红外全身热疗设备。

现代肿瘤热疗技术用于临床已达30多年，在我国临床所使用的时间也已有20多年，热疗器械是我国医疗器械领域中具有自主知识产权最多、最有我国技术特色的产品门类之一。但总的来说，我国的肿瘤热疗设备和技术尚处于发展阶段，技术上还不够成熟，基础研究不够充分，在临床适应证及规范使用上还有待加强。

（三）手术数字化专科设备

1．术中导航设备 手术导航系统是利用数字化扫描设备（CT、MRI等）所得到的患者术前信息，经过导航工作站处理后重建出患者的三维模型影像，手术医师即可操作相关软件在此影像基础上设定手术计划路线进行术前计划并模拟进程。手术先进行注册，使术前影像资料与患者的解剖结构在空间上建立相互关联的对应关系。手术过程中系统动态追踪手术器械相对患者解剖结构的当前位置，并明确显示在患者的二维或三维影像资料上，手术医师通过高分辨率显示器从各个方向观察到当前的手术入路及角度、深度等各种参数，从而最大限度地避开危险区，在最短的时间内到达靶点病灶，减少患者的失血量与手术创伤及并发症，完成真正意义的微创手术。

按照导航系统的工作方式可以将其分为3种类型。

（1）被动导航系统：它只是在医师的操作下实时的向操作者反馈探针或手术器械的位置。

（2）主动导航系统：又称为机器人导航系统，它可以按照术前的计划自动完成某些手术操作。

（3）半自动导航系统：它引导医师在术前制定的手术范围内施行手术，一旦手术超出允许范围，它会提醒医师或停止操作。

目前临床上能够广泛实现的还是被动式导航系统。实现导航定位的技术手段目前有多种，但临床使用较多的是光学导航和电磁导航这2种方法。术中导航的代表厂家有NDI、博医来（BrainLab）和美敦力（Medtronic）。

2．术中磁共振系统 术中磁共振（iMRI）顾名思义即在手术过程中进行磁共振检查。iMRI设备提供的影像学信息超越了手术医师肉眼直视的范围，并可提供三维空间以利手术。手术中发生的解剖结构的位移可实时得到监测，防止损伤正常组织。因为在手术中由于脑脊液的丢失或脑水肿、颅内病变活检及切除解剖结构的位置都将会发生变化，特别是脑积水和脑萎缩的患者就更加明显，能够及时发现术中可能出现的并发症（如颅内出血）。另外，手术中术者有时很难判定肿瘤切除范围的大小或程度及病变周边的重要血管或神经组织，使得手术质量得以提高。MRI本身具有对组织温度的变化的可探查性，可用于热疗手术的监测。由于摄取影像的空间范围既是手术操作的范围，因而无需在手术中反复移动患者，同时扫描床可自由进出或完全脱离磁体线圈。允许手术显微镜、立体定向仪、手术导航设备、麻醉机、监护仪、特制的手术器械等磁兼容设备与之相匹配。iMRI的缺点是价格昂贵，一般医院和患者难以接受；对手术中所使用的仪器设备有特殊的要求，限制了一些手术的开展；需建立一个特殊的手术室，对周围的环境有所要求。术中MRI是由MRI设备及手术室组合而成的复合体，属多学科相互交融的边缘学科，一台术中磁共振手术需要由手术者、放射科医师、工程技术人员、麻醉师及护士共同配合完成。

3．术中CT 术中CT（iCT）是指一套外科整体手术室的解决方案，涵盖或具有一整套集成数字化、网络化的整体手术室和手术导航平台的概念，能够将实时iCT影像更新到外科手术导航系统中，联系患者和临床的数据，利用先进的技术将视频、音频、各种信息进行转换、传输，通过医用大屏幕显示器实时显示，为术者提供最佳的手术入路及术中影像的动态变化。iCT的最大特点就是采用可以移动的扫描机架，在CT扫描时机架可移动。代表厂商有SIEMENS，采用大孔径CT。

术中CT的优点是造价低，患者的治疗费用也低；占地面积小，可移动性强；对工作环境要求低，可应用在患者所需要的任何地方，具有很强的实用性。缺点为对病变的识别能力不如MRI，在临床应用中受到限制；因不具备MRI所具有的三维扫描、温度及血流变化的可测性等独特的功能，导致某些临床治疗不能进行。

iMRI和iCT的临床应用，对于手术医师而言，提高了肿瘤的全切比率，避免了由于软组织移位而损伤正常组织，减少并发症，提高了患者的生存率。对患者而言，手术精度高，加快了康复，缩短住院时间，减少了住院花费。对于医院而言，加快了病床的周转率，增加了患者收容量。

4．磁导航血管造影系统 磁导航技术（MNT）指的是在计算机控制的三维强磁场的作用下，在立体定向系统、数字成像系统的引导下，使得预先置入人体的小铁磁体按照规定的路径运动，直接作用于患处或者引导各种手术器件在人体内进行各类复杂的手术的方法。与传统的手术方法相比，它具有很多优点，如创口小、患者痛苦少、无不良反应、手术精度高、恢复时间短等。由于它可以在人体内某些重要部位进行十分精密的外科手术，还可以进行许多常规手术无法完成的手术。

作为一项新的遥控导航技术，与传统方法相比较，提高了介入手术效率和治愈率，缩短了手术时间，提升了导管操作程序的简易性和准确性，大大减少了介入医师的射线辐射量。在非X线照射条件下，通过遥控导航技术操作导管，成功完成手术是整个介入领域今后发展的一个重要方向，这项技术的成功应用改变了介入手术的工作方式，给介入治疗带来革命性的进步，必将对整个介入领域产生重大影响。

5．手术机器人 以达芬奇S系统为代表的手术机器人系统（图2-23），以其高度的精确性、灵活性和良好的可操作性，为外科手术提供了更加便利的手术条件。它基本采用与开放手术相同的操作习惯，医师学习时间短，容易上手。医师可以因此开展更高难度的手术。手术机器人的自动化控制最大限度地减少了操作人员的数量，极大节省了人力资源。

图2-23 达芬奇手术机器人