锥形束CT导航机器人辅助颅底活检的精准探索：仿体与人体标本可行性研究

本研究创新性开发七自由度机器人系统，结合锥形束CT（CBCT）导航技术，在仿体与人体标本中实现颅底病灶精准穿刺活检。结果显示系统操作可行性高（20例全部成功），穿刺精度达亚毫米级（仿体0.56±0.21mm/人体0.71±0.15mm），显著优于传统手动操作（P<0.001），为颅底微创诊断提供了安全可靠的机器人解决方案。

　　

引言

颅底病变活检是临床确诊深部病灶性质的关键步骤，但由于该区域解剖结构复杂（如下颌骨屏障、神经血管密集），传统开放式活检存在高风险性。随着数字外科技术的发展，导航引导下的穿刺活检技术逐渐应用于颅底病变诊断，但其精度仍高度依赖外科医生的操作经验与手眼协调能力。

材料与方法

实验采用定制化7自由度机械臂系统（KUKA iiwa 14），配合光学导航仪（Northern Digital Polaris）和六维力传感器（ATI Delta IP60），在合成颅骨仿体与福尔马林固定的人体头部标本中进行穿刺实验。通过锥形束CT（CBCT）获取术前影像数据（扫描参数：视野15cm×15cm，层厚0.3mm），使用改进迭代最近点（ICP）算法完成多坐标系（机器人-患者-光学导航-影像空间）配准。穿刺过程中采用"术者在环"安全控制模式，实时监测针尖位置与轴向穿刺力（安全阈值30 N），术后通过影像融合计算欧几里得距离^{ΔX2+ΔY2+ΔZ2}评估精度。

结果

20例穿刺操作全部成功完成。导航系统实时测量显示仿体实验平均误差0.56±0.21mm，人体标本实验0.71±0.15mm；而术后影像验证误差分别为1.77±0.13mm与3.10±0.18mm（P<0.001）。皮尔逊相关系数分析表明穿刺深度与误差呈正相关（仿体r=0.639，人体r=0.723），且人体组织中针尖偏转现象更为显著。

讨论

相较于既往5自由度弓形结构机器人，本系统采用轻量化全铝材质机械臂（重复定位精度±0.15mm），在保持精度的同时显著提升操作灵活性。研究证实生物组织异质性是影响穿刺精度的关键因素，针尖偏转主要源于组织裂痕传播与机械特性变异。虽然提高进针速度或采用多斜面针尖设计可减少偏转，但颅底区域神经血管密集特性限制了这些技术的应用前景。动态参考架实时追踪技术的引入有效解决了术中头部移位的补偿问题，但20Hz更新频率的光学导航系统仍存在延迟局限。

结论

本研究证实CBCT导航的机器人辅助颅底活检系统具备临床应用的可行性与精确性。尽管针尖偏转现象在生物组织中不可避免，但3.10mm的平均误差仍显著优于手动操作（文献报告5-6mm）。建议术前规划保留5mm安全边界以规避神经血管损伤风险，后续需开展新鲜组织实验及活体动物研究进一步验证系统可靠性。