光学追踪无接触注册（OTR）在机器人辅助立体定向脑电图（SEEG）手术中的精准性与效率研究：基于仿体与巴马猪模型的实验验证

本刊推荐：为解决传统接触式骨性标记注册（CBR）在机器人辅助SEEG手术中操作繁琐、耗时长、学习曲线陡峭等问题，研究人员开展光学无接触注册（OTR）方法的系统性研究。结果表明，OTR在靶点误差（1.68±0.80 mm）和入点误差（0.76±0.39 mm）方面与CBR无显著差异，但注册时间显著缩短（99.71±1.08秒 vs. 241.29±28.95秒，p<0.001），且新用户学习效率显著提升。该研究为神经外科机器人手术提供了更高效、易推广的注册方案，具有重要临床转化价值。

　　

在神经外科领域，立体定向脑电图（stereo-electroencephalogram, SEEG）已成为癫痫病灶定位的金标准技术。它通过将电极精准植入脑实质，记录颅内电活动，为耐药性癫痫患者提供手术治疗的可能。然而，传统的SEEG电极植入依赖框架式立体定向系统，操作复杂、手术时间长，且患者舒适度较差。随着机器人辅助技术的发展，神经外科手术的精度和效率得到显著提升，但目前的注册方法——尤其是广泛使用的接触式骨性标记注册（contact bone-fiducial registration, CBR）——仍存在明显局限：操作流程繁琐、对术者技术要求高、易因人为操作引入误差，且学习曲线陡峭。

为解决这些问题，研究人员开始探索无接触式注册方法。光学追踪注册（optical-tracking registration, OTR）作为一种“触摸自由”的技术，通过光学系统捕捉反光标记球的空间位置，实现患者与机器人系统的快速匹配，有望显著简化手术流程、缩短时间并降低操作难度。然而，OTR在真实手术环境中的精度、稳定性以及与传统CBR方法的对比尚缺乏系统评估。

在此背景下，来自华中科技大学同济医学院附属同济医院神经外科与武汉联影智融外科有限公司的研究团队开展了一项创新性研究，旨在系统比较OTR与CBR在仿体模型和巴马猪模型中的精度、时间效率及学习曲线。该研究发表于《Chinese Neurosurgical Journal》，为机器人辅助SEEG手术的注册方法提供了重要证据。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，构建了一套集成六自由度机械臂、光学追踪系统（Polaris Vega XT）、触摸屏控制台和操作终端的机器人辅助立体定向系统；其次，设计了专用仿体模型和巴马猪手术模型（n=12，随机分为CBR组和OTR组各6只），用于验证两种注册方法的精度；第三，通过术前MRI/CT图像融合与手术路径规划软件（uPlan-Brain）设计电极轨迹；第四，采用迭代最近点（iterative closest point, ICP）算法实现光学标记的空间匹配，并通过扩展卡尔曼滤波实时校正轨迹偏差；最后，通过术后CT与术前影像融合计算靶点误差（target error, TE）和入点误差，并系统分析注册时间与学习曲线。

研究结果通过多组实验得到全面验证：

在仿体实验中，研究人员测试了五种不同系统-仿体相对位置下的注册精度。结果显示，CBR在五个位置下的靶点误差分别为0.53±0.21 mm、0.54±0.18 mm、0.34±0.15 mm、0.52±0.12 mm和0.42±0.20 mm，而OTR在三个可选位置（-45°、0°、45°）下的误差分别为0.54±0.21 mm、0.71±0.20 mm和0.63±0.18 mm。两者在不同位置下均表现出一致的高精度，且OTR与CBR的精度相当。

在动物实验中，12只巴马猪共植入72枚SEEG电极。OTR组的平均靶点误差为1.68±0.80 mm，入点误差为0.76±0.39 mm；CBR组分别为1.49±0.79 mm和0.70±0.33 mm。统计分析表明，两组在靶点与入点误差上均无显著差异（p>0.05），证明OTR具有与CBR相当的植入精度。

在时间效率方面，OTR表现出显著优势。OTR的平均注册时间为99.71±1.08秒，而CBR为241.29±28.95秒（p<0.001）。这一差异主要源于OTR依赖光学系统自动捕捉反光标记，无需手动接触操作。

学习曲线分析进一步揭示了OTR的易用性。新用户在使用OTR时，首次操作即能将注册误差控制在0.3 mm以内，且通过较少案例即可达到0.5 mm的可接受误差标准；而C组则需要更多练习次数。线性拟合显示，OTR的学习效率显著高于CBR。

研究的讨论部分强调，OTR不仅在高精度要求下与传统CBR方法媲美，更在时间效率、操作简化和学习曲线方面展现出显著优势。其自动化特性降低了对外科医生经验的依赖，减少了人为误差和生理疲劳的影响。此外，OTR避免了机械指针与颅骨的直接接触，降低了医源性感染风险，更符合无菌操作要求。

尽管巴马猪模型在脑体积和血管分布上与人类相似，但其皮质厚度、白质纤维密度和脑回复杂度存在差异，可能限制结果的直接临床推广。研究人员已启动一项多中心临床试验，计划纳入50例耐药性癫痫患者，以进一步验证OTR在人类SEEG手术中的适用性。

该研究的结论部分指出，OTR作为一种新型无接触注册方法，在机器人辅助SEEG手术中表现出良好的精度、安全性和有效性。其应用有望简化手术流程、缩短培训时间、优化医疗资源配置，并最终降低医疗成本。未来，OTR技术还可能扩展至深部脑刺激（deep brain stimulation, DBS）、脑活检、颅眶面手术等其他神经外科领域，具有广阔的应用前景。