来自中大和港大的联合研究团队.。

香港中文大学（中大）和香港大学（港大）的联合研究团队，最近成功研发了一套「软体机械人系统」，在进行治疗头颈癌的微创手术过程中，系统可配合磁力共振图像导航，经口腔释放激光消融头颈癌肿瘤。来自中大医学院耳鼻咽喉―头颈外科学系、港大工程学院机械工程系及港大牙医学院的专家们，共同开发了这套兼具柔顺性及五个活动自由度的崭新微型系统，令在狭窄的口咽环境内进行激光消融术变得更准确和安全。系统已通过多项测试，包括体外组织消融测试，以及在磁力共振图像引导下利用大体头颈模型进行消融测试，证明系统能透过磁力共振测温，监测进行消融术期间的热力扩散，准确控制消融范围。这项发明近期已於国际期刊《Science Robotics》发表。

将磁力共振引导的激光消融术 应用在经口腔微创治疗的挑战

头颈癌一般指口腔、咽喉、鼻咽和鼻腔等头颈部位的癌症；是全球第七位最常见的癌症，每年导致 450,000 人死亡。

是次研发的崭新微型系统，兼具柔顺性及五个活动自由度，令在狭窄的口咽环境内进行激光消融术变得更准确和安全。

头颈癌可利用激光消融术治疗，但如用此疗法消除长在口咽和喉部的肿瘤，病人必须保持极端的姿势定位（如卷起舌头、张开嘴巴或伸长颈部）才足以将肿瘤暴露在激光之下。因此，现有的激光消融系统并不适用於治疗长在上述部位的肿瘤。磁力共振图像导航本身能为激光消融肿瘤带来莫大好处，医护人员可於术中即时透过立体定向及热力扩散情况评估消融范围，以保护关键结构和确保消融范围恰当。但要把经口腔进行的激光微创治疗迁移到磁力共振环境下，狭窄的空间和强力的磁场（1.5/3T） 会令手术定位及操作变得相当困难，因为一般用在机械人的金属部件不适用於磁力共振环境中。

 

新研发的机械人系统具有多个特点

通过医生和工程师的紧密合作，上述团队成功研发出可配合磁力共振应用的软体机械人系统。这是首个能在术中利用实时磁力共振导航，并连续操控激光投射以进行肿瘤消融术的机械人系统。此系统配合了激光光纤，可进行柔顺的内窥镜介入，通过为患者度身订造的口腔固定器，将能量集中在病变位置，准确地为肿瘤进行消融治疗。整套系统具备多个特点，包括：

• 结构精巧轻盈（直径12毫米x 长度100毫米、重量约200克），能同时提供五个自由度的活动能力；体积较大的驱动系统能置於进行磁力共振扫描的房间外。
• 系统采用液压方式驱动，采用磁力共振兼容的安全物料制造，能於磁力共振环境下安全运作。
• 操控激光的部分采用软硬混合结构，方便控制激光转向，同时平衡仪器的坚固度和减少机械人反应迟滞。
• 系统产生零电磁干扰，容许进行术中磁力共振导航来评估组织对消融产生的反应；这对平衡充分切除肿瘤和保留组织功能两者尤其重要。还可利用磁力共振进行热能成像，在消融的过程中评估组织内的热力扩散，从而即时监控消融范围，确保消融准确路径。
• 系统内置学习演算控制器，控制机器人进行非线性移动，并已通过激光路径测试验证，平均误差少於200微米。

团队另利用体外组织和大体头颈模型，验证有关系统於术中进行磁力共振图像导航下激光消融术的成效。结果证明系统能沿着外科医生定下的路线，可自主在组织上进行精确的激光消融。

中大医学院耳鼻咽喉―头颈外科学系副教授陈英权医生表示：「我们研发的系统能够让消融激光直接射向病变组织，毋须再被设计缺乏弹性的激光放射仪器局限，将病人颈项勉强定位。配合术中磁力共振图像导航，临床医生能够在为病人进行消融术期间，作出更直接和准确的反应，这对保护病变位置附近结构的功能，至关重要。」

关於未来发展，研究团队计划进一步缩小机械人系统的体积。港大工程学院机械工程系副教授郭嘉威博士补充：「通过缩小其体积，我们研发的机械人系统将有可能进入更狭窄的部位，例如鼻腔和鼻窦腔。此外，我们会在系统中加入一些特定的图像序列，以便更快地将术中的磁力共振图像反馈给机械人，令机械人作出快速反应来控制激光消融过程。」

参与是次合作的单位另包括：港大放射诊断学系、威尔斯亲王医院神经外科、中大机械与自动化工程学系，以及史丹福大学头颈外科。 

陈英权医生表示，配合术中磁力共振图像导航，临床医生能够在病人进行消融术期间，作出更直接和准确的反应。这对保护病变位置附近结构的功能，至关重要。

 郭嘉威博士相信，日后可进一步缩小机械人系统的体积，让它可进入如鼻腔和鼻窦腔等更狭窄的部位。