神外前沿讯，年9月23日，在第九届世界华人神经外科学术大会的会前线上学术周会场—《智能精准技术在复杂神经外科手术中的创新发展及应用》上，北京大学医学部精准神经外科与肿瘤研究中心、医院神经外科主任杨军教授以《人工智能及新一代导航在神经外科手术中的应用》为讲题做线上学术分享。
杨军教授主要介绍了新购华科手术机器人应用情况、人工智能与神经导航、国家战略与医学人工智能、中国脑计划、DTI纤维束研究、多模态技术在神经外科的应用、纤维束及细胞间隙新功能等方面工作。
本次讲课主要内容如下（经演讲者本人审核并授权神外前沿发布）
一.人工智能、神经导航与手术机器人
1.人工智能与人类智能
人工智能，英文AI，是研究、开发用与模拟、延伸和拓展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。
人工智能和人类智能是不一样的，人类智能又分成高层智能，中层智能以及低层智能，由脑不同的皮层分区、丘脑、小脑、脊髓来完成。
人工智能将引领人类第4次工业革命：我们已经走过了工业1.0，以蒸汽时代为代表；工业2.0是以电气时代为代表；工业3.0以信息化自动化代表；即将进入工业4.0，5G技术的广泛应用，中国新一代智能科学的发展，争取引领人类第4次工业革命。
2.人工智能与智能医学
人工智能分三个研究阶段，从上个世纪50年代推理期，到90年代的知识期，到现在机器学习期。
人工智能分了很多方面，医学只是其中一个分支，国家从战略上对人工智能进行大力扶持和发展。
在不同的医疗行业，不同的诊断治疗和医疗流程过程中，人工智能在不断地体现和应用，展示或表现它的优势。
3.智能医学之神经导航
神经导航某种程度上也结合了智能医学很重要的方面。最早从年初简单的三维定向仪，随着CT及磁共振成像技术的引入和发展，导航融合应用到临床，辅助进行开颅手术。
导航从被动导航到主动导航到半自动导航系统等，都是智能医学体现。
以前导航定位采用人工Marker，有标记点的定位，现在采用无标点注册，自动聚焦系统；此外，导航最新的配准技术，基于结构光的视觉深度感知技术，无需手术当天扫描CT，头部范围全面覆盖扫描，前面部、后头部精度一致，不受体位的限制，2分钟即可完成注册，可以通过光的视觉深度感知进行导航，适用于神经外科手术机器人配准。
现在国内很多单位正在采用的虚拟混合现实技术，包括全息技术，VR/AR、MR等，大家都做虚拟和虚拟现实增强，混合增强研究探索。
4.智能医学之手术机器人
手术机器人robot，早期手术机器人只是做个苦力，在复杂的工作环境中，某个单一的工作通过机器人来做；而现在的手术机器人更接近人类，会做一些精细的动作；具体在医疗方面，如达芬奇Davinci机器人可以做辅助手术，尤其在外科应用得比较多，并且设备和技术不断开发迭代升级。达芬奇机器人在手术治疗方面带来革命性的飞跃；国内华科精准手术机器人等也在临床进行探索。
我想，不管是手术机器人还是智能导航，都代表智能医学，这是未来发展方向。
二.中美脑计划与智能医学时代
美国和中国脑科学计划等都和神经外科有着紧密联系。
所有脑科学计划，一是为了诊断疾病，再一个是认识脑，为了开发脑。对人脑的探索几千年来一直在进行，不管是远古年前疑似颅骨钻孔，到三国时期华佗给曹操做开颅手术，包括近代神经元学说，北医团队在脑细胞外间隙的探索性工作，总之，脑科学一直是我们科学家进行探索的领域。
脑科学目的就是认识脑、保护脑和创造脑，开发脑，不管是增强智能还是类脑的人工智能等都是这方面的研究方向。
智能医学是神经外科面临的机遇和挑战，神经外科是离人工智能最近的一门学科。神经外科的发展与脑科学的发展是相辅相成的，神经外科医生是世上唯一被合法授权可以零距离接触人类大脑的人；神经外科医生能通过脑疾病患者的临床症状，影像学数据、脑结构切除、干预或调控术后的功能变化来探索脑；脑功能图谱和脑网络组图谱就是这样被神经外科医师，联合神经内科、精神科医师、神经生物学工作者而绘就。医院赵继宗院士在《中华医学会神经外科分会第17次学术会议》上的发言，指出了脑科学研究意义和价值，同时北京大学医学部组建了智能神经外科专业委员会，北京大学医学部精准神经外科与肿瘤研究中心。
脑影像及脑网络的发展，是人工智能在神经外科发展的先决条件。智能影像诊断，是整个医学发展重要基础，包括红外静脉显示影像、3D解剖影像等，都是医学人工智能的未来。
三.脑白质纤维束显微成像研究-DTI
在我们团队中将近70位专家共同努力下，经过十几年的工作，在DTI显微成像研究探索中，取得了一些成果。
DTI是目前唯一一种追踪脑白质纤维并反映其解剖连通性方向的磁共振成像方式；
DTI实现活体观察组织结构的完整性和连通性，利于对各种疾病的引起的白质纤维束的损害程度及范围的判断；
DTI可用于显示脑白质内神经传导束的走行方向，实现对人的中枢神经纤维精细成像。
杨军教授团队DTI研究创新研究，新发现多条纤维束及纤维束交叉并命名；国内领先方面是将DTI结合影像融合技术及虚拟现实三维成像技术应用于神经外科临床；并将虚拟现实影像融合三维重建技术与基因突变检测结合用于肿瘤评估。
DTI结合神经传导、网络信息化，把感觉功能、运动功能、视觉功能等各种功能联合纤维束走向从单纯的二维变成三维的结构。
我们还把虚拟现实技术在脑肿瘤临床治疗中进行开发和应用。
病变通过三维重建以后，能显示肿瘤周围的动脉、静脉、神经纤维束，甚至骨窗的设计，结合临床实际情况，更体现精准手术治疗。
DTI纤维束显微成像可以展示各种纤维束和肿瘤相关的运动、感觉神经纤维束，还可以展示肿瘤的具体结构，我们能够看到真正的肿瘤就像螃蟹一样，属于侵袭性生长的表现。
在手术以前，把肿瘤扫描以后，三维重建，先做模拟的手术设置，在手术中,参考导航甚至虚拟定位进行精准的手术治疗，这样会取得非常好的效果。
四.多模态技术在脑科应用(案例)
比如我们看到蝶骨嵴脑膜瘤，三维重建后更好显示肿瘤和血管之间的关系，看到肿瘤里珊瑚样的结构；二维影像中，以为里面的血管可能是穿刺血管，三维影像实际上证明瘤子里面珊瑚状供血的血管。这样手术中可以更好切除肿瘤，减少对大脑中动脉损伤。
比如我们看到岩斜脑膜瘤，三维重建后，从不同角度看到动脉、静脉、血管之间的关系，看到回流经脉.我们经常讨论担心静脉的影响，从影像上看得很清楚，能很好的做肿瘤切除。
比如脑干肿瘤，普通的影像，我们很难判断肿瘤的边界，甚至肿瘤与运动和感觉神经，特别是在大脑左侧是不是出现语言的问题，语言的障碍；通过三维重建技术，设计好骨窗，定好肿瘤的位置，然后结合导航，更重要的在术前通过虚拟技术就可以很好评判肿瘤与神经之间的关系，尤其是能找到切入点，找到切入点，对功能或神经的损伤就很轻。
比如鞍结节脑膜瘤等，还有左额顶胶质瘤、听神经瘤等。
五.纤维束及细胞间隙新功能
韩鸿宾斌教授团队主要研究影像脑科学方面，与神经内科同事一起，我们组成一个团队共同研究DTI神经纤维束。DTI的应用前景，可以发现一些疾病早期的改变，了解主要传导通路的损伤程度，脑肿瘤的术前计划的制订及指导手术，将DTI技术和其他影像结合应用神经科学的研究，推动神经科学、影像医学等研究的发展；
主编《DTI结构和功能》英文版，年出版，主编《FiberTrackingonDTI：anatomyandclinicalapplication》、《脑干DTI神经纤维束图谱》。
解开ISS之谜：关于细胞间隙方面，做一些创新的研究工作。韩鸿宾教授团队首创磁共振示踪技术测量ISS，杨军教授临床团队联合，阐明脑ISS的病理生理过程，证实经脑间质途径简单扩散给药治疗脑疾病的有效性。
脑细胞外间隙（ECS），也称脑间质系统ISS，神经细胞之间以及神经细胞和毛细血管之间的空间，由间质液（ISF）和细胞外基质（ECM）组成；ECS并非高度连通系统，被神经纤维束和血管壁分割成彼此独立的区域——脑新的功能分区。
这个颠覆性研究入选北京脑计划12个研究方向之一，也得到北京大学临床科学家计划支持。
专家点评医院贾旺教授：杨军教授多年来都在致力于术前手术计划以及术中智能技术的应用，给我们介绍了很多实用的技巧和手术体会，让我们大开眼界，受益匪浅。
本期演讲专家简介杨军，医学博士（后）、教授、主任医师、北京大学外科学（神经外科、医学技术）博士研究生导师。北京大学首批13位临床科学家之一、年王忠诚医学成就奖获得者。医院神经外科主任、北京大学医学部精准神经外科与肿瘤研究中心主任、北京大学医学部智慧医疗工程与技术学组副组长、磁共振成像与医学技术北京市重点实验室副主任。中华医学会北京神经外科分会副主任委员、中华医学会北京神经外科分会智能神经外科开发与应用委员会（学组）主任委员、世界华人神经外科协会委员、中国医师协会微创神经外科委员会副主任委员、中华中青年神经外科交流协会副会长、北京市住院医师规范培训专委会委员、《中华脑血管杂志副主编》等。师从于我国神经外科创始人王忠诚院士，在世界神经外科中心——美国凤凰城BNI和德国汉诺威INI等地学习。主要从事颅底病变及脑肿瘤、脑血管等基础与临床研究。调入医院担任神经外科主任，组建颅底和颅脑肿瘤组、脑血管病组、功能神经外科组、脊髓脊柱组、颅脑外伤组五个亚专业组及颅脑肿瘤、垂体瘤、脊髓栓系综合征、脑功能疾病4个MDT团队；科室有四项新技术获北医三院技术创新奖；带领科室成为北京市首批5个神经外科住院医师规培基地资格之一。SCI收录20篇（包括《Nature子刊》、《InterdisciplinaryNeurosurgery》等Q1区），其中以第一作者和通讯作者发表于中华级杂志65篇，SCI收录18篇；主编及参编著作、研究生教材等13部；主持及参与国家自然科学基金等20余项课题，获各级科技奖项12项。主持及参与国家自然科学基金等20余项课题，获各级科技奖项12项。目前获国家自然科学基金、北京大学临床科学家计划、医院临床重点项目等8项课题支持，参与北京大学临床科学家专项北京脑计划专项、北京市高精尖学科建设等关于《基于脑细胞外间隙新发现的脑病诊疗新技术研究》、《脑胶质瘤细胞微环境成像新技术研究》及《脑细胞微环境活体测量技术及脑病诊治新方法研究》重大项目。
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