打开“意识开关” ROSA机器人辅助脑深部电刺激促醒长期意识障碍患者

　　2020年5月14日首都医科大学三博脑科医院功能神经外科董月青主任团队成功完成ROSA ONE（第二代ROSA神经外科机器人）辅助下的国内首台植物状态中央丘脑DBS手术，电极植入精度均在0.3mm以内。

　　三博脑科医院功能神经外科在应用ROSA一代手术机器人的基础上，引进ROSA ONE为ROSA二代机器人，重复定位精度提高了50%，骨性标志注册方式的定位精度0.2-0.3mm，机械臂的活动范围增加了近30cm，更高的精确度和灵活性更能满足包括DBS（脑深部电刺激）在内的神经外科技术需求。

　　颅脑创伤患者，存在颅内结构破坏，存在脑室腹腔分流和颅骨修补的特点，因此在选择植入颅内电极时受到很多限制，而手术机器人为我们提供了更准确到达靶点，减少误差的可能。

图1：影响颅脑创伤DBS的因素：颅骨缺损、分流泵和脑萎缩。

　　案例简介和手术过程

　　1.主诉：

　　患者男性，20岁，因“颅脑外伤后意识丧失3个月”入院。

　　2.主要病史：

　　患者步行过马路时，被突来的汽车撞飞，头部着地，当即昏迷，在当地医院检查发现颅脑多发出血点和小血肿，虽经抢救保住了性命，但却一直没有恢复意识，在当地行康复和高压氧治疗未见进一步的好转。为进一步治疗来我院。

　　3.体格检查：

　　患者意识不清，疼痛刺激睁眼。双侧瞳孔直径3mm，正大等圆，光反射灵敏。余颅神经查体不配合，眼轮匝肌(+)，下颌反射(+)。双上肢屈曲肌张力高，呈屈曲状态，可以缓慢伸直，下肢可以伸直，肌张力较上肢好，腱反射亢进，右侧好于左侧肢体，双刺巴氏征(+)。CRS-R评分(5分)：听觉惊吓无(0)；视觉惊吓(1)；疼痛刺激屈曲(2)；交流(0)；口腔活动进流食(1)；疼痛刺激觉醒(1)。

　　4.辅助检查

　　图2：A: 受伤第二天的片子，可见在脑干、基底节、胼胝体、额叶和颞极都可见小的出血点。B: 患者2.5个月后复查显示出血吸收，但存在脑萎缩。

　　图3: MRI磁敏感成像显示颅内多发出血灶，特别是在左侧丘脑受到严重的损伤。颅内损伤的区域限制了我们放置电极的侧别。

　　5.入院诊断：

　　弥漫性轴索损伤，植物状态，气管切开术后

　　6.手术方案：

　　ROSA ONE机器人辅助右侧中央丘脑脑深部电刺激置入术，计划靶点坐标(T2序列)：AC-PC中点，旁开8.5mm；后13.4mm；上1.0mm。

　　7.手术过程：

　　局麻下安装5枚骨性标记，0.8mm 中央丘脑连续扫描刻盘，融合患者术前核磁，确定中央丘脑靶点坐标。全麻下立体定向Leksell头架固定，并与ROSA机器人系统连接，骨性标记注册精度0.28mm。激光切口钻孔安装Stimlock。植入套管针，安装微电极推进器，测细胞电位及阻抗，Stimlock固定导线。融合确认靶点吻合后连接脉冲发生器放置右胸前。

　　 图4 5枚骨性Marker注册，Leksell框架固定，连接ROSA ONE机器人，机器人注册精度0.28mm。

图5 A 激光持续引导头皮切口与钻孔；B 术中二次定位精度无偏差；C 套管针置入与安装电极。

图6 术中复查头颅CT后再次和MRI进行融合，电极准确到达预定靶点

　　8.术后患者第6天开机进行调试

　　调试视频

　　视频1：患者在睡眠状态下设置参数，从频率100Hz，脉宽90us，电压从最低的1V开始，患者并没有表现出觉醒的迹象。

　　视频2：在电压3V时，开关机的反应：开机时病人出现手动，口角动，睁眼，觉醒，向右侧凝视；关机后病人马上出现闭眼和觉醒度的下降，进入睡眠状态

　　视频3 患者刺激觉醒时候的视频：患者觉醒度明显提高，表现为头来回晃动，口唇的活动和肢体的活动。

　　注：感谢患者家属提供上述视频和对促醒事业的支持，并授权神外前沿使用，谢谢

　　ROSA ONE机器人辅助DBS手术操作空间大、手术时间短、置入精度高、患者耐受性好，是辅助准确植入不可视靶点的优先选择。

　　简要综述

　　中央丘脑（central thalamus, CT）包括中央外侧核头端、中央旁核和中央中核束旁核的尾端，是哺乳动物大脑唤醒调节和感觉-运动整合全脑网络的关键组成部分。

　　严重脑损伤通常导致中央丘脑的功能障碍，导致觉醒功能的长期受损和认知功能障碍。中央丘脑深部电刺激是一种重建和维持唤醒调节以提高认知能力的治疗方法，成为严重脑损伤患者潜在脑深部电刺激的目标。通过不同的模式刺激中央丘脑的多个目标，进而向广泛的大脑皮质和纹状体发出弥散投射，表现出独特的放电特性，能够使睡眠转变为清醒[1]。

图7：长期意识障碍的的中央环路模型是认识意识障碍机制和治疗的基础。

　　中央丘脑长期以来被认为是哺乳动物大脑内调节觉醒网络的重要组成部分，该网络维持清醒状态，并整合前脑网络支持认知和目标导向行为[2]。由于严重脑损伤导致的持续认知障碍，包括注意力缺陷、情景和工作记忆的缺失、信息处理速度、唤醒调节和执行功能的下降等，显著的影响了患者的日常活动及生活质量。这些认知缺陷缺乏特意的治疗手段，而中央丘脑深部脑刺激[3]可以通过促进唤醒和整合额叶-丘脑-纹状体网络，促进清醒并有利于高级认知功能的恢复。最近的研究表明，中央丘脑脑深部刺激可增加多发创伤性脑损伤小鼠的唤醒和运动活动[4]，在选择性的大鼠中央外侧核神经元光遗传学激活过程中，出现了一个刺激频率依赖的大脑额叶和纹状体细胞的激活[5]。事实证明，中央丘脑脑深部电刺激能够有效的恢复多种行为能力，包括对1名6年以上仍处于最小意识状态的严重脑创伤患者的言语功能恢复和部分执行功能恢复[6]。

　　图8：丘脑内的板内核团，如中央外侧核，接受脑干网状结构的传入兴奋，中继后广泛投射到大脑皮层的区域。使之成为长期意识障碍促醒治疗的目标。

　　我们回顾分析了17例脑深部电刺激治疗的长期意识障碍患者的临床资料，其中创伤性脑损伤8例，非创伤性脑损伤9例。应用临床行为、电生理和PET-CT评估脑干网状结构-丘脑-大脑皮质的功能。脑深部电刺激的靶点为中央丘脑，所有患者临床随访1年。

　　结果创伤性脑损伤8例患者中，5有效，3例改善；非创伤性脑损伤中9例中，3有效，2例改善，4例无效，总体有效率为47.1%。无论创伤组和/或非创伤组1年后修订版昏迷恢复量表评分较入院时均有显著的提高 (均P

　　我们的结论是如果长期意识障碍患者符合临床行为评估、电生理和脑代谢的手术入选标准，脑深部电刺激可作为治疗意识障碍的有效手段[7]。

　　参考文献：

　　1.Steriade M, Curro R, Contreras D. Electrophysiological Properties of Intralaminar Thalamocortical Cells Discharging Rhythmic (Approximately 40 HZ) Spike-Bursts at Approximately 1000 HZ During Waking and Rapid Eye Movement Sleep. Neuroscience, 1993, 56(1): 1–9.。

　　2.Mair RG, Onos KD, Hembrook JR. Cognitive Activation by Central Thalamic Stimulation: The Yerkes-Dodson Law Revisited. Dose Response, 2011, 9(3):313-31.

　　3.Schiff ND. Moving toward a generalizable application of central thalamic deep brain stimulation for support of forebrain arousal regulation in the severely injured brain. Ann NY Acad Sci, 2012, 1265: 56–68.

　　4.Tabansky I, Quinkert AW, Rahman N, et al. Temporally-patterned deep brain stimulation in a mouse model of multiple traumatic brain injury. Behav Brain Res, 2014, 273: 123–132,

　　5.Liu J, Lee HJ, Weitz AJ, et al. Frequency-selective Control of Cortical and Subcortical Networks by Central Thalamus. Elife, 2015, 4:e09215.

　　6.Schiff ND, Giacino JT, Kalmar K, et al. Behavioural improvements with thalamic stimulation after severe traumatic brain injury. Nature, 2007, 448(7153):600-3.

　　7.董月青 魏熙乐 蔡立辉. 中央丘脑脑深部电刺激治疗长期意识障碍的临床研究, 中国微侵袭神经外科杂志，2020，6月，待发表.