骨科机器人技术是未来骨科医学的发展方向

骨科机器人技术是未来骨科医学的发展方向

田伟

1971年CT机的出现，则为检查体内解剖提供了更精确的影像数据。自此，医学影像开始广泛应用于骨科诊疗。

20世纪80年代后期微创理念的出现，大大促进了图像引导骨科手术的应用和推广。

同期，机器人技术在神经外科获得了临床应用（1985年），随即扩展到骨科（关节、脊柱、创伤）等多种外科领域，先后诞生了多种新的治疗理念和方法。

美国Integrated Surgical Systems公司在1992年推出了主动操作型骨科机器人产品RoboDoc，用于关节置换术中辅助骨骼和假体的成形、定位和置入。有研究表明，RoboDoc机器人手术的效果能够达到传统手术的水平，并且提供了独具优势的术前规划软件OrthoDoc；但同时，系统故障、股骨干处理时间长、并发症发生率高等问题也在一定程度上阻碍了该系统的广泛使用。

2001年出现的Acrobot Sculptor机器人是首个使用主动约束概念的骨科机器人。其后，随着研究的深入，并联机器人凭借其刚度大、精度高、体积小等优势，开始用于专用骨科手术设备研究。

Mazor公司于2001年开发了可固定在患者脊柱上的小型六自由度并联机构Renaissance系统，尖端定位精度<1mm，总体系统精度<1.5 mm，其直径50 mm，高80 mm，重量仅为250 g，该系统为被动式机器人，可用于专门引导脊柱融合术中螺钉植入方向，脊柱棘突钳固定在单个脊柱棘突上，可在附近三个椎体上开展手术操作。Hover-T微创框架可以为Renaissance设备提供19个安装位置，可实现更大的操作范围，适用于胸、腰、骶椎手术，截至2015年6月，全球装机量已超过80台。临床研究报道椎弓根置钉准确率达95%以上，显著优于传统手术效果，但存在操作比较复杂，缺少实时影像监控等缺陷。

我国对骨科机器人的研究在整体上仍处于初期阶段，研究及使用单位主要有北京积水潭医院、解放军总医院以及北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等科研机构。2002年，北京积水潭医院、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等单位“医工”联合，以创伤骨科为切入点，启动了我国骨科机器人研究。

随后，国内多家机构开展了相关研究，并在创伤骨科、脊柱外科、运动医学等领域取得技术突破，部分成果已应用于临床。

目前，北京积水潭医院主导研制的“天玑”骨科手术机器人系统的定位精度达到了亚毫米级，其适应证广泛，特别适用于微创术式，实现了全脊柱节段手术（尤其是针对胸椎、上颈椎的适应证手术治疗手段）的突破，已覆盖骨科45%以上的手术适应证。

2015年，北京积水潭医院使用机器人辅助技术陆续完成了世界首例基于术中实时三维影像的机器人辅助脊柱胸腰段骨折的微创内固定手术、世界首例基于术中实时三维影像的机器人辅助寰枢椎经关节螺钉内固定术和世界首例基于术中实时三维影像的机器人辅助齿状突骨折内固定术，定位精度及临床适用范围达国际领先水平。目前已经使用“天玑”机器人系统完成骨科手术上百例，临床报道椎弓根置钉准确率高达97.1%，提高了复杂脊柱手术的安全性。

微创骨科是21世纪骨科手术发展的主旋律，微创已成为骨科临床治疗的发展趋势。微创手术通过合理的手术规划、准确的手术定位与操作、最小的手术创伤，为骨科治疗提供最有效的方案，为患者提供最佳的治疗效果。

骨科机器人是推动骨科微创手术发展和普及的核心智能化装备。骨科机器人技术涉及医学图像处理、机器人、传感器、医疗大数据、手术规划、虚拟现实以及遥操作等多学科内容，能够从视觉、触觉和听觉上为医生决策和操作提供充分的支持，扩展医生的操作技能，有效提高手术诊断与评估、靶点定位、精密操作和手术训练的质量，缩短患者康复周期，已成为现代骨科未来发展的必然趋势。