全關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的機(jī)器人技術(shù)在2022年有所提高。外科醫(yī)生預(yù)測，到未來十年，隨著人工智能和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的進(jìn)一步整合，機(jī)器人技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展。
一、關(guān)于機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)
作為一門新興的交叉學(xué)科，數(shù)字智能骨科被譽(yù)為骨科領(lǐng)域的第三次技術(shù)浪潮。在關(guān)節(jié)外科方面，相繼涌現(xiàn)了人工智能輔助疾病診斷，各種數(shù)字骨科技術(shù)輔助手術(shù)規(guī)劃，導(dǎo)航和機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)，智能設(shè)備輔助康復(fù)，人工智能輔助隨訪等。其中機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)是目前最熱門的領(lǐng)域。
（一）機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的優(yōu)勢
綜合考慮骨科手術(shù)特點(diǎn)、操作安全性，配合醫(yī)生手術(shù)習(xí)慣等因素后，半主動(dòng)式設(shè)計(jì)的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)已成為主流。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，更為完善的手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)，包括術(shù)前計(jì)劃及術(shù)中調(diào)整計(jì)劃；第二，輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，可追蹤機(jī)械臂及患者相對位置，配合機(jī)械臂完成精確手術(shù)操作；第三，帶有觸覺反饋功能的機(jī)械臂，在導(dǎo)航輔助下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作，包括截骨或磨銼骨面，實(shí)現(xiàn)假體精準(zhǔn)安放；第四，通過設(shè)定機(jī)械臂操作安全區(qū)，增加精確性，減少副損傷及并發(fā)癥；第五，假體安放角度、力線恢復(fù)、軟組織平衡、肢體長度控制等操作標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和個(gè)性化，力求達(dá)到人體關(guān)節(jié)最佳功能，并積累和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析利用奠定基礎(chǔ)。
近年來已用于臨床的關(guān)節(jié)外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)包括美國史塞克公司的 Mako 機(jī)器人系統(tǒng)、英國施樂輝公司的 Navio 機(jī)器人系統(tǒng)、美國捷邁公司的Rosa機(jī)器人系統(tǒng)以及美國強(qiáng)生公司的VELYSTM機(jī)器人系統(tǒng)等。
▲圖：Rosa機(jī)器人系統(tǒng)
國內(nèi)研發(fā)雖然起步稍晚，但近年來進(jìn)步明顯，已進(jìn)行或完成臨床試驗(yàn)的系統(tǒng)包括“骨圣元化”機(jī)器人系統(tǒng)（骨圣元化機(jī)器人深圳有限公司）、“天璣”骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)（北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司）、“鴻鵠”機(jī)器人系統(tǒng)（蘇州微創(chuàng)暢行機(jī)器人有限公司）、“鍵嘉”機(jī)器人系統(tǒng)（杭州鍵嘉機(jī)器人有限公司）及“和華瑞博”機(jī)器人系統(tǒng)（北京和華瑞博科技有限公司）等。
▲圖：鴻鵠®骨科手術(shù)機(jī)器人
（二）機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的臨床療效
現(xiàn)有機(jī)器人系統(tǒng)用于輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)取得了較好的臨床結(jié)果，大量研究報(bào)道了使用機(jī)器人系統(tǒng)有更好的精確性或精準(zhǔn)性，在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)和單髁置換術(shù)時(shí)，假體安放位置、角度更為準(zhǔn)確，下肢力線恢復(fù)更好，偏離安全范圍的比例更低。
一項(xiàng)綜述了22項(xiàng)關(guān)于機(jī)器人輔助與常規(guī)器械關(guān)節(jié)置換手術(shù)的比較研究發(fā)現(xiàn)，其中12項(xiàng)顯示機(jī)器人輔助優(yōu)于常規(guī)器械關(guān)節(jié)置換手術(shù)；在影像學(xué)結(jié)果方面，14 項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)機(jī)器人輔助手術(shù)后力線恢復(fù)更準(zhǔn)確，一致性更好，提示機(jī)器人輔助手術(shù)具有總體優(yōu)越性。由于機(jī)器人系統(tǒng)術(shù)前計(jì)劃更為全面，術(shù)中操作更為準(zhǔn)確，因而膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的軟組織平衡也更為精確。
研究發(fā)現(xiàn)常規(guī)器械全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中截骨后，不經(jīng)松解使用壓力墊片測量，僅有約 50% 患者軟組織達(dá)平衡標(biāo)準(zhǔn)；而采用機(jī)器人輔助手術(shù)，達(dá)平衡標(biāo)準(zhǔn)的比例可達(dá) 65%；經(jīng)過壓力墊片結(jié)合機(jī)器人輔助再平衡后，達(dá)標(biāo)率則可至 87%。這表明，機(jī)器人系統(tǒng)在膝關(guān)節(jié)置換術(shù)軟組織平衡中具有重要作用。在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，機(jī)器人輔助下髖臼假體安放的外展角及前傾角更準(zhǔn)確，術(shù)后影像學(xué)測量值接近于術(shù)前規(guī)劃或術(shù)中測量值，在安全范圍內(nèi)的假體比例更高，下肢長度和偏心距恢復(fù)更好。
二、骨科醫(yī)生對使用機(jī)器人進(jìn)行全關(guān)節(jié)置換的看法
（一） 詹姆斯·阿博特醫(yī)生
來自Best Surgery & Therapies手術(shù)中心的骨科醫(yī)生、醫(yī)學(xué)博士詹姆斯·阿博特表示，機(jī)器人平臺(tái)在關(guān)節(jié)位置配準(zhǔn)、識(shí)別畸形、確定對齊和術(shù)中計(jì)劃方只會(huì)變得更快。使用可以即時(shí)規(guī)劃和平衡膝蓋的AI算法，術(shù)中計(jì)劃將更快地進(jìn)行。理想情況下，這些人工智能算法將基于接受過機(jī)器人手術(shù)的患者的實(shí)際手術(shù)結(jié)果數(shù)據(jù)，并開發(fā)用于優(yōu)化所用膝關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)特定的運(yùn)動(dòng)學(xué)功能。
下一個(gè)區(qū)別在于我們?nèi)绾稳コ穷^。目前我們使用鋸子和毛刺，但可以用計(jì)算機(jī)控制的微型機(jī)器代替，以準(zhǔn)確去除骨頭并為植入物做準(zhǔn)備，同時(shí)減少對軟組織的牽拉和拉扯。盡管如此，當(dāng)前的種植體設(shè)計(jì)仍然需要足夠的暴露，以便在骨骼準(zhǔn)備完成后準(zhǔn)確放置種植體。如果系統(tǒng)最終發(fā)展成一個(gè)開源平臺(tái)，可以加載特定于植入物的軟件，那就太好了，但考慮到目前的行業(yè)碎片化，這將是幾十年后的事。
（二） 安東尼·梅利洛醫(yī)生
Bay Oaks Orthopaedics & Sports Medicine診所的醫(yī)生、醫(yī)學(xué)博士安東尼·梅利洛說：“七年來，我一直使用史賽克（Stryker）公司的Mako 機(jī)器人進(jìn)行部分和全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)以及全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（包括翻修）。起初我很猶豫，因?yàn)檫@是一個(gè)新概念。但我現(xiàn)在可以說，如果沒有這項(xiàng)技術(shù)，我再也不會(huì)做關(guān)節(jié)置換手術(shù)了。
▲圖片源自史賽克官網(wǎng)（下同）
我現(xiàn)在已經(jīng)使用這個(gè)平臺(tái)，成功而自信地矯正了嚴(yán)重變形的膝蓋、臀部以及關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)。基于計(jì)算機(jī)的程序和術(shù)前CT掃描，能讓我在手術(shù)前真實(shí)了解整個(gè)畸形矯正過程。我可以在術(shù)前看到障礙，并制定計(jì)劃糾正，并在手術(shù)時(shí)準(zhǔn)備好糾正措施。
總而言之，全關(guān)節(jié)機(jī)器人技術(shù)，尤其是到2030年，將成為護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)。有兩點(diǎn)需要考慮，一是能夠?qū)Ⅲy臼杯放置在最大限度地提高個(gè)人髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確位置，二是考慮到腰椎運(yùn)動(dòng)、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)等。”
三、使用Mako 機(jī)器人進(jìn)行關(guān)節(jié)置換
Mako智慧關(guān)節(jié)機(jī)器人是目前國際上先進(jìn)的關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，全球應(yīng)用超過15年，擁有1200臺(tái)以上裝機(jī)覆蓋，累計(jì)完成手術(shù)超50萬例，權(quán)威文獻(xiàn)報(bào)道超200篇。Mako智慧關(guān)節(jié)機(jī)器人能夠協(xié)助醫(yī)生單髁關(guān)節(jié)置換，全膝關(guān)節(jié)置換以及全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)。
▲圖：Mako智慧關(guān)節(jié)機(jī)器人
基本原理是通過分析患者骨骼CT數(shù)據(jù)，做出個(gè)性化術(shù)前規(guī)劃，手術(shù)中實(shí)時(shí)傳送患者三維骨骼影像及關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，通過相對微創(chuàng)入路，讓骨科醫(yī)生及時(shí)調(diào)整或確認(rèn)計(jì)劃假體擺放位置，完全依照患者關(guān)節(jié)解剖形態(tài)進(jìn)行手術(shù)，實(shí)現(xiàn)術(shù)后快速恢復(fù)，恢復(fù)本體感覺。Mako智慧機(jī)器人真正實(shí)現(xiàn)了骨科領(lǐng)域的智能化、精準(zhǔn)手術(shù)操作，使患者更早回歸社會(huì)，恢復(fù)自理能力。目前中國已經(jīng)有20家醫(yī)院落地并開展Mako機(jī)器人輔助手術(shù)。
（一）工作原理
整個(gè)系統(tǒng)由導(dǎo)航模塊，攝像立架以及機(jī)器臂組成。
醫(yī)生可以在手術(shù)前通過導(dǎo)航模塊，在病人專屬的3D模型圖像上進(jìn)行病人的手術(shù)規(guī)劃。在手術(shù)中，系統(tǒng)通過攝像立架可在手術(shù)中實(shí)時(shí)捕捉病人的一些臨床參考信息，并將這些病人的數(shù)據(jù)反饋到系統(tǒng)內(nèi)。醫(yī)生可在截骨前再根據(jù)這些臨床參考信息進(jìn)一步優(yōu)化手術(shù)計(jì)劃。最后，獨(dú)有的反饋式機(jī)器臂輔助醫(yī)生在手術(shù)計(jì)劃的范圍內(nèi)完成截骨。
（二）產(chǎn)品優(yōu)勢
1. 手術(shù)精度達(dá)亞毫米級
醫(yī)生在手術(shù)前，根據(jù)機(jī)器人提供的病人三維立體圖像，從各個(gè)方位觀察病人的患處情況。并且，機(jī)器人也同時(shí)提供了病人的關(guān)鍵解剖信息給到術(shù)者用于測量計(jì)算，從而在術(shù)前確認(rèn)最適合病人的個(gè)性化手術(shù)方案。攝像頭系統(tǒng)實(shí)時(shí)捕捉病人體位信息以及機(jī)器人的位置信息，醫(yī)生通過操作機(jī)器人，將手術(shù)前計(jì)劃的手術(shù)方案完全應(yīng)用到病人的病患處；由于在截骨過程中會(huì)對病人產(chǎn)品微動(dòng)，系統(tǒng)獨(dú)有的體位補(bǔ)償技術(shù)可以抵消相應(yīng)的微動(dòng)，確保手術(shù)實(shí)施與手術(shù)計(jì)劃一致，保障手術(shù)精度和穩(wěn)定性。
2. 復(fù)雜手術(shù)精準(zhǔn)化
通常對于復(fù)雜人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，主要是由于患者髖部先天性發(fā)育不良或有明顯的解剖異常等原因使手術(shù)難度增加，從而致使術(shù)后發(fā)生并發(fā)癥概率增加，術(shù)后髖關(guān)節(jié)功能恢復(fù)相對較慢且不理想，假體預(yù)期壽命減少。
對于這類手術(shù)，由于手術(shù)中的不可預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)高，醫(yī)生需要花費(fèi)大量時(shí)間針對病人術(shù)前的X光片進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃。
Mako骨科機(jī)器人可以很好地幫助醫(yī)生解決以上問題，以髖部先天性發(fā)育不良為例。醫(yī)生在手術(shù)前即可針對病人的三維模型以及關(guān)鍵解剖信息制定出一個(gè)最優(yōu)的手術(shù)方案。根據(jù)手術(shù)方案，機(jī)器臂根據(jù)手術(shù)方案輔助醫(yī)生對病人的髖關(guān)節(jié)的進(jìn)行打磨以及髖臼杯的安裝，從而最大限度地縮小了手術(shù)中的不確定性以及風(fēng)險(xiǎn)，將醫(yī)生手術(shù)前的手術(shù)計(jì)劃完全地拷貝到病者的患處。
3. 適應(yīng)癥范圍廣
Mako骨科機(jī)器人是全球唯一可以完成膝關(guān)節(jié)及髖關(guān)節(jié)的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，研發(fā)至今在全球已經(jīng)累計(jì)完成了超過十萬余例的關(guān)節(jié)置換手術(shù)。在全美骨科排名第一的美國特種外科醫(yī)院已經(jīng)安裝了4臺(tái)，每天可完成12-16臺(tái)關(guān)節(jié)置換手術(shù)。
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