脊柱外科領(lǐng)域的手術(shù)機(jī)器人正處于蓬勃發(fā)展的階段。從最早的Mazor機(jī)器人公司的SpineAssis機(jī)器人到環(huán)球醫(yī)療的ExcelsiusGPS機(jī)器人，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已批準(zhǔn)了4家公司的7個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)用于脊柱手術(shù)。除此之外，天智航公司的“天璣”骨科機(jī)器人也已經(jīng)成為國(guó)產(chǎn)骨科機(jī)器人的代表成功應(yīng)用于臨床。但是，這些脊柱手術(shù)機(jī)器人主要聚焦于提升椎弓根置釘?shù)臏?zhǔn)確性，并不能實(shí)施椎板切除術(shù)。為填補(bǔ)這一空白，李危石教授牽頭研制的脊柱椎板自主識(shí)切機(jī)器人系統(tǒng)可以自主識(shí)別并精準(zhǔn)切除椎板。
什么是脊柱椎板自主識(shí)切機(jī)器人系統(tǒng)？
而李危石教授牽頭研制的脊柱椎板自主識(shí)切機(jī)器人系統(tǒng)是一款全節(jié)段、多通道的脊柱椎板切除人機(jī)協(xié)同操作型機(jī)器人，由機(jī)械臂，末端執(zhí)行器，雙目導(dǎo)航儀及超聲骨動(dòng)力系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)初步實(shí)現(xiàn)了在垂直切割過(guò)程中識(shí)別椎板的內(nèi)層皮質(zhì)骨，以實(shí)現(xiàn)在即將穿透的情況下停下來(lái)，保證了垂直切割的安全性。
脊柱椎板自主識(shí)切機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
1）該系統(tǒng)獨(dú)創(chuàng)的術(shù)前規(guī)劃軟件優(yōu)化了脊柱空間定位方法，使得手術(shù)人員能夠通過(guò)預(yù)先生成的脊柱三維重建圖像來(lái)進(jìn)行手術(shù)籌劃。
2）在手術(shù)過(guò)程中，機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)整合操作端多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，并運(yùn)用深度學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)椎板切削狀況進(jìn)行分類，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)切削穿透時(shí)刻的準(zhǔn)確感知，確保手術(shù)安全，即實(shí)現(xiàn)了自主“識(shí)別”功能。
3）該系統(tǒng)相較于現(xiàn)有的脊柱機(jī)器人自動(dòng)化水平更高，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)椎板切除，即具備自主“切削”能力。
自識(shí)切機(jī)器人系統(tǒng)評(píng)估體系
在以往的手術(shù)中脊柱機(jī)器人多數(shù)功能為輔助椎弓根置釘，將機(jī)器人用于實(shí)施椎板切除術(shù)在全球還是首次進(jìn)行，李危石教授團(tuán)隊(duì)首次提出了機(jī)器人椎板切除效果的綜合評(píng)估體系。該體系從切削效率、準(zhǔn)確性和安全性三個(gè)維度評(píng)估機(jī)器人實(shí)施椎板切除術(shù)的實(shí)際效果。
自識(shí)切機(jī)器人系統(tǒng)手術(shù)達(dá)成預(yù)定目標(biāo)
本次實(shí)驗(yàn)使用來(lái)自4具尸體的7塊椎骨，隨機(jī)選擇每具尸體3塊胸椎和1塊腰椎。實(shí)驗(yàn)人員在手術(shù)前根據(jù)計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）數(shù)據(jù)規(guī)劃椎板切除路徑。機(jī)器人自主進(jìn)行椎板切除術(shù)，并進(jìn)行術(shù)后CT掃描。定量分析各切割平面與方案的偏差，定性評(píng)價(jià)其準(zhǔn)確性、安全性和切割效率。
以下為本次尸體實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
1）切削效率：進(jìn)行單側(cè)椎板切除的平均時(shí)間約5.5分鐘。單節(jié)段全椎板切除平均時(shí)間約13.6分鐘。
2）切削準(zhǔn)確性：實(shí)際切割平面和預(yù)先規(guī)劃平面之間的平均偏移距離在頭側(cè)為0.67±0.30mm，尾側(cè)為0.73±0.31mm，達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。
3）切削安全性：在總共80個(gè)切削平面中，83%被評(píng)為A級(jí)，18%被評(píng)是B級(jí)，沒(méi)有C級(jí)。沒(méi)有穿透不應(yīng)穿透區(qū)域，達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。
研究結(jié)果基本驗(yàn)證了該機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行胸腰椎自主椎板切除操作的準(zhǔn)確性和安全性，為后續(xù)該機(jī)器人的臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
世界首臺(tái)脊柱椎板自主識(shí)切機(jī)器人系統(tǒng)的問(wèn)世，將極大地促進(jìn)脊柱手術(shù)的發(fā)展，并且為醫(yī)療技術(shù)帶來(lái)了新的進(jìn)步。這個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)不僅可以減輕醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān)，還可以提高手術(shù)效率和精度，從而減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和并發(fā)癥。相信隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，該系統(tǒng)還將不斷升級(jí)和完善，為患者帶來(lái)更加精準(zhǔn)、安全和高效的手術(shù)治療。
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