【分享】骨科手术机器人的深度剖析-武汉致众科技股份有限公司

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【分享】骨科手术机器人的深度剖析

2017-07-19 6040

随着交通事故的频发和人们运动损伤的增多，骨创伤已经成为威胁人们健康的一大死因。因此，针对传统骨科手术，如何有效地提升手术治疗效果、完善手术的治疗理念是十分关键而又有必要的，在这种情况下，骨科手术机器人技术应运而生。

骨科手术机器人的发展史

骨科手术机器人是手术机器人领域的一个分支，其发展源于20世纪90年代初，当时的骨科手术机器人主要形式是凭借机器人的高精度规划和程序化自动运动能力，借用工业机器人的本体形式，主要应用于髋关节和膝关节的置换手术。

1991年，ISS公司联合JohnsHopkins大学推出了全球第一个骨科手术机器人系统，即著名的RoboDoc。RoboDoc机器人采用了四轴直角坐标工业机器人本体，使用患者股骨上插入的钛金属定位针来实现机器人与患者骨骼的相对定位，精度达到了0.1mm。ROBODOC主要用于关节置换术中辅助骨骼和假体的成形、定位和植入，可提高全膝（髋）置换手术的质量，具有较高的临床应用价值。

1997年，伦敦帝国理工学院的Davies开发了Acrobot机器人，提出了“主动约束”（ActiveConstraint）的概念，该系统需要将固定基准点位置的夹钳连接在股骨和胫骨上，从而实现手术中各坐标系配准，主要用于全膝关节置换和微创膝关节单髁置换术。

同年，德国Ortomaquet公司开发了CASPAR系统，该系统不仅可以在十字韧带重建手术，还可用于人工全膝和全髋关节置换手术中的骨面处理，术前，手术医生通过术前CT图像对病灶部位进行切割规划；术中，机器人自动完成对病灶部位的切割。

随着研究的深入，出现了更为专用的骨科机器人本体形式。日本东京大学、法国MedTech公司、意大利的StefanoBruni等采用串联结构相继研制出用于关节置换的机器人样机。同时基于并联机器人刚度大、精度高、体积小的特点，出现并联结构的专用骨科手术设备，例如，美国卡内基梅隆大学开发的MBARS系统（可进行髌骨关节成形术）和CRIGOS系统、韩国开发的ARTHROBOT系统（可进行全髋关节置换术）等。以色列Technion公司开发的MARS系统是一种能够在手术中精确自动定位的影像引导系统，适用于穿刺针、探针和导管的机械引导。

此外，2004年，韩国Hanyang大学开发的脊柱辅助手术系统SPINEBOT用于辅助椎弓根螺钉的植入过程。

2005年，法国MedTechSA研发的BRIGHT系统，用于锯骨或钻骨手术中的定位。

目前国际上虽然研发骨科手术机器人的公司有很多，但取得FDA认证，真正成为医疗产品的只有4家，除了上文提到ROBODOC机器人和Acrobot机器人外，另外两家分别是MAKO公司的RIO机器人系统和Mazor公司的SpineAssist机器人系统。

美国MAKO公司推出的RIO交互式骨科机器人系统可用于全髋、全膝和单髁置换手术，该系统采用基于骨性解剖标志点的配准方法完成三维配准，用光电跟踪器完成工具和患者的实时位置追踪。而该系统的最大特点在于采用一种交互式控制方法和虚拟切割导引技术辅助医生完成手术，即该系统的机器人并不主动完成骨切削，而是在医生把持下通过力反馈的方式辅助医生完成准确的骨骼切削操作。

Mazor医疗技术公司研发并推出的SpineAssist系统，是目前唯一可用于脊柱微创手术的机器人产品。该机器人主要为脊柱融合术中的螺钉人工植入过程提供精确的方向导引，用于椎弓根螺钉手术和经椎板关节突螺钉固定手术。SpineAssist工作站包含特殊设计的用户交互软件界面。软件系统能辅助术前规划过程，获得植入物的尺寸、进入点、角度和植入路径；术中能够配准术前CT图片和术中透视图片，并可在手术过程中控制SpineAssist操作器到达规划位姿，并自动选择最适合的导引臂尺寸，导引臂安装到SpineAssist操作器平台上，每个手臂配有一个骨钻引导套，最终由医生使用骨钻进行钻孔操作。

国内目前只有一台通过CFDA认证的骨科手术机器人，是来自北京天智航公司研发的“天玑”骨科手术机器人。该骨科机器人能够辅助医生精准定位植入物或手术器械，可应用于脊柱外科和创伤骨科，能有效地实现骨科的精准治疗。

总得说来，手术机器人在骨科应用的大样本临床研究还较少，限制了其广泛的临床应用。在国内，手术机器人系统在骨科使用尚处于起步阶段，仅有北京积水潭医院等少数几家大型医学中心在骨科中开展手术机器人系统的使用及研究。但可以预见的是，随着未来手术机器人系统、医学影像学及假体制造技术等多学科的进一步发展及结合，手术机器人系统必将成为微创骨科的发展趋势。并且，目前的骨科手术机器人为了保持其良好的刚性，普遍体积庞大而笨重，因而在未来，小型化和专业化也是骨科手术机器人发展的一个重要趋势。