准确率85.4%！大概没有比这更精准的辅助工具——骨科手术机器人
做手术？还是骨科手术？
或许大多数人听到这几个字，已经开始脑补画面，觉得担心又害怕了。
除了自身疾病带来的痛苦，手术风险或许是病患对于做手术最大的恐惧。但实际上随着机器人等技术发展，手术风险已经大幅降低。
“手术机器人协助82岁骨折老人进行骨科手术”“5岁幼童通过机器人辅助治疗腰椎滑脱”，翻看各省报道我们会发现这些接受骨科手术机器人治疗的患者不乏老幼病例。
骨科手术机器人以临床创伤小、并发症少、术后恢复快等优势，不仅成为各大医院救治情况特殊患者的新方式，而且成为更受患者认可的一种更加前沿、科学、有望降低风险的医疗选择。
▍骨科手术机器人为何成“新宠”？
近两年，随着医疗技术和科技的发展，新生代医生积极探索骨科手术的世界最前沿方式，手术方式也逐步从传统纯靠医师的开放切口手术，转向技术辅助型的微创手术，以减少手术创伤风险，提高手术稳定性。
而骨科其实作为手术机器人最早进入的领域之一，也是目前手术机器人研究和产业化集中的热点领域。
骨科类手术，一般不仅仅只与人体骨骼有关，更涉及到多个脏器以及影像学问题。众所周知，人体的运动系统解剖结构复杂，且往往串联着重要的神经血管组织，传统骨科手术无法观察到人体内部结构，在术中定位等过程中可能造成术中伤害且手术准确率低的问题。
由于骨骼刚性结构的特点，更加适合机器人进行精准定位和操作，同时骨科手术技术的不断进步和发展也对手术精度提出了越来越高的要求。
另外，以前医生们只能用传统的X光机。但传统的X光机每摆位一次，仅能得到一个方向的影像。而骨科手术机器人可在手术中实时同时得到正侧位的影像，精准定位，缩短手术时间，又能降低X光剂量，突显了其应用价值。
骨科手术机器人逐步应用在临床方面经历了较长的历程。
从2008 年首个骨科手术机器人系统 ROBODOC 获得 FDA 许可，国内外开始逐渐关注骨科手术机器人的发展，再到如今《骨科机器人行业发展 ” 十三五 ” 规划纲要》、《医疗装备产业发展规划（2021-2025 年）》等政策的发布，国内的骨科手术机器人已经开始从野蛮生长走向规范化和市场化，优秀方案持续浮现，让人不由感慨科技发展带来的快速改变。
那么机器人骨科手术到底对于医疗带来了哪些改变？可以发现个性化、精准化及微创化治疗方式是骨科手术的重要发展方向，手术机器人技术、医学影像技术及手术导航技术的应用成为该领域的研究热点。
目前已投入临床应用的骨科手术机器人大致可以分为三类:分别是关节外科、脊柱外科和创伤骨科。但由于创伤性骨科手术分型较多，手术需求更为复杂，使得现有的机器人系统还不足以满足实际手术需求，因此创伤骨科机器人目前还没有具体的临床应用与产品化推广。而目前多家实现机器人商用的企业集中在关节外科与脊柱外科。
与泌尿外科、妇科、普通外科中的疝气修复、结直肠外科、胆囊切除术及减肥手术领域中达芬奇机器人系统长期处于垄断地位不同，骨科机器人在国内外研发和应用市场都有着多方鼎立的企业分布。
值得注意的是，这些做骨科机器人的企业，其中有威高集团等老牌上市公司，骨科机器人为其近年来新拓展业务。也有发展相对较早且以骨科手术机器人为主营业务上市成功的天智航等国内骨科手术机器人龙头企业。
▍关节外科手术机器人
关节外科手术机器人是最早实现技术和商业应用的骨科手术机器人，按照操作控制方式可分为主动操作型和主动约束型。
相较主动操作型，主动约束型手术机器人能更好地展示和利用机器人系统的优势，通过主动约束可以保障关节切除操作的边界控制，从而提高手术安全性，并且利用医生引导的拖拽操作，使整个手术过程连续、可控。因此，主动约束型手术机器人具有更好的临床可操作性、适应性及安全性。
具体而言，关节外科手术机器人在关节置换手术中应用更多。关节置换类手术主要针对严重骨性关节炎、类风湿性关节炎、创伤性关节炎、强直性脊柱炎等疾病的患者。一般是采用金属、高分子聚乙烯、陶瓷等材料，根据人体关节的形态、构造及功能制成人工关节假体，通过外科手术植入人体内，达到缓解关节疼痛，替代和恢复关节功能的目的。
手术中需要将人工关节的假体安装在准确的位置，才能使假体获得良好的稳定性，也使得人体可以充分恢复关节的正常运动。
但这类病患需要进行的手术，不仅要对关节的病灶进行切除，还需要术者对关节的运动学原理高度熟悉与理解。因此全球领先的医疗器械企业一直都在寻找着能够降低手术门槛的解决方案。
例如由天智航自主研发的全膝关节置换手术机器人就有着“骨科手术导航定位系统”，可辅助外科医生进行全膝关节置换手术，系统辅助医生完成基于患者解剖和运动学的个体化关节置换手术设计，并对膝关节假体安装需要的截骨位置定位。
天智航TiRobot Recon
史赛克的Mako关节手术机器人系统在世界范围内已广泛使用，全球市占率达9%，并已经CFDA获证。而其开发的Mako智能骨科机器人2020年12月也在国内进行了首次手术，国家骨科与运动康复临床医学研究中心借助此产品完成了全国首例智能骨科机器人辅助全新生物型人工膝关节置换手术，精准进行高难度的生物型假体置入的手术操作。
最近，国内企业素问九州推出的”Sovajo 膝关节手术机器人”，也是针对关节置换手术研发。其通过对机械臂等硬件进行提升、软件和算法进行更新迭代来解决手术过程可能遇到的截骨震动、影像精度不高等相关难题。
Sovajo 膝关节置换手术机器人
▍脊柱外科手术机器人
脊柱外科手术机器人目前主要针对的临床术式为椎弓根钉固定术，机器人借助医学影像规划实现空间精准定位，自主完成或导引医生完成植入通道钻制操作。
例如在脊柱外科市场开创了外科手术导航系统和辅助产品的以色列Mazor Robotics公司，就让手术从传统的徒手操作进步到由精密的机器人辅助完成，如今来看Mazor Robotics的Renaissance依然是脊柱外科领域的代表之作。
脊柱手术机器人主要以实现精准、微创手术为目标，通过机器人精准定位以减小患者手术过程中的开口大小，减少神经损伤风险，最大限度地实现手术操作的精准度和安全性。这对于一些骨科发育不全的特殊人群来说有着非常强的适用性。
例如在传统小儿骨科手术治疗中，腰椎滑脱就是手术难度较高的一类手术，尤其是在置钉环节，由于儿童的生长结构与成人存在较大差异，同时个体之间也有细微差异。因此大多时候儿童手术需要先准确进行腰椎定位，这就需要借助X线诊断设备进行反复透视操作，然后依靠医生的空间想象力和临床实践操作经验来确定螺钉置入路径。这种依靠人力进行三维建图的方式，恰恰无法实现高精度手术，对于儿童来说也可能增加医源性损伤的概率。
针对于此国内企业铸正骨科手术机器人研发出佐航100和佐航300产品，分别是骨科钻孔调节定位器和脊柱外科手术导航定位设备。佐航100主要面向基层医疗机构，以直观图像定位技术配合被动机械臂和“医学图像处理软件”，更好地辅助医生完成多种椎弓根手术。佐航300则是专门面向高端三甲医院，核心技术是基于直观图像的双圆环定位方法，可支持局麻微创术式，是我国首台获NMPA批准上市的采用直观定位技术的国产脊柱导航定位机器人。
而天智航的天玑®骨科手术机器人手术台数目前突破万台，其中天玑II代机器人曾辅助完成吉林市首例腰椎肿瘤切除和内固定手术。普爱医疗天权PL300B等产品，也可针对性地引导医生在脊柱外科手术前进行预手术规划，辅助准确定位植入物或手术器械，使得手术精度提高至亚毫米级。
▍骨科手术难点与出路
骨科手术过程中，一般要用到大量的工具器械，手术医师必须掌握工具器械的设计原理，熟悉其使用方法。以往传统的骨科手术高度依赖医生的临床经验和医疗水平，但不同医生、不同层级医院的手术水平其实存在较大差异。
而且在我国，多数患者在寻求治疗时，其关节疾病已至晚期，存在严重的关节畸形和骨缺损等情况。这更需要医生有扎实的理论基础及丰富的临床经验，才能灵活的处理手术中出现的复杂情况。
据数据显示，仅仅是关节置换手术，2018 年全国的关节置换手术量已近 70 万台，其中人工全髋关节置换手术 439,324 台，人工全膝关节置换手术 249,259 台，膝关节单髁置换手术 11,200 台，手术需求量较大。
手术技术壁垒高、需求大、水平不稳定是目前骨科手术的三大难题。
而对于手术机器人来说，影像数据再处理、机械臂精准控制等软硬兼施的技术支持，可以为骨科手术的发展带来更好的效果。
医生在手术机器人规划软件上设计好置钉通道，系统算法自动计算出空间位置，并控制机械臂精确定位到手术位置，随后医生便可轻松完成手术螺钉的精准、安全植入，为病患的生命安全及功能恢复提供良好保障。
▍展望全面布局骨科医疗生态
骨科机器人是目前手术机器人中发展较为成熟的一个分支领域，全球手术机器人市场规模由2015年的30亿美元增长至2020年的83亿美元，年复合增长率达22.6%。2020年骨科手术机器人约为3亿美元，到2027年，全球骨科手术机器人市场将达到35亿美元。
但在我国，目前手术机器人的渗透率很低。2018年我国骨科机器人新增装机量约为26台，仅占全球总量不到4%。2019年新增装机量约为110台，但总体也只占据全球的11.1%左右。医生接受度和市场渗透率有很大提高空间。
根据骨圣元化机器人全膝关节置换临床数据结果我们得知，机器人组的力线恢复准确率为85.4%，手工对照组为65.6%，充分证明了产品较传统手术有更高的精准度。
智能骨科、数字骨科是骨科手术发展趋势所在，而更加完备的临床医学痛点解决方案，当然也需要长时间打磨，需要不断优化和改进。
此外，辅助诊疗系统等配套产品的布局也应当提上日程，真正的让机器人技术能早日让更多人受惠，而不是新闻里偶尔报道的“某省市首例”“第一次成功”等等相较个案的例子。
发展技术的目的终究是服务于人。尤其是对于身处病痛中的人们来说，手术对于他们的意义重大。而机器人技术有望帮助手术进行得更加安全，哪怕手术风险降低1%，相信对病人来说也是极大的鼓励。
来源：机器人大讲堂
