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隨著交通事故的頻發(fā)和人們運(yùn)動(dòng)損傷的增多，骨創(chuàng)傷已經(jīng)成為威脅人們健康的一大死因。因此，針對(duì)傳統(tǒng)骨科手術(shù)，如何有效地提升手術(shù)治療效果、完善手術(shù)的治療理念是十分關(guān)鍵而又有必要的，在這種情況下，骨科手術(shù)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

骨科手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展史

骨科手術(shù)機(jī)器人是手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)分支，其發(fā)展源于20世紀(jì)90年代初，當(dāng)時(shí)的骨科手術(shù)機(jī)器人主要形式是憑借機(jī)器人的高精度規(guī)劃和程序化自動(dòng)運(yùn)動(dòng)能力，借用工業(yè)機(jī)器人的本體形式，主要應(yīng)用于髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)的置換手術(shù)。

1991年，ISS公司聯(lián)合JohnsHopkins大學(xué)推出了全球第一個(gè)骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，即著名的RoboDoc。RoboDoc機(jī)器人采用了四軸直角坐標(biāo)工業(yè)機(jī)器人本體，使用患者股骨上插入的鈦金屬定位針來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與患者骨骼的相對(duì)定位，精度達(dá)到了0.1mm。ROBODOC主要用于關(guān)節(jié)置換術(shù)中輔助骨骼和假體的成形、定位和植入，可提高全膝（髖）置換手術(shù)的質(zhì)量，具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1997年，倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的Davies開發(fā)了Acrobot機(jī)器人，提出了“主動(dòng)約束”（ActiveConstraint）的概念，該系統(tǒng)需要將固定基準(zhǔn)點(diǎn)位置的夾鉗連接在股骨和脛骨上，從而實(shí)現(xiàn)手術(shù)中各坐標(biāo)系配準(zhǔn)，主要用于全膝關(guān)節(jié)置換和微創(chuàng)膝關(guān)節(jié)單髁置換術(shù)。

同年，德國(guó)Ortomaquet公司開發(fā)了CASPAR系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以在十字韌帶重建手術(shù)，還可用于人工全膝和全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的骨面處理，術(shù)前，手術(shù)醫(yī)生通過術(shù)前CT圖像對(duì)病灶部位進(jìn)行切割規(guī)劃；術(shù)中，機(jī)器人自動(dòng)完成對(duì)病灶部位的切割。

隨著研究的深入，出現(xiàn)了更為專用的骨科機(jī)器人本體形式。日本東京大學(xué)、法國(guó)MedTech公司、意大利的StefanoBruni等采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)相繼研制出用于關(guān)節(jié)置換的機(jī)器人樣機(jī)。同時(shí)基于并聯(lián)機(jī)器人剛度大、精度高、體積小的特點(diǎn)，出現(xiàn)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的專用骨科手術(shù)設(shè)備，例如，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)開發(fā)的MBARS系統(tǒng)（可進(jìn)行髕骨關(guān)節(jié)成形術(shù)）和CRIGOS系統(tǒng)、韓國(guó)開發(fā)的ARTHROBOT系統(tǒng)（可進(jìn)行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)）等。以色列Technion公司開發(fā)的MARS系統(tǒng)是一種能夠在手術(shù)中精確自動(dòng)定位的影像引導(dǎo)系統(tǒng)，適用于穿刺針、探針和導(dǎo)管的機(jī)械引導(dǎo)。

此外，2004年，韓國(guó)Hanyang大學(xué)開發(fā)的脊柱輔助手術(shù)系統(tǒng)SPINEBOT用于輔助椎弓根螺釘?shù)闹踩脒^程。

2005年，法國(guó)MedTechSA研發(fā)的BRIGHT系統(tǒng)，用于鋸骨或鉆骨手術(shù)中的定位。

目前國(guó)際上雖然研發(fā)骨科手術(shù)機(jī)器人的公司有很多，但取得FDA認(rèn)證，真正成為醫(yī)療產(chǎn)品的只有4家，除了上文提到ROBODOC機(jī)器人和Acrobot機(jī)器人外，另外兩家分別是MAKO公司的RIO機(jī)器人系統(tǒng)和Mazor公司的SpineAssist機(jī)器人系統(tǒng)。

美國(guó)MAKO公司推出的RIO交互式骨科機(jī)器人系統(tǒng)可用于全髖、全膝和單髁置換手術(shù)，該系統(tǒng)采用基于骨性解剖標(biāo)志點(diǎn)的配準(zhǔn)方法完成三維配準(zhǔn)，用光電跟蹤器完成工具和患者的實(shí)時(shí)位置追蹤。而該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)在于采用一種交互式控制方法和虛擬切割導(dǎo)引技術(shù)輔助醫(yī)生完成手術(shù)，即該系統(tǒng)的機(jī)器人并不主動(dòng)完成骨切削，而是在醫(yī)生把持下通過力反饋的方式輔助醫(yī)生完成準(zhǔn)確的骨骼切削操作。

Mazor醫(yī)療技術(shù)公司研發(fā)并推出的SpineAssist系統(tǒng)，是目前唯一可用于脊柱微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人產(chǎn)品。該機(jī)器人主要為脊柱融合術(shù)中的螺釘人工植入過程提供精確的方向?qū)б?，用于椎弓根螺釘手術(shù)和經(jīng)椎板關(guān)節(jié)突螺釘固定手術(shù)。SpineAssist工作站包含特殊設(shè)計(jì)的用戶交互軟件界面。軟件系統(tǒng)能輔助術(shù)前規(guī)劃過程，獲得植入物的尺寸、進(jìn)入點(diǎn)、角度和植入路徑；術(shù)中能夠配準(zhǔn)術(shù)前CT圖片和術(shù)中透視圖片，并可在手術(shù)過程中控制SpineAssist操作器到達(dá)規(guī)劃位姿，并自動(dòng)選擇最適合的導(dǎo)引臂尺寸，導(dǎo)引臂安裝到SpineAssist操作器平臺(tái)上，每個(gè)手臂配有一個(gè)骨鉆引導(dǎo)套，最終由醫(yī)生使用骨鉆進(jìn)行鉆孔操作。

國(guó)內(nèi)目前只有一臺(tái)通過CFDA認(rèn)證的骨科手術(shù)機(jī)器人，是來自北京天智航公司研發(fā)的“天璣”骨科手術(shù)機(jī)器人。該骨科機(jī)器人能夠輔助醫(yī)生精準(zhǔn)定位植入物或手術(shù)器械，可應(yīng)用于脊柱外科和創(chuàng)傷骨科，能有效地實(shí)現(xiàn)骨科的精準(zhǔn)治療。

總得說來，手術(shù)機(jī)器人在骨科應(yīng)用的大樣本臨床研究還較少，限制了其廣泛的臨床應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)在骨科使用尚處于起步階段，僅有北京積水潭醫(yī)院等少數(shù)幾家大型醫(yī)學(xué)中心在骨科中開展手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的使用及研究。但可以預(yù)見的是，隨著未來手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)及假體制造技術(shù)等多學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展及結(jié)合，手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)必將成為微創(chuàng)骨科的發(fā)展趨勢(shì)。并且，目前的骨科手術(shù)機(jī)器人為了保持其良好的剛性，普遍體積龐大而笨重，因而在未來，小型化和專業(yè)化也是骨科手術(shù)機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

來源：思宇醫(yī)械觀察

整理：TACRO

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