天璣骨科手術機器人在骨科疑難手術中的應用

現如今，智能機器人已經參與到我們生產和生活中的方方面面。近日，在北京亦莊舉辦的2018世界機器人大會的博覽會上，有一款醫療機器人賺足了眼球，慕名前來展台參觀顧問的觀眾絡繹不絕。就連國務院副總理劉鶴、全國政協副主席萬鋼、工信部副部長辛國斌等長官和嘉賓都對它讚不絕口。這就是第三代國產骨科手術機器人「天璣?」。那麼，它究竟是如何完成骨科手術的?與傳統手術相比，骨科手術機器人有著哪些優勢?下面就讓我們來了解一下這位骨科手術機器人的前世今生吧。

左上：國務院副總理劉鶴，政協副主席萬鋼等中外長官嘉賓蒞臨天璣?展台；

右上：國務院副總理劉鶴聽取天智航董事長張送根介紹天璣?骨科手術機器人；

左下：工信部辛國斌副部長在講話中高度評價天璣?骨科手術機器人；

右下：天璣?骨科手術機器人吸引了大批觀眾。

「自有骨科手術開始，如何看到深層內部結構並準確操作、同時還不傷到其他組織，是最大的難題。」中華醫學會骨科學分會主任委員、北京積水潭醫院田偉院長說，「不同於表面軟組織，骨科的手術更像是在一個堅硬的暗箱內操作，所以需要深層三維太空的精確定位。」田偉院長總結了骨科手術的三大難題：看不見、打不準、拿不穩。

看不見——人眼無法看到內部結構；

打不準——打螺釘時，人手的穩定性和操作精度不夠；

拿不穩——很多因素都會影響醫生的穩定發揮。

北京積水潭醫院田偉院長在檢查患者病情

雖然X光射線的使用，可以讓醫生在手術中通過透視看到骨頭，但缺少立體太空定位，還有讓醫生患上放射病的隱患。能有一雙可以透視的眼睛看清人體內部結構、能有一條穩定的操作路徑保證手術品質，是骨科醫生的需求和痛點。

在北京航空航天大學教授、北京智慧製造研究院院長王田苗看來，這種痛點來自於醫生在傳統臨床手術中遇到的問題，用新技術和新設備解決痛點，正是創新的意義所在。

北京航空航天大學教授、北京智慧製造研究院院長王田苗

據介紹，第三代國產骨科手術機器人「天璣?」由北京積水潭醫院、北京航空航天大學、北京天智航公司、中國科學院歷經15年的聯合研發，是目前國際上唯一能夠開展脊柱全節段、骨盆及四肢骨折手術的骨科手術機器人系統，在骨科手術機器人技術領域處於國際領先水準。

「天璣?」使用了2D與3D影像精確配準、機器人隨動演算法、綜合避障演算法等高新技術，能夠通過三維影像與電腦導航系統進行精準定位，令手術精度達亞毫米級。

那麼，「天璣?」是如何完成骨科手術的呢?田偉院長給我們舉了這樣一個病例：一名43歲的男性患者，嚴重寰樞椎先天畸形合併顱底凹陷。但他需要手術的部位——上頸椎，是世界上公認最難、最危險的手術部位。手術中很容易把釘子打到神經上或大血管裡：椎動脈堵，會引發腦梗；椎動脈破，會大出血；打到脊髓傷了神經，病人會立馬癱瘓。病人幾番輾轉，卻被多家醫院拒之門外。

通過CT掃描影像找螺釘通道，醫生髮現右側完全無路可走，只有左側有一條緊挨大動脈和脊髓、僅剩4毫米寬的釘道。這例手術的精度需求，完全超越了人的能力。於是，田偉院長選擇了天璣?骨科手術機器人前來幫忙。

田偉院長使用天璣骨科手術機器人做手術

手術現場，C型臂對全麻的患者實行三維影像掃描，影像被同步傳輸至骨科手術機器人系統。田偉院長在導航系統螢幕上設計好釘道，天璣?的機械臂將手術工具精確定位到手術位置，套筒指向目的釘道的進釘點。接下來沿著套筒鑽入導針，插入患者身體內部，確認位置無誤後，再把一枚直徑4毫米的空心螺釘套進導針固定、拔出導針。之後，他對患者再次掃描，確認螺釘位置與規劃的完全一致！

左上：北京積水潭醫院田偉院長向世界展示天璣?骨科手術機器人；左下：北京積水潭醫院劉亞軍主任講解頸椎手術的困難之處；右側：第三代天璣?骨科手術機器人圖片

北京積水潭醫院劉亞軍主任曾在門診接待了一位樞椎（頸椎第二節）骨折的小夥子。按照傳統手術方式，需要從病人頸部後方切開一個至少15厘米的大口子、打一根特別斜的釘子，由於靠近豐富的靜脈叢和大血管，引發大出血的概率極高，醫生往往選擇放棄手術，給病人安一個外固定架回家休養。

但這次，劉亞軍主任選擇了骨科手術機器人。他在三維場景中設計好釘道，僅用一個1厘米切口的微創手術搞定一切。將病人術後影像與設計的釘道做比對，他發現誤差小於1毫米。「毫釐不差」真正成為現實。

「作為醫生，我或許能把每一發子彈都打到靶子上，但不能保證每一次都正中靶心，機器人的使用能讓手術更完美。」劉亞軍主任說。

北京天智航醫療科技股份有限公司董事長秘書邢玉柱介紹，與傳統手術相比，天璣?骨科手術機器人有明顯優勢。應用骨科手術機器人開展手術能夠提升手術精度，減少術中輻射，提高手術效率，並具有減少術中失血量和組織微創等優勢。實現複雜手術標準化、常規手術微創化、關鍵操作智能化。此外，「天璣」骨科手術機器人還具備外部通訊系統，可以通過遠程的服務平台提供智能醫學技術培訓、遠程手術指導等服務。

邢玉柱強調，天智航的成功主要得益於醫工企的深度結合：臨床醫生提出產品需求並對產品提供臨床驗證，工程技術深究技術提出解決方案，公司產業化團隊負責產業化開發和產品生產並最終服務於臨床需求。只有這樣，才能把一種創新的技術轉化成穩定、可靠、能夠拿到認證和許可的產品並最終上市。

在北航王田苗教授看來，精度高、不受環境影響、可以記憶和比對手術方案的機器人，將發揮越來越重要的作用。但它只是作為工具提供參考意見，根據情況作出判斷、決定手術方案和穿刺軌跡的醫生，仍將起決定性作用。

田偉院長也強調，醫療領域的創新需要以臨床醫生為主導，從一開始就得多方合作。「以臨床為中心，結合研究部門與企業，創新才能向前推進與轉化，不再停留在實驗室裡或者論文中，而是真正轉化成生產力。」田偉院長說。

天璣?骨科手術機器人整合了醫工智慧，讓骨科手術向智能化、精準化、微創化的方向邁進。希望天璣?骨科手術機器人未來能幫助更多醫生，造福更多患者。