精准、微创治疗是 21 世纪骨科手术发展的主旋律，已成为骨科临床治疗的发展趋势。微创手术通过合理的手术规划、准确的手术定位与操作、最小的手术创伤，为骨科治疗提供最有效的方案，为患者提供最佳的治疗效果。但此类手术对医疗设备、医生的手术经验和技巧等要求较高，传统的透视方法无法提供有效的术中影像支持，同时由于医生存在易疲劳、操作精度低等生理极限问题，进一步限制了手术精度及安全性。如何找到有效的工具或设备帮助医生提高手术的安全性及精确性成为研究的热点。骨科手术机器人是推动精准、微创手术发展和普及的核心智能化装备。骨科手术机器人技术是集医学、生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机学、机器人学等多学科为一体的新型交叉研究领域，能够从视觉、触觉和听觉上为医生决策和操作提供充分的支持，扩展医生的操作技能，有效提高手术诊断与评估、靶点定位、精密操作和手术的质术前将患者的关节手术区域的CT图像进行3D重建，然后依据3D图像，在电脑上虚拟出手术规划路径，通过术中光电导航设备，引导医生手持机械臂进行切割磨削的手术操作，术中系统红外线摄像头在反射弧中可动态观察手术位置，自轴位及矢状位等观察手术路径，规避危险区域，保障手术顺利完成的同时，缩短手术时间并减少手术出血量。日益凸显医学与信息科学等相关工程学科广泛交叉、深度融合的发展态势，是医疗领域“新技术革命”的典型代表，具有高度的战略性、成长性和带动性。
图1.美敦力导航、西门子C臂系统
机器人在 20 世纪 90 年代中期开始进入骨科领域，表现出卓越的临床实用性能，可提高手术精度、降低手术伤害、减轻医生劳动强度等。目前，国内外多个机构开发出了骨科手术机器人原型系统，骨科手术机器人自诞生之日起就受到了广泛且长期的关注，主要的机器人产品包括:用于辅助定位的Caspar（德国Ortomaquet 公司）、Renaissance（以色列Mazor 公司）、ROSAspine（法国MedTech 公司）、PinTrace（瑞典Medical Robotics 公司）等机器人；用于术中灵巧操作的RoboDoc（美国Think Sur⁃gical 公司）、RIO（美国Mako Surgical 公司）、Acrobot Sculptor（英国Acrobot 公司）等机器人。脊柱外科手术中经椎弓根内固定技术应用范围广泛，但手术风险性达到20%～30%。导航系统的应用，使该手术成功率明显改善。椎弓根内固定技术应用胸腰椎骨折患者中，在计算机辅助导航系统下注入螺钉，7%的螺钉穿透骨皮质，并未损伤神经及血管。传统定位方式手术中，40%的患者被螺钉穿透。应用导航辅助技术，患者螺钉穿透率骨皮质概率降低，在胸椎椎弓根固定手术中显现较大价值。
图2.导航在OLIF后路经皮椎弓根钉棒固定术中定位透视图
图3.导航引导下依次置入椎弓根导丝、经皮椎弓根螺钉
图4.前路OLIF+后路经皮椎弓根螺钉术后影像，显示内置物位置良好，效果满意
3.2 股骨颈骨折
在骨科手术机器人导航辅助下进行股骨颈骨折空心钉内固定手术，机械臂可按照所规划的导针进入股骨颈的路径和位置进行引导，在实时监控及路径自动修正过程中引导导针运行到位，辅助手术医生完成导针置入，提高导针进入股骨颈的一次性成功率，增加手术的流畅性。可避免因反复置入导针而延长手术时间和增加术中透视次数，一定程度上可减少患者出血量，并能减少患者术中肌肉软组织、骨骼等再损伤。骨科手术机器人导航辅助的经皮微创手术在一定程度上解决了手术者肉眼视野的限制，减小骨折暴露区域，达到微创小切口。
图5.股骨颈骨折中徒手置钉与导航辅助置钉术后效果对比（左图为徒手置钉，右图为导航辅助置钉）
图6.股骨颈骨折术中C臂摆放及参考架放置
图7.术前股骨颈空心钉的规划及模拟
图8.术后进行验证及整体效果均显示符合预期
3.3 骨盆骨折
目前椎弓根螺钉的导航在脊柱外科的应用已非常普遍。在骨盆骨折中，骨科导航技术已成功应用于包括骨盆截骨、简单髓臼骨折、骨骼螺钉固定等多种骨盆手术中。
导航应用于骨盆髋臼骨折手术的优点:
(1)精确的解剖结构。通过对获得的断层影像进行三维重建，可获得精确的解剖结构信息。
(2)手术时间缩短、放射量小。传统手术通过 C 型臂 X 线机的反复透视来确认骨盆内固定的准确性，这无疑增加了术者在 X 射线中暴露的时间，而导航则减少了术中手术医生和患者吸收放射线辐射剂量。
(3) 内固定准确安全。导航指导骨盆髋臼骨折手术，通过精确定位，提高了骨盆髋臼手术的精确性。
(4) 手术创伤小，手术痛苦轻，额外出血少。使输血量明显减少，甚至不输血，从一定意义上缩短了住院时间和术后康复时间，避免长期卧床，降低医疗费用，同时减轻医护人员负担。
图9.导航应用于骨盆耻骨支骨折
图10.术中导航、参考架需放置在C臂机对侧
图11.术后像可见切口微创且内置物位置精确
综上所述，精准、微创治疗是 21 世纪骨科手术发展的主旋律，已成为骨科临床治疗的发展趋势。骨科手术机器人是推动精准、微创手术发展和普及的核心智能化装备，发展前景广阔，市场巨大。骨科机器人及其导航技术是多学科交叉的结果，经过近 20 年的飞速发展，已经展现出巨大的临床应用价值和潜力。作为精准医疗的应用典范，骨科机器人及导航技术必将成为未来骨科主要发展方向之一，和数字骨科学深度整合，为骨科医生进行智能、微创、精准、个性医疗提供坚实基础。现有的各种导航技术虽已较为成熟，但各有缺点，微创化、无辐射化、多模态导航是未来研究的方向。
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