中国骨科机器人挑战手术“禁区”

  提到手术机器人，大家最先想到的就是“达芬奇”，然而，强大的“达芬奇”机器人仅适用于表面软组织手术，根本做不了复杂的骨科手术。

  骨科手术，尤其是骨盆和脊柱的手术，由于根本不可能解剖出深部的结构，所以医生只能开一个小口，在非常有限的视野下，仅凭自己大脑中对深部组织解剖的记忆和三维想象，配合着透视机来钻孔打钉子。

  不过，也正因为“达芬奇”在骨科手术上的短板，才诞生了我国自主研发、专门用于骨科手术的机器人“天玑”。9月21日，在北京召开的首届国际医用机器人创新发展论坛上，积水潭医院院长田伟向媒体介绍了这一全国医工领域顶尖精英共同的结晶。

  田伟表示，“天玑”引领骨科手术进入智能时代，引导医生完成图像配准、术前规划、自动定位、术后验证等置入操作，螺钉置入精度可达0.8毫米，属于真正的“指哪打哪”。

  据记者了解，“天玑”是由北京积水潭医院、北京航空航天大学、北京天智航公司、中国科学院联合研发，也是田伟团队12年刻苦攻关的成果，拥有完全自主产权，是真正意义上的中国“智”造产品。

  人的能力的局限性，是临床手术长期存在的瓶颈。“看不见、打不准、拿不稳”是骨科手术的三大难题。“看不见”是指医生无法看到内部结构；“打不准”是指钻孔打钉时人手操作精度不够；“拿不稳”是人手的稳定性很差。

  田伟告诉《中国科学报》记者，骨科医生最大的痛点就是“眼”和“手”，眼决定了手术的视野，由于手术在骨骼内开展，人眼视觉会存在一定的误差，导致损伤风险极高，即便通过透视技术看到内部，得到的也是重叠影像，而且对人体的辐射损伤很大。不仅如此，骨科手术操作的流程中，医生手部动作控制力、稳定性和重复性都不足，除此以外还有很多因素会影响医生的稳定发挥。

  因此，骨科医生们急需一双特殊的“眼睛”，可以实时三维立体地看清人体内部结构，以及电钻螺钉打入的三维过程；也急需一双特殊的“手”，可以一点不抖极其稳定，又能精确地按照“眼睛”分析出的操作路径，完成钻孔和拧入螺钉的过程。

  正因为这些临床需求，“天玑”应运而生。2016年11月16日，“天玑”骨科手术机器人正式获得原国家食品药品监督管理总局颁发的医疗器械注册证，并成功上市。田伟表示，目前，“天玑”已发展到第三代，是目前国际上唯一能够开展脊柱全节段（颈椎、胸椎、腰椎、骶椎）、骨盆以及四肢骨科手术的骨科机器人系统。

  它没有庞大的躯干，却有着一只可多维度灵活转动的机械手臂。“精准的3D机械眼和稳定有力的机械臂，这一国际首台通用型骨科手术机器人，使得骨科手术精准化、微创化、智能化。”谈及国产“天玑”，田伟颇感自豪。

  在外科手术中，上颈椎被称为手术的“禁区”，上颈椎畸形手术极为复杂。而“天玑”骨科机器人曾成功实施世界首例复杂上颈椎手术寰枢椎经关节突螺钉内固定术。

  “患者是位43岁的男性，严重寰枢椎先天畸形合并颅底凹陷。”田伟说，“这个病人手术危险性太高，医生在表面肯定找不清楚大血管中间这个很细的通道，谁都不敢去打。”

  鉴于患者病情罕见的复杂性，经院内专家讨论，认为可通过机器人高精度的长处辅助手术成功。田伟表示，由于骨科机器人嵌入了导航系统，可以每时每刻跟踪患者的细微变动，精度大幅度的提升，螺钉置入精度可达到亚毫米级，由此成功征服了上颈椎畸形这一脊柱外科领域最为复杂的手术。

  田伟表示，在“天玑”的辅助下，可以将常规骨科手术标准化，如股骨颈螺钉内固定术，机器人手术空心钉平行度及分散度均优于徒手操作，可达到教科书式的标准效果。

  另外，机器人也使得骨科手术微创化，“相比传统术式，利用骨科机器人辅助手术时间可减少50%，出血量减少95%，微创切口长度仅2厘米，大幅度减少了软组织损伤，也显著减少了患者术中、术后并发症的发生率。”田伟说。

  随着机器人技术和AI的不断融合，田伟表示，骨科机器人未来将不断弥补人类能力的短板，超越人类的能力，甚至自主完成手术的。不过他同时强调，新发展阶段下的骨科机器人将获得更加多“自主”的权限，但这一切必须以安全为前提。

  清华大学副秘书长、北京清华工业开发研究院院长金勤献在接受《中国科学报》记者正常采访时也强调了安全的重要性。他认为人工智能虽然发展非常迅速，但替代人类仍然非常遥远，手术机器人是医生助手的属性短期内不会改变。

  “机器是不会累的，思维也一直是清晰的，所以它会从始至终保持着精准度。另外，未来医用机器人一定还会与深度学习、人工智能更深入地结合，但是替代医生还面临着技术、伦理、法律等方面的诸多问题。”金勤献说。

  对于国内手术机器人的研发技术水平，金勤献坦言仍然与发达国家存在一定的差距，特别是在设备使用的材料方面，但是在AI领域的研究，我国已经走在国际前列。他表示，手术机器人是多学科交叉的领域，现在首先就要想办法积聚所有的领域的人才，增加创新的活力。

  在工信部装备司副巡视员王建宇看来，目前，医用机器人尚处于起步和探索发展的阶段，无论从机器人产业还是从医疗装备产业角度来看，都属于细致划分领域的蓝海。但他也坦言，医疗机器人行业仍存在基础研究较多、临床应用及产业化偏少，供需机制有待完善、临床应用推广面临瓶颈、产业化持续推动能力不够等问题。

  王建宇为此呼吁国内医疗装备企业应着眼未来，把握机遇，加强与国内外顶尖科技机构、一流高校院所、临床医院以及产业联盟的联系合作，共同构建医用机器人产业创新生态，提升我们国家医疗装备整体水平。

  会议当天，北京市医疗机器人产业创新中心挂牌成立。北京市经信委副巡视员姜广智介绍称，该中心是面向医疗机器人产业创新发展的重大需求，设立的一个高精尖产业创新体系的重要核心节点。他同时也希望该中心能够承担起营造共赢共生合作伙伴群的网络功能，承担起链接技术开发与产品工程化的平台责任。