我國(guó)新一代骨科手術(shù)機(jī)器人“天璣”領(lǐng)先世界

　　全年45000臺(tái)!這一數(shù)字將北京積水潭醫(yī)院送上全世界單個(gè)醫(yī)院骨科手術(shù)量最大的位置。

　　“自有骨科手術(shù)開始，如何看到深層內(nèi)部結(jié)構(gòu)并準(zhǔn)確操作、同時(shí)還不傷到其他組織，是最大的難題。”中華醫(yī)學(xué)會(huì)骨科學(xué)分會(huì)主任委員、北京積水潭醫(yī)院院長(zhǎng)田偉說。

　　2016年12月18日，中華醫(yī)學(xué)會(huì)第十八屆骨科學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十一屆COA國(guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)上，田偉站在天智航公司展臺(tái)前，為到訪的國(guó)外同行和圍觀群眾演示骨科手術(shù)的“新式武器”。

　　圖① 中華醫(yī)學(xué)會(huì)第十八屆骨科學(xué)術(shù)會(huì)議上，積水潭醫(yī)院院長(zhǎng)田偉(右一)向外國(guó)專家介紹“天璣”骨科機(jī)器人。 張序慶攝

　　圖② 積水潭醫(yī)院脊柱外科副主任劉亞軍用脊柱模型介紹上頸椎手術(shù)的危險(xiǎn)性。 經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者 陳瑩瑩攝

　　圖③ “天璣”骨科手術(shù)機(jī)器人。 (資料圖片)

　　這臺(tái)名為“天璣”的第三代國(guó)產(chǎn)骨科手術(shù)機(jī)器人，是世界上唯一一個(gè)能夠開展四肢、骨盆骨折以及脊柱全節(jié)段(頸椎、胸椎、腰椎、骶椎)手術(shù)的骨科機(jī)器人系統(tǒng)。

　　為“天璣”這一刻的亮相，北京積水潭醫(yī)院、北京航空航天大學(xué)、天智航公司與中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，已經(jīng)醞釀了15年。

　　直擊難題

　　“不同于表面軟組織，骨科的手術(shù)更像是在一個(gè)堅(jiān)硬的暗箱內(nèi)操作，所以需要深層三維空間的精確定位。”田偉總結(jié)了骨科手術(shù)的三大難題：看不見、打不準(zhǔn)、拿不穩(wěn)。

　　看不見——人眼無法看到內(nèi)部結(jié)構(gòu);打不準(zhǔn)——打螺釘時(shí)，人手的穩(wěn)定性和操作精度不夠;拿不穩(wěn)——很多因素都會(huì)影響醫(yī)生的穩(wěn)定發(fā)揮。

　　X光射線的使用，可以讓醫(yī)生在手術(shù)中通過透視看到骨頭，但缺少立體空間定位，還有讓醫(yī)生患上放射病的隱患;以達(dá)芬奇為代表的醫(yī)療機(jī)器人，擅長(zhǎng)縫合與剝離、但看不見深部組織，骨科手術(shù)用不上。

　　能有一雙可以透視的眼睛看清人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、能有一條穩(wěn)定的操作路徑保證手術(shù)質(zhì)量，是骨科醫(yī)生的需求和痛點(diǎn)。

　　在北京航空航天大學(xué)教授、北京智慧制造研究院院長(zhǎng)王田苗看來，這種痛點(diǎn)來自于醫(yī)生在傳統(tǒng)臨床手術(shù)中遇到的問題，用新技術(shù)和新設(shè)備解決痛點(diǎn)，正是創(chuàng)新的意義所在。

　　2002年，王田苗團(tuán)隊(duì)開始與積水潭醫(yī)院一起，研究適用于創(chuàng)傷骨科的手術(shù)機(jī)器人。他試圖站在醫(yī)生的角度解決兩個(gè)問題：其一，病人定位精度怎么解決?其二，有沒有可能減少對(duì)病人和醫(yī)生的X光輻射?雙平面機(jī)器人的設(shè)計(jì)、手術(shù)操作流程的優(yōu)化和遠(yuǎn)距離控制，逐一解決了這些問題。

　　為將實(shí)驗(yàn)室與臨床的研究成果向市場(chǎng)轉(zhuǎn)化，天智航公司于2005年成立。

　　“10多年前，產(chǎn)學(xué)研醫(yī)可沒有現(xiàn)在那么時(shí)髦，實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品很多、醫(yī)生的想法很多，但真正把實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與一線需求結(jié)合起來形成有實(shí)用價(jià)值的科技成果則少之又少。”北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司董事、副總經(jīng)理王彬彬說，這家為了骨科手術(shù)機(jī)器人成果轉(zhuǎn)化而成立的公司，目的只有一個(gè)：把醫(yī)生的思路、需求和技術(shù)端相結(jié)合，最終積淀在產(chǎn)品上。

　　2009年3月份，第一代骨科手術(shù)機(jī)器人問世，但因?yàn)椴僮鞣爆?、適應(yīng)癥少、臨床作用有限，難以得到一線醫(yī)生的青睞。

　　2012年，天智航公司推出第二代骨科手術(shù)機(jī)器人，適應(yīng)癥范圍從長(zhǎng)骨擴(kuò)展到骨盆，但依然做不了難度更高的脊柱手術(shù)。

　　路向何方

　　假如骨科手術(shù)機(jī)器人的適應(yīng)癥范圍沒有大幅拓展，將很難做到國(guó)際領(lǐng)先。市場(chǎng)上的手術(shù)機(jī)器人都面臨同一個(gè)問題：視野。沒有眼睛的骨科手術(shù)機(jī)器人，下一步該往哪里走?

　　幾乎和創(chuàng)傷骨科機(jī)器人的研究同步，2002年，北京積水潭醫(yī)院在國(guó)內(nèi)率先引進(jìn)計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助手術(shù)技術(shù)。以脊柱外科為代表的科室，一直在試圖解決手術(shù)中“眼”的問題。

　　北京積水潭醫(yī)院脊柱外科副主任劉亞軍告訴記者，骨科手術(shù)最怕螺釘打到神經(jīng)上、血管上，不同年代的骨科大夫都在通過不同的方法來提高手術(shù)精度、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

　　在北京積水潭醫(yī)院，隨著導(dǎo)航輔助手術(shù)例數(shù)的增長(zhǎng)，越來越多的一線醫(yī)生和科室加入了使用導(dǎo)航開展手術(shù)的行列。經(jīng)過多年的鉆研，導(dǎo)航的臨床精度縮小至1毫米，已經(jīng)能夠滿足頸胸椎等對(duì)精度要求極為苛刻部位的手術(shù)條件，還帶來了3個(gè)好處：高危手術(shù)安全化、常規(guī)手術(shù)微創(chuàng)化、減少對(duì)醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)的依賴。

　　“我們已經(jīng)有了可以透視的眼睛，就缺少一雙精準(zhǔn)而不知疲倦的手。”劉亞軍笑言。

　　導(dǎo)航，能讓釘子打“準(zhǔn)”;機(jī)器人，能讓醫(yī)生手“穩(wěn)”。作為脊柱外科的權(quán)威專家，田偉提出新方案：能否把導(dǎo)航和機(jī)器人的研究結(jié)合起來?用導(dǎo)航技術(shù)解決視野問題，用機(jī)器人系統(tǒng)解決操作問題。

　　一個(gè)基于3D影像的骨科機(jī)器人構(gòu)想就此形成，從2013年底開始，“手眼合一”的進(jìn)程迅速向前推進(jìn)。

　　“以田偉為代表的脊柱外科大夫使用計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟，為了提高手術(shù)精度和操作方便，他們大膽運(yùn)用我們?cè)跈C(jī)器人方面的研究，并給出了體系結(jié)構(gòu)、流程標(biāo)準(zhǔn)和定位方法。”王田苗說。

　　不忘初心

　　2015年8月12日，世界上第一例復(fù)雜上頸椎畸形機(jī)器人輔助內(nèi)固定手術(shù)在北京積水潭醫(yī)院實(shí)施，主刀醫(yī)生是田偉。

　　上頸椎，是世界上公認(rèn)最難、最危險(xiǎn)的手術(shù)部位。手術(shù)中很容易把釘子打到神經(jīng)上或大血管里：椎動(dòng)脈堵，會(huì)引發(fā)腦梗;椎動(dòng)脈破，會(huì)大出血;打到脊髓傷了神經(jīng)，病人會(huì)立馬癱瘓。

　　這名43歲的男性患者，嚴(yán)重寰樞椎先天畸形合并顱底凹陷，已經(jīng)被多家醫(yī)院拒之門外。通過CT掃描圖像找螺釘通道，醫(yī)生發(fā)現(xiàn)右側(cè)完全無路可走，只有左側(cè)有一條緊挨大動(dòng)脈和脊髓、僅剩4毫米寬的釘?shù)馈?/p>

　　這例手術(shù)的精度需求，完全超越了人的能力。手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)，C型臂對(duì)全麻的患者實(shí)行三維影像掃描，圖像被同步傳輸至骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。田偉在導(dǎo)航系統(tǒng)屏幕上設(shè)計(jì)好釘?shù)?，機(jī)器人的機(jī)械臂將手術(shù)工具精確定位到手術(shù)位置，套筒指向目的釘?shù)赖倪M(jìn)釘點(diǎn)。田偉沿著套筒鉆入導(dǎo)針，插入患者身體內(nèi)部，確認(rèn)位置無誤后，再把一枚直徑4毫米的空心螺釘套進(jìn)導(dǎo)針固定、拔出導(dǎo)針。之后，他對(duì)患者再次掃描，確認(rèn)螺釘位置與規(guī)劃的一致。

　　“醫(yī)療領(lǐng)域很難有世界領(lǐng)先的技術(shù)出現(xiàn)，但國(guó)產(chǎn)骨科機(jī)器人就實(shí)現(xiàn)了這樣的突破。”親歷整場(chǎng)手術(shù)的劉亞軍激動(dòng)不已，“確實(shí)能幫到大夫，確實(shí)臨床非常需要”，他用兩個(gè)“確實(shí)”形容最新一代的骨科手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品。

　　5個(gè)月后，劉亞軍在門診接待了一位樞椎(頸椎第二截)骨折的小伙子。按照傳統(tǒng)手術(shù)方式，需要從病人后背切開一個(gè)至少15厘米的大口子、打一根特別斜的釘子，由于靠近豐富的靜脈沖和大血管，引發(fā)大出血的概率極高，醫(yī)生往往選擇放棄手術(shù)，給病人安一個(gè)外固定架回家休養(yǎng)。

　　這次，劉亞軍選擇了手術(shù)機(jī)器人。他在三維場(chǎng)景中設(shè)計(jì)好釘?shù)?，用一個(gè)1厘米切口的微創(chuàng)手術(shù)搞定一切。將病人術(shù)后圖像與設(shè)計(jì)的釘?shù)雷霰葘?duì)，他發(fā)現(xiàn)誤差小于1毫米。“毫厘不差”真正成為現(xiàn)實(shí)。

　　“作為醫(yī)生，我或許能把每一發(fā)子彈都打到靶子上，但不能保證每一次都正中靶心，機(jī)器人的使用能讓手術(shù)更完美。”劉亞軍說。

　　2016年年底，在拿到醫(yī)療機(jī)器人Ⅲ類器械注冊(cè)證兩天后，第三代骨科手術(shù)機(jī)器人“天璣”Tirobot閃亮登場(chǎng)第十一屆COA國(guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)。

　　長(zhǎng)期堅(jiān)持產(chǎn)學(xué)研醫(yī)多方合作，被王田苗視為關(guān)鍵要素的重中之重。“從基本想法、形成模型到各種實(shí)驗(yàn)，醫(yī)院和學(xué)校是創(chuàng)新的主力;但從系統(tǒng)到樣機(jī)、產(chǎn)品、拿到許可證和臨床推廣，則需要以醫(yī)院和企業(yè)為主、學(xué)校為輔。”王田苗說，要在這一領(lǐng)域取得成績(jī)，需要高校建立醫(yī)工交叉合作的機(jī)制、需要國(guó)家長(zhǎng)期的經(jīng)費(fèi)支持、需要社會(huì)金融生態(tài)環(huán)境的保證。

　　在王田苗看來，精度高、不受環(huán)境影響、可以記憶和比對(duì)手術(shù)方案的機(jī)器人，將發(fā)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(jù)情況作出判斷、決定手術(shù)方案和穿刺軌跡的醫(yī)生，仍將起決定性作用。

　　田偉則強(qiáng)調(diào)，醫(yī)療領(lǐng)域的創(chuàng)新需要以臨床醫(yī)生為主導(dǎo)，從一開始就得多方合作，想法來自臨床、研究單位將其變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)、企業(yè)參與進(jìn)來將研究轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品和商品。

　　“以臨床為中心，結(jié)合研究單位與企業(yè)，創(chuàng)新才能向前推進(jìn)與轉(zhuǎn)化，不再停留在實(shí)驗(yàn)室里或者論文中，而是真正轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力。”田偉說。