我國新一代骨科手術(shù)機器人“天璣”領(lǐng)先世界

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

　　“自有骨科手術(shù)開(kāi)始，如何看到深層內部結構并準確操作、同時(shí)還不傷到其他組織，是最大的難題。”中華醫學(xué)會(huì )骨科學(xué)分會(huì )主任委員、北京積水潭醫院院長(cháng)田偉說(shuō)。

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

　　圖① 中華醫學(xué)會(huì )第十八屆骨科學(xué)術(shù)會(huì )議上，積水潭醫院院長(cháng)田偉(右一)向外國專(zhuān)家介紹“天璣”骨科機器人。 張序慶攝

　　圖② 積水潭醫院脊柱外科副主任劉亞軍用脊柱模型介紹上頸椎手術(shù)的危險性。 經(jīng)濟日報記者 陳瑩瑩攝

　　圖③ “天璣”骨科手術(shù)機器人。 (資料圖片)

　　這臺名為“天璣”的第三代國產(chǎn)骨科手術(shù)機器人，是世界上唯一一個(gè)能夠開(kāi)展四肢、骨盆骨折以及脊柱全節段(頸椎、胸椎、腰椎、骶椎)手術(shù)的骨科機器人系統。

　　為“天璣”這一刻的亮相，北京積水潭醫院、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)堅硬的暗箱內操作，所以需要深層三維空間的精確定位。”田偉總結了骨科手術(shù)的三大難題：看不見(jiàn)、打不準、拿不穩。

　　看不見(jiàn)——人眼無(wú)法看到內部結構;打不準——打螺釘時(shí)，人手的穩定性和操作精度不夠;拿不穩——很多因素都會(huì )影響醫生的穩定發(fā)揮。

　　X光射線(xiàn)的使用，可以讓醫生在手術(shù)中通過(guò)透視看到骨頭，但缺少立體空間定位，還有讓醫生患上放射病的隱患;以達芬奇為代表的醫療機器人，擅長(cháng)縫合與剝離、但看不見(jiàn)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部結構、能有一條穩定的操作路徑保證手術(shù)質(zhì)量，是骨科醫生的需求和痛點(diǎn)。

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

　　2002年，王田苗團隊開(kāi)始與積水潭醫院一起，研究適用于創(chuàng )傷骨科的手術(shù)機器人。他試圖站在醫生的角度解決兩個(gè)問(wèn)題：其一，病人定位精度怎么解決?其二，有沒(méi)有可能減少對病人和醫生的X光輻射?雙平面機器人的設計、手術(shù)操作流程的優(yōu)化和遠距離控制，逐一解決了這些問(wèn)題。

　　為將實(shí)驗室與臨床的研究成果向市場(chǎng)轉化，天智航公司于2005年成立。

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

　　2009年3月份，第一代骨科手術(shù)機器人問(wèn)世，但因為操作繁瑣、適應癥少、臨床作用有限，難以得到一線(xiàn)醫生的青睞。

　　2012年，天智航公司推出第二代骨科手術(shù)機器人，適應癥范圍從長(cháng)骨擴展到骨盆，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)機器人的適應癥范圍沒(méi)有大幅拓展，將很難做到國際領(lǐng)先。市場(chǎng)上的手術(shù)機器人都面臨同一個(gè)問(wèn)題：視野。沒(méi)有眼睛的骨科手術(shù)機器人，下一步該往哪里走?

　　幾乎和創(chuàng )傷骨科機器人的研究同步，2002年，北京積水潭醫院在國內率先引進(jìn)計算機導航輔助手術(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(wèn)題。

　　北京積水潭醫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(guò)不同的方法來(lái)提高手術(shù)精度、降低手術(shù)風(fēng)險。

　　在北京積水潭醫院，隨著(zhù)導航輔助手術(shù)例數的增長(cháng)，越來(lái)越多的一線(xiàn)醫生和科室加入了使用導航開(kāi)展手術(shù)的行列。經(jīng)過(guò)多年的鉆研，導航的臨床精度縮小至1毫米，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足頸胸椎等對精度要求極為苛刻部位的手術(shù)條件，還帶來(lái)了3個(gè)好處：高危手術(shù)安全化、常規手術(shù)微創(chuàng )化、減少對醫生經(jīng)驗的依賴(lài)。

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

　　導航，能讓釘子打“準”;機器人，能讓醫生手“穩”。作為脊柱外科的權威專(zhuān)家，田偉提出新方案：能否把導航和機器人的研究結合起來(lái)?用導航技術(shù)解決視野問(wèn)題，用機器人系統解決操作問(wèn)題。

　　一個(gè)基于3D影像的骨科機器人構想就此形成，從2013年底開(kāi)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算機輔助導航系統已經(jīng)非常成熟，為了提高手術(shù)精度和操作方便，他們大膽運用我們在機器人方面的研究，并給出了體系結構、流程標準和定位方法。”王田苗說(shuō)。

　　不忘初心

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

　　上頸椎，是世界上公認最難、最危險的手術(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，嚴重寰樞椎先天畸形合并顱底凹陷，已經(jīng)被多家醫院拒之門(mén)外。通過(guò)CT掃描圖像找螺釘通道，醫生發(fā)現右側完全無(wú)路可走，只有左側有一條緊挨大動(dòng)脈和脊髓、僅剩4毫米寬的釘道。

　　這例手術(shù)的精度需求，完全超越了人的能力。手術(shù)現場(chǎng)，C型臂對全麻的患者實(shí)行三維影像掃描，圖像被同步傳輸至骨科手術(shù)機器人系統。田偉在導航系統屏幕上設計好釘道，機器人的機械臂將手術(shù)工具精確定位到手術(shù)位置，套筒指向目的釘道的進(jìn)釘點(diǎn)。田偉沿著(zhù)套筒鉆入導針，插入患者身體內部，確認位置無(wú)誤后，再把一枚直徑4毫米的空心螺釘套進(jìn)導針固定、拔出導針。之后，他對患者再次掃描，確認螺釘位置與規劃的一致。

　　“醫療領(lǐng)域很難有世界領(lǐng)先的技術(shù)出現，但國產(chǎn)骨科機器人就實(shí)現了這樣的突破。”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)機器人產(chǎn)品。

　　5個(gè)月后，劉亞軍在門(mén)診接待了一位樞椎(頸椎第二截)骨折的小伙子。按照傳統手術(shù)方式，需要從病人后背切開(kāi)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。

　　這次，劉亞軍選擇了手術(shù)機器人。他在三維場(chǎng)景中設計好釘道，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)后圖像與設計的釘道做比對，他發(fā)現誤差小于1毫米。“毫厘不差”真正成為現實(shí)。

　　“作為醫生，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，機器人的使用能讓手術(shù)更完美。”劉亞軍說(shuō)。

　　2016年年底，在拿到醫療機器人Ⅲ類(lèi)器械注冊證兩天后，第三代骨科手術(shù)機器人“天璣”Tirobot閃亮登場(chǎng)第十一屆COA國際學(xué)術(shù)大會(huì )。

　　長(cháng)期堅持產(chǎn)學(xué)研醫多方合作，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，醫院和學(xué)校是創(chuàng )新的主力;但從系統到樣機、產(chǎn)品、拿到許可證和臨床推廣，則需要以醫院和企業(yè)為主、學(xué)校為輔。”王田苗說(shuō)，要在這一領(lǐng)域取得成績(jì)，需要高校建立醫工交叉合作的機制、需要國家長(cháng)期的經(jīng)費支持、需要社會(huì )金融生態(tài)環(huán)境的保證。

　　在王田苗看來(lái)，精度高、不受環(huán)境影響、可以記憶和比對手術(shù)方案的機器人，將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。但它只是作為工具提供參考意見(jiàn)，根據情況作出判斷、決定手術(shù)方案和穿刺軌跡的醫生，仍將起決定性作用。

　　田偉則強調，醫療領(lǐng)域的創(chuàng )新需要以臨床醫生為主導，從一開(kāi)始就得多方合作，想法來(lái)自臨床、研究單位將其變?yōu)楝F實(shí)、企業(yè)參與進(jìn)來(lái)將研究轉化成產(chǎn)品和商品。

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