我國新一代骨科手術機器人“天璣”領先世界

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

　　“自有骨科手術開始，如何看到深層內部結構并準確操作、同時還不傷到其他組織，是最大的難題。”中華醫(yī)學會骨科學分會主任委員、北京積水潭醫(yī)院院長田偉說。

　　2016年12月18日，中華醫(yī)學會第十八屆骨科學術會議暨第十一屆COA國際學術大會上，田偉站在天智航公司展臺前，為到訪的國外同行和圍觀群眾演示骨科手術的“新式武器”。

　　圖① 中華醫(yī)學會第十八屆骨科學術會議上，積水潭醫(yī)院院長田偉(右一)向外國專家介紹“天璣”骨科機器人。 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的危險性。 經濟日報記者 陳瑩瑩攝

　　圖③ “天璣”骨科手術機器人。 (資料圖片)

　　這臺名為“天璣”的第三代國產骨科手術機器人，是世界上唯一一個能夠開展四肢、骨盆骨折以及脊柱全節(jié)段(頸椎、胸椎、腰椎、骶椎)手術的骨科機器人系統(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、天智航公司與中科院深圳先進技術研究院，已經醞釀了15年。

　　直擊難題

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

　　看不見——人眼無法看到內部結構;打不準——打螺釘時，人手的穩(wěn)定性和操作精度不夠;拿不穩(wěn)——很多因素都會影響醫(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;以達芬奇為代表的醫(yī)療機器人，擅長縫合與剝離、但看不見深部組織，骨科手術用不上。

　　能有一雙可以透視的眼睛看清人體內部結構、能有一條穩(wěn)定的操作路徑保證手術質量，是骨科醫(yī)生的需求和痛點。

　　在北京航空航天大學教授、北京智慧制造研究院院長王田苗看來，這種痛點來自于醫(yī)生在傳統(tǒng)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(chuàng)新的意義所在。

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

　　為將實驗室與臨床的研究成果向市場轉化，天智航公司于2005年成立。

　　“10多年前，產學研醫(yī)可沒有現(xiàn)在那么時髦，實驗室的產品很多、醫(yī)生的想法很多，但真正把實驗室技術與一線需求結合起來形成有實用價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、副總經理王彬彬說，這家為了骨科手術機器人成果轉化而成立的公司，目的只有一個：把醫(yī)生的思路、需求和技術端相結合，最終積淀在產品上。

　　2009年3月份，第一代骨科手術機器人問世，但因為操作繁瑣、適應癥少、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機器人，適應癥范圍從長骨擴展到骨盆，但依然做不了難度更高的脊柱手術。

　　路向何方

　　假如骨科手術機器人的適應癥范圍沒有大幅拓展，將很難做到國際領先。市場上的手術機器人都面臨同一個問題：視野。沒有眼睛的骨科手術機器人，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(yī)院在國內率先引進計算機導航輔助手術技術。以脊柱外科為代表的科室，一直在試圖解決手術中“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，骨科手術最怕螺釘打到神經上、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精度、降低手術風險。

　　在北京積水潭醫(yī)院，隨著導航輔助手術例數的增長，越來越多的一線醫(yī)生和科室加入了使用導航開展手術的行列。經過多年的鉆研，導航的臨床精度縮小至1毫米，已經能夠滿足頸胸椎等對精度要求極為苛刻部位的手術條件，還帶來了3個好處：高危手術安全化、常規(guī)手術微創(chuàng)化、減少對醫(yī)生經驗的依賴。

　　“我們已經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(yī)生手“穩(wěn)”。作為脊柱外科的權威專家，田偉提出新方案：能否把導航和機器人的研究結合起來?用導航技術解決視野問題，用機器人系統(tǒng)解決操作問題。

　　一個基于3D影像的骨科機器人構想就此形成，從2013年底開始，“手眼合一”的進程迅速向前推進。

　　“以田偉為代表的脊柱外科大夫使用計算機輔助導航系統(tǒng)已經非常成熟，為了提高手術精度和操作方便，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。

　　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在北京積水潭醫(yī)院實施，主刀醫(yī)生是田偉。

　　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里：椎動脈堵，會引發(fā)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。

　　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。手術現(xiàn)場，C型臂對全麻的患者實行三維影像掃描，圖像被同步傳輸至骨科手術機器人系統(tǒng)。田偉在導航系統(tǒng)屏幕上設計好釘道，機器人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。田偉沿著套筒鉆入導針，插入患者身體內部，確認位置無誤后，再把一枚直徑4毫米的空心螺釘套進導針固定、拔出導針。之后，他對患者再次掃描，確認螺釘位置與規(guī)劃的一致。

　　“醫(yī)療領域很難有世界領先的技術出現(xiàn)，但國產骨科機器人就實現(xiàn)了這樣的突破。”親歷整場手術的劉亞軍激動不已，“確實能幫到大夫，確實臨床非常需要”，他用兩個“確實”形容最新一代的骨科手術機器人產品。

　　5個月后，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)手術方式，需要從病人后背切開一個至少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，給病人安一個外固定架回家休養(yǎng)。

　　這次，劉亞軍選擇了手術機器人。他在三維場景中設計好釘道，用一個1厘米切口的微創(chuàng)手術搞定一切。將病人術后圖像與設計的釘道做比對，他發(fā)現(xiàn)誤差小于1毫米。“毫厘不差”真正成為現(xiàn)實。

　　“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，機器人的使用能讓手術更完美。”劉亞軍說。

　　2016年年底，在拿到醫(yī)療機器人Ⅲ類器械注冊證兩天后，第三代骨科手術機器人“天璣”Tirobot閃亮登場第十一屆COA國際學術大會。

　　長期堅持產學研醫(yī)多方合作，被王田苗視為關鍵要素的重中之重。“從基本想法、形成模型到各種實驗，醫(yī)院和學校是創(chuàng)新的主力;但從系統(tǒng)到樣機、產品、拿到許可證和臨床推廣，則需要以醫(yī)院和企業(yè)為主、學校為輔。”王田苗說，要在這一領域取得成績，需要高校建立醫(yī)工交叉合作的機制、需要國家長期的經費支持、需要社會金融生態(tài)環(huán)境的保證。

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

　　田偉則強調，醫(yī)療領域的創(chuàng)新需要以臨床醫(yī)生為主導，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、企業(yè)參與進來將研究轉化成產品和商品。

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