全球人口老龄化趋势正迅猛发展，骨科手术也需求越来越多。脊柱、下肢关节置换等疾病皆需大量精准手术，因此手术机器人前景广阔。

张文涛教授以《前叉韧带手术机器人探讨》为题作专题演讲，为广大运医同仁详细分享其团队在手术机器人方面的研究，以及行业发展和未来形式推测，以期开拓广大运医同仁视野，助推运动医学发展，为学科建设添光增彩。

市场规模

髋关节和膝关节置换的需求增加可能推动医疗机器人系统市场的增长。下肢是骨科手术中增长最快的部分，由于膝关节、创伤和髋关节手术的增加，亚太地区机器人手术占比率很低，发展前景广阔。

我国机器人行业成立公司数量2015年达到高峰，后逐年下降。数量虽然下降，但机器人公司投资、融资规模却持续发展，受到行业追捧，其中北上广深占据全国投资量70%。

目前，各个医院评价指标中，微创腔镜手术比例占重要成分。手术机器人使用比例逐步提升，部分医院更成立了个机器人手术中心，展示了机器人手术的良好的前景及趋势。

项目背景

前交叉韧带无论在我国还是国际，手术量都非常巨大，是运动医学最重要的手术之一。前交叉韧带手术学习曲线长，手术技术要求高，但投入大量精力、物力研究后，手术效果仍然不理想。在美国，前交叉韧带手术失败率高达16%。

造成该现象的主要原因，是医生在偏角关节镜下观察，因视觉差造成手术定点个体偏差。同时不同医生手术理念理解不一，也会造成定点位置不一致。

医疗机器人的发展，首先要替医生于手术时确定点位，钻好孔。而后可以在手术时提供建议，辅助经验较少的医生，减少系统性偏差。减少手术失误，降低手术失败率。

初步构想

机器人能理解、整合患者术前各种有价值的图像。同时，机器人进行空间整合，由医生或AI建议手术路径，选定手术方式，经预先演示和医生确认后，由机械臂完成钻孔，牵拉移植物并固定移植物。

构成

光学定位系统；

软件，即运算系统；

执行引导精准定位的机械臂；

手术操作系统；

辅助病人固定系统。

手术定位

光学定位是比较常用的方法，以每秒60次的扫描不断提供矫正手术误差。即使骨骼移动度小，也能保证在机械臂的运行过程中不断修正前进路线，做到精准的定位。

计算

计算系统要求高。计算结果出具，医生根据结果，在二维和三维空间上分别判断这个定位点的准确性。进行人为选定，选出定位点。

同时，系统可以协助进行病历档案管理，图像处理，各类实时交汇的实时显现。

机械臂控制算法

系统的核心是机械臂。目前国内外的机械臂原理基本相近，通过算法不断来修正运行能力，来控制它的运动速度，运动角度。通过标定获取定位控制所需的参数。通过逆运动学求解机器人各关节旋转参数，在光学定位系统引导下自动完成目标动作的实施。

医疗机器臂：医疗定制，扭矩传感，手术器械接口，拖动柔顺，IEC60601标准

智能机械臂：视觉定位，感知、避让、复位、过载保护。重复定位精度:0.03mm绝对定位精度0.8mm

安全性：虚拟墙，机械臂定位，医生手控主导，双套紧急制动

技术路线

需从医院获得二维，三维数据图像进行已有数据对比，自动转换成一个二维的空间或者三维的空间模型，进行路径规划。将病人真实数据与模拟数据进行对比配损后，整合确定锚定点位，确定手术路径及过程。

项目扩展

混合现实阅片系统/手术沟通系统

混合现实全息浏览

多人协同合作制定手术方案

多种交互方式

数据智能叠加

高效沟通

云端手术辅助系统

下级/基层医院上传患者病历及影像数据，中心医院为其规划好术前规划，下级/基层医院医生简单完成高难度手术；

基于5G技术，可实现低延时、高清晰度的实时手术辅导；

可用于实时手术展示及会诊。

先进性

1.基于医学影像多模态数据融合算法的三维重建：CT/MRI影像信息融合重建，骨骼与软骨融合。

2.手术规划/手术路径最优算法：结合人工智能与生物力学，测算最佳骨道路径。通过大数据并学习专家手术数据，提供最优手术建议。

3.手术器械空间定位：亚毫米级光学定位0.1-0.01，适合骨组织及其特性。

4.骨面特征点配准：无需C臂配准，骨面特征点配准，快速，简单。

5.混合现实数字扩展成像系统：全新显示方式，更舒适/任意的显示位置，无菌手势操作，影像信息/实时三维导航视角等辅助显示。

通过研究，张教授及其团队目前已申请相应课题，完成了医疗机器人样机研制。希望利用国内医院手术量完成初期的一个临床试验，以期造福中国运动医学。

张文涛教授

医学博士，研究生导师

中山大学第八医院运动医学科主任

中华医学会运动医疗分会委员

中国医师协会运动医学分会委员

2002年发明关节镜松解臀肌挛缩症手术，目前治疗次数、手术经验超过4000例。2016年关注肩胛下肌捆绑，治疗复发性肩关节脱位，文章在欧洲杂志发表，引起全球专家重视，开拓关节镜在关节外应用的临床应用。

本文由运医前沿编辑大帝根据张文涛教授演讲内容整理，如有未完善处敬请各位医师谅解，感谢张文涛教授的审阅修改。此文内容仅供学习交流，不代表运医前沿观点。如有侵权，请联系删除。

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编辑：大帝

校对：秋月

审核：张文涛教授

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