在過去十幾年中，機器人系統(tǒng)在外科手術(shù)中的使用大大增加。普外科、泌尿外科、婦科等領(lǐng)域已廣泛采用機器人手術(shù)作為日常實踐的一部分，甚至都放在了住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)中；而我們的骨科醫(yī)生很多還在徒手打釘子、上鋼板、換關(guān)節(jié)和徒手進(jìn)行內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)，與上世紀(jì)的骨科醫(yī)生的工作似乎沒有什么太大變化，只不過鋼板是新型號，釘子是新款式，關(guān)節(jié)是新界面，微創(chuàng)倒是出現(xiàn)了一些新術(shù)式。

國際上看，骨科機器人產(chǎn)品已經(jīng)開始推廣布局，尤其是在脊柱外科。Zimmer Biomet 的Rosa Spine，Globus 的Excelsius GPS，以及Medtronic的Mazor X等都已經(jīng)廣泛開展臨床應(yīng)用。Stryker也收購了Mobius以及旗下Cardan 機器人，要進(jìn)一步集成為一體化的脊椎微創(chuàng)手術(shù)機器人平臺。目前來看，國外廠商最新的發(fā)展趨勢是“術(shù)中3D影像+手術(shù)機器人+人工智能+專有耗材”一體化，他們計劃提供完整的平臺解決方案。

全球骨科機器人手術(shù)機構(gòu)分布? 圖片來源：biomedcentral.com

國內(nèi)，在手術(shù)機器人第一股——天智航的帶動下，脊柱機器人公司也是如雨后春筍般的涌現(xiàn)出來。但目前還未看到能夠和國際品牌相匹敵的具有完整平臺解決方案的機器人系統(tǒng)；此外，機器人的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在精確性、微創(chuàng)性、可重復(fù)性等，但當(dāng)前商用化的骨科機器人還不能完成高效的全流程手術(shù)操作，多數(shù)局限在脊柱置釘導(dǎo)航輔助，或是輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)中的若干步驟。

內(nèi)科手術(shù)外科化，外科手術(shù)微創(chuàng)化是未來的手術(shù)趨勢，關(guān)節(jié)外科的機器人僅提高了植入物的精確性，而椎間盤鏡、關(guān)節(jié)鏡這些技術(shù)結(jié)合機器人可使患者獲益于微創(chuàng)和精確植入。把這些技術(shù)與機器人技術(shù)相結(jié)合，才會使得更多患者獲益，但是這些微創(chuàng)技術(shù)門檻較高，需要更多系統(tǒng)化的技術(shù)集成，培訓(xùn)及臨床技術(shù)更新。普外科、泌外科、婦產(chǎn)科等已經(jīng)借助腔鏡機器人系統(tǒng)走到了微創(chuàng)機器人外科的前面，骨科目前仍然需要進(jìn)一步的努力。當(dāng)然，從目前的治療來看，傳統(tǒng)治療仍然占臨床治療中的大多數(shù)。新生代的大型醫(yī)院醫(yī)生們正在積極參與研發(fā)屬于下一代的機器人產(chǎn)品，這也正是我國骨科事業(yè)發(fā)展的重要機遇。

骨科脊柱手術(shù)機器人產(chǎn)業(yè)布局與文章專利情況

目前布局骨科脊柱手術(shù)機器人公司包括Brainlab（CIRQ）、Curexo（CUVIS-spine）、Globus Medical（ExcelsiusGPS）、Medtronic（Mazor X）、TINAVI Medical Technologies（TiRobot）、Zimmer Biomet（ROSA One Spine）、Stryker（Mobius - Cardan），在此推動下，最近幾年的脊椎外科相關(guān)的專利數(shù)量急劇增加。

脊柱外科美國、歐洲創(chuàng)新專利數(shù)量? 圖片來源：researchgate.net

脊柱手術(shù)機器人優(yōu)勢

安全有效的脊柱手術(shù)依賴于精準(zhǔn)的影像基礎(chǔ)，它多以精準(zhǔn)3D影像為基礎(chǔ)，結(jié)合實時定位手段，引導(dǎo)機器人臂進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)航乃至輔助手術(shù)操作。

在進(jìn)行手術(shù)操作時，脊柱機器人提供了一些優(yōu)勢，包括減少外科醫(yī)生的疲勞和顫抖，同時通過固定的工作角度為器械提供穩(wěn)定性，從而提高準(zhǔn)確性和精確度，并且可以有效減少術(shù)中醫(yī)生透視次數(shù)和時間，減少醫(yī)生和患者的輻射劑量。目前脊椎手術(shù)機器人正從置釘導(dǎo)航，發(fā)展到半自動置針，下一步就是發(fā)展全流程手術(shù)機器人尤其是骨科微創(chuàng)手術(shù)機器人，據(jù)了解，目前在已經(jīng)有公司開始開發(fā)類似的全流程骨科內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)機器人，例如國內(nèi)的歌銳科技（Great Robotics），國外的Stryker公司。

內(nèi)窺鏡脊柱手術(shù)機器人輔助脊柱融合手術(shù)中的置釘??

圖片來源：.semmes-murphey.com

脊柱的融合與非融合選擇

脊柱外科醫(yī)生目前把脊柱融合（椎體固定）作為治療的“最后的手段和最重要的手段”。內(nèi)固定主要是基于脊柱不穩(wěn)或傳統(tǒng)切開手術(shù)對原有脊柱穩(wěn)定性大量破壞后的操作。

問題來了，真的那么多脊柱都需要內(nèi)固定嗎？

新時代的內(nèi)鏡微創(chuàng)技術(shù)操作下，在并沒有破壞脊柱大部分穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的情況下，可能只有很少一部分需要內(nèi)固定置釘技術(shù)。但目前的骨科導(dǎo)航手術(shù)機器人主流仍然在強調(diào)置釘精確、置釘優(yōu)勢。不可否認(rèn)，從傳統(tǒng)的幾十年來，置釘是基礎(chǔ)，是重要手段，但不是唯一方式。隨著椎間盤鏡下融合，鏡下器械、OLIF等等技術(shù)的發(fā)展，置釘融合未來可能逐漸需要被淡化或被推遲實施。

美國脊柱內(nèi)鏡技術(shù)的創(chuàng)始人Yeung 的第一篇文章“遠(yuǎn)離融合”于 2015年12 月發(fā)表在《脊柱雜志》上。從 Yeung 對 58 名患者進(jìn)行 5 至 10 年隨訪的初步審查中分析發(fā)現(xiàn)，大約 36% 的患者避免了脊柱融合手術(shù)（打脊柱椎弓根釘），但 100% 的患者對延遲融合作為他們的第一個手術(shù)選擇的決定感到滿意。他建議患者首先選擇內(nèi)鏡減壓術(shù)作為“過渡手術(shù)”時，診斷和治療有助于緩解患者的疼痛，提高患者的生活質(zhì)量。這就相當(dāng)于關(guān)節(jié)鏡治療是骨關(guān)節(jié)炎治療的過渡手術(shù)，并不是每個人都需要直接做關(guān)節(jié)置換一個道理。

微創(chuàng)脊柱外科與機器人的結(jié)合發(fā)展

近幾十年來，已經(jīng)引入了各種微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)，以最大限度地減少與入路相關(guān)的組織創(chuàng)傷，同時優(yōu)化為手術(shù)期護(hù)理和長期功能結(jié)果。目前國內(nèi)外也開始出現(xiàn)用于脊柱微創(chuàng)的新一代手術(shù)機器人系統(tǒng)，該領(lǐng)域重新變?yōu)闊狳c。脊柱微創(chuàng)手術(shù)在術(shù)中需要在高精度術(shù)中影像的引導(dǎo)下進(jìn)行精確的操作以及一些重復(fù)性的操作，因此特別適合手術(shù)機器人輔助。

未來的新一代脊柱機器人技術(shù)需要不僅僅在置釘方面表現(xiàn)優(yōu)秀，還需要在微創(chuàng)手術(shù)的定位、建立通道、內(nèi)鏡下減壓和鏡下融合等方面具有更多技術(shù)特點。結(jié)合新一代的末端器械，以及光學(xué)/磁追蹤器械，使得脊柱外科的手術(shù)越來越簡單化。

其他相關(guān)重要技術(shù)的進(jìn)步

脊柱內(nèi)鏡手術(shù)。內(nèi)窺鏡脊柱手術(shù)是一種先進(jìn)的微創(chuàng)脊柱手術(shù)形式，旨在為患者提供比傳統(tǒng)脊柱手術(shù)方法更快的恢復(fù)時間和更少的復(fù)發(fā)性疼痛。在大多情況下，可以使用局麻代替全身麻醉進(jìn)行內(nèi)鏡手術(shù)，從而降低年齡較大或合并有可能增加手術(shù)風(fēng)險的內(nèi)科疾病患者的整體醫(yī)療風(fēng)險。脊柱內(nèi)窺鏡技術(shù)是一種更具技術(shù)挑戰(zhàn)性的手術(shù)，但它有優(yōu)良的術(shù)后效果。

內(nèi)窺鏡脊柱手術(shù)? 圖片來源：outpatient-spine-surgeon.com

人工間盤置換術(shù)。融合與置換一直存在爭議，部分學(xué)者認(rèn)為融合是過時的，尤其是頸椎，因為數(shù)據(jù)非常清楚，以至于人工頸椎間盤置換在很多結(jié)果指標(biāo)上都優(yōu)于融合，人工椎間盤通過模仿正常椎間盤的粘彈性，可以改善替代物的生物力學(xué)。

3D打印。3D打印技術(shù)在脊柱有很多用途。2019 年，紐約市特殊外科醫(yī)院與 LimaCorporate 建立合作伙伴關(guān)系，推出基于供應(yīng)商的增材制造 3D 打印設(shè)施，用于個性化定制骨科植入物。3D打印Cage提供定制的尺寸和形態(tài)，工程師設(shè)計了系統(tǒng)的Cage，使用精確的映射和術(shù)前手術(shù)計劃來恢復(fù)適當(dāng)?shù)母叨群徒嵌取TI Surgical 等公司開發(fā)了 Fortilink Interbody Fusion 3D 打印植入物用于治療退行性椎間盤疾病。最新的骨科3D打印可以進(jìn)行在位的3D打印，更符合臨床的需求。

混合現(xiàn)實。約翰霍普金斯醫(yī)院的三名神經(jīng)外科醫(yī)生使用增強現(xiàn)實系統(tǒng)對一名患者進(jìn)行了首次脊柱融合術(shù)，Augmedics 在脊柱領(lǐng)域引起了轟動。該公司的 FDA 批準(zhǔn)的 Xvision 脊柱系統(tǒng)使外科醫(yī)生能夠在術(shù)中可視化 3D 脊柱解剖結(jié)構(gòu)，因此他們可以在看著患者的同時瀏覽器械和植入物。混合現(xiàn)實技術(shù)的聯(lián)合在術(shù)前評估、醫(yī)患溝通、遠(yuǎn)程會診、提高患者安全、改善術(shù)后效果、減少并發(fā)癥方面具有巨大潛力。

人工智能。人工智能在醫(yī)療保健領(lǐng)域具有巨大潛力。人工智能可以幫助做出手術(shù)決策和閱讀影像研究。該技術(shù)不會取代外科醫(yī)生，但可以增強外科醫(yī)生的數(shù)據(jù)處理能力，為患者制定最佳治療流程。

再生醫(yī)學(xué)。再生醫(yī)學(xué)在脊柱領(lǐng)域仍處于起步階段。一種治療方法是 Discseel，其中外科醫(yī)生將纖維蛋白注射到撕裂的椎間盤中以密封纖維環(huán)內(nèi)的撕裂。

遠(yuǎn)程醫(yī)療。新冠大流行迫使許多專家在2020年初暫時推遲了手術(shù)，并轉(zhuǎn)向遠(yuǎn)程醫(yī)療問診。患者現(xiàn)在對這項技術(shù)感到滿意，并希望脊柱外科醫(yī)生可以進(jìn)行遠(yuǎn)程問診和虛擬手術(shù)方案咨詢。新一代的脊柱機器人也可能配備5G遠(yuǎn)程手術(shù)解決方案，為患者執(zhí)行遠(yuǎn)程手術(shù)。

脊柱手術(shù)機器人的設(shè)想

當(dāng)機器人技術(shù)對所有醫(yī)院外科醫(yī)生來說都是一種實用且有效的選擇時，它就會真正成為脊柱手術(shù)的未來。例如提高CBCT（錐束CT）成像的精度與密度分辨率，將術(shù)前MRI/CT影像與術(shù)中CBCT相融合，再結(jié)合脊柱內(nèi)鏡，明顯可以提高安全性并擴大進(jìn)一步的應(yīng)用。

未來脊柱機器人最重要的特征可能是通用性的概念，像達(dá)芬奇機器人這種平臺化的產(chǎn)品。它們必須能夠執(zhí)行多種程序，并且最好與植入物制造商們更多兼容，適用于脊柱手術(shù)的幾乎所有領(lǐng)域，從微創(chuàng)到開放領(lǐng)域，而且不僅僅是椎弓根螺釘?shù)姆胖谩．?dāng)今脊柱手術(shù)的主要原則涉及減壓、矯形和穩(wěn)定性。脊柱機器人要蓬勃發(fā)展，它們必須能夠端到端的參與手術(shù)的各個方面并具有普遍性。

手術(shù)機器人的成本必須降低，當(dāng)脊柱機器人以更合理的價格出售，并且有合理的使用成本，應(yīng)用于包括頸椎、胸椎和腰椎在內(nèi)的多種類型的手術(shù)時，甚至其他骨科手術(shù)時，它們才能真正的推廣應(yīng)用。尤其在中國實踐，需要考慮醫(yī)保覆蓋的能力。

如果開發(fā)出基于力反饋的器械，機器人可能會用于自動執(zhí)行手術(shù)的減壓部分，從而減少手術(shù)時間和失血量，甚至可能廣泛的應(yīng)用于脊柱畸形矯正的手術(shù)和恢復(fù)。

手術(shù)效率要高，如果可以通過多臂協(xié)同提高手術(shù)效率和成功率，降低并發(fā)癥將會是一個不錯的選擇。

流行病學(xué)與成本效益分析

2001 年至 2010 年間，北美進(jìn)行了大約 360 萬次脊柱融合術(shù)，這些手術(shù)的總估計累計成本超過 2870 億美元。40 歲及以上的成年人中有超過 40% 患有脊柱疾病，當(dāng)前的醫(yī)療手段尤其是在中國，不僅應(yīng)側(cè)重于改善手術(shù)結(jié)果，還應(yīng)側(cè)重于降低成本。

考慮到手術(shù)機器人在未來可能會越來越多地減少手術(shù)時間、患者住院時間、透視曝光和手術(shù)翻修率，可以預(yù)測在脊柱手術(shù)中使用機器人所獲得的潛在經(jīng)濟節(jié)約。考慮到這些變化，到 2022 年，脊柱手術(shù)機器人的全球市場預(yù)計將從 2600 萬美元增加到 27.7 億美元，如果考慮到融合手術(shù)的一半都先進(jìn)行內(nèi)鏡下的非融合微創(chuàng)治療，那么脊柱微創(chuàng)的市場的估量則將進(jìn)一步擴大。

具體到中國的醫(yī)療生態(tài)，未來的脊椎微創(chuàng)內(nèi)鏡手術(shù)機器人的應(yīng)用將會普及微創(chuàng)手術(shù)，實現(xiàn)階梯治療，提高治療效果，減少附加傷害。從而利于降低整體的國家醫(yī)保負(fù)擔(dān)和個人負(fù)擔(dān)。

最近國家醫(yī)療保障局發(fā)了關(guān)于骨科“手術(shù)機器人”和3D打印輔助收費的征詢意見函，這個函文將骨科手術(shù)機器人根據(jù)臨床貢獻(xiàn)價值大致分成了四類：1.規(guī)劃類；2.導(dǎo)航類；3部分手術(shù)輔助；4.全流程手術(shù)手術(shù)機器人/遠(yuǎn)程操控手術(shù)機器人，制定的建議收費標(biāo)準(zhǔn)從1到4逐步提升，這將會引導(dǎo)骨科脊柱手術(shù)機器人向具備更高臨床價值、更高性價比的全手術(shù)化、系統(tǒng)化、微創(chuàng)化的平臺化解決方案的方向發(fā)展。

在過去的幾年里，我們看到結(jié)合了增強現(xiàn)實、遠(yuǎn)程醫(yī)療、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)的各類手術(shù)機器人解決方案的大規(guī)模宣傳，就目前而言，很多人認(rèn)為是一種商業(yè)炒作，而不是提供真正的臨床優(yōu)勢。個人PC剛出來的時候有人這么認(rèn)為，智能手機來的時候有人這么認(rèn)為，5G來的時候有人這么認(rèn)為，無人駕駛來的時候也有人這么認(rèn)為，元宇宙來的時候還是有人這么認(rèn)為……，只有時間會告訴我們真正的答案，但很顯然它們在未來極有潛力來真正改變我們的工作和生活，因為它們是時代創(chuàng)新的腳印。類似的，我對新一代的脊椎微創(chuàng)手術(shù)機器人的未來發(fā)展充滿了信心。