全关节置换手术中的机器人技术在2022年有所提高。外科医生预测，到未来十年，随着人工智能和增强现实的进一步整合，机器人技术将继续发展。
一、关于机器人辅助关节置换手术
作为一门新兴的交叉学科，数字智能骨科被誉为骨科领域的第三次技术浪潮。在关节外科方面，相继涌现了人工智能辅助疾病诊断，各种数字骨科技术辅助手术规划，导航和机器人辅助关节置换手术，智能设备辅助康复，人工智能辅助随访等。其中机器人辅助关节置换手术是目前最热门的领域。
（一）机器人辅助关节置换手术的优势
综合考虑骨科手术特点、操作安全性，配合医生手术习惯等因素后，半主动式设计的关节置换手术机器人系统已成为主流。其具有以下优点：第一，更为完善的手术规划系统，包括术前计划及术中调整计划；第二，辅助导航系统，可追踪机械臂及患者相对位置，配合机械臂完成精确手术操作；第三，带有触觉反馈功能的机械臂，在导航辅助下实现精准操作，包括截骨或磨锉骨面，实现假体精准安放；第四，通过设定机械臂操作安全区，增加精确性，减少副损伤及并发症；第五，假体安放角度、力线恢复、软组织平衡、肢体长度控制等操作标准化、数字化和个性化，力求达到人体关节最佳功能，并积累和存储数据，为进一步数据分析利用奠定基础。
近年来已用于临床的关节外科手术机器人系统包括美国史塞克公司的 Mako 机器人系统、英国施乐辉公司的 Navio 机器人系统、美国捷迈公司的Rosa机器人系统以及美国强生公司的VELYSTM机器人系统等。
▲图：Rosa机器人系统
国内研发虽然起步稍晚，但近年来进步明显，已进行或完成临床试验的系统包括“骨圣元化”机器人系统（骨圣元化机器人深圳有限公司）、“天玑”骨科手术机器人系统（北京天智航医疗科技股份有限公司）、“鸿鹄”机器人系统（苏州微创畅行机器人有限公司）、“键嘉”机器人系统（杭州键嘉机器人有限公司）及“和华瑞博”机器人系统（北京和华瑞博科技有限公司）等。
▲图：鸿鹄®骨科手术机器人
（二）机器人辅助关节置换手术的临床疗效
现有机器人系统用于辅助关节置换手术取得了较好的临床结果，大量研究报道了使用机器人系统有更好的精确性或精准性，在全膝关节置换术和单髁置换术时，假体安放位置、角度更为准确，下肢力线恢复更好，偏离安全范围的比例更低。
一项综述了22项关于机器人辅助与常规器械关节置换手术的比较研究发现，其中12项显示机器人辅助优于常规器械关节置换手术；在影像学结果方面，14 项研究发现机器人辅助手术后力线恢复更准确，一致性更好，提示机器人辅助手术具有总体优越性。由于机器人系统术前计划更为全面，术中操作更为准确，因而膝关节置换术中的软组织平衡也更为精确。
研究发现常规器械全膝关节置换术中截骨后，不经松解使用压力垫片测量，仅有约 50% 患者软组织达平衡标准；而采用机器人辅助手术，达平衡标准的比例可达 65%；经过压力垫片结合机器人辅助再平衡后，达标率则可至 87%。这表明，机器人系统在膝关节置换术软组织平衡中具有重要作用。在髋关节置换术中，机器人辅助下髋臼假体安放的外展角及前倾角更准确，术后影像学测量值接近于术前规划或术中测量值，在安全范围内的假体比例更高，下肢长度和偏心距恢复更好。
二、骨科医生对使用机器人进行全关节置换的看法
（一） 詹姆斯·阿博特医生
来自Best Surgery & Therapies手术中心的骨科医生、医学博士詹姆斯·阿博特表示，机器人平台在关节位置配准、识别畸形、确定对齐和术中计划方只会变得更快。使用可以即时规划和平衡膝盖的AI算法，术中计划将更快地进行。理想情况下，这些人工智能算法将基于接受过机器人手术的患者的实际手术结果数据，并开发用于优化所用膝关节设计特定的运动学功能。
下一个区别在于我们如何去除骨头。目前我们使用锯子和毛刺，但可以用计算机控制的微型机器代替，以准确去除骨头并为植入物做准备，同时减少对软组织的牵拉和拉扯。尽管如此，当前的种植体设计仍然需要足够的暴露，以便在骨骼准备完成后准确放置种植体。如果系统最终发展成一个开源平台，可以加载特定于植入物的软件，那就太好了，但考虑到目前的行业碎片化，这将是几十年后的事。
（二） 安东尼·梅利洛医生
Bay Oaks Orthopaedics & Sports Medicine诊所的医生、医学博士安东尼·梅利洛说：“七年来，我一直使用史赛克（Stryker）公司的Mako 机器人进行部分和全膝关节置换术以及全髋关节置换术（包括翻修）。起初我很犹豫，因为这是一个新概念。但我现在可以说，如果没有这项技术，我再也不会做关节置换手术了。
▲图片源自史赛克官网（下同）
我现在已经使用这个平台，成功而自信地矫正了严重变形的膝盖、臀部以及关节炎关节。基于计算机的程序和术前CT扫描，能让我在手术前真实了解整个畸形矫正过程。我可以在术前看到障碍，并制定计划纠正，并在手术时准备好纠正措施。
总而言之，全关节机器人技术，尤其是到2030年，将成为护理标准。有两点需要考虑，一是能够将髋臼杯放置在最大限度地提高个人髋关节运动的准确位置，二是考虑到腰椎运动、髋关节运动等。”
三、使用Mako 机器人进行关节置换
Mako智慧关节机器人是目前国际上先进的关节手术机器人，全球应用超过15年，拥有1200台以上装机覆盖，累计完成手术超50万例，权威文献报道超200篇。Mako智慧关节机器人能够协助医生单髁关节置换，全膝关节置换以及全髋关节置换手术。
▲图：Mako智慧关节机器人
基本原理是通过分析患者骨骼CT数据，做出个性化术前规划，手术中实时传送患者三维骨骼影像及关节运动参数，通过相对微创入路，让骨科医生及时调整或确认计划假体摆放位置，完全依照患者关节解剖形态进行手术，实现术后快速恢复，恢复本体感觉。Mako智慧机器人真正实现了骨科领域的智能化、精准手术操作，使患者更早回归社会，恢复自理能力。目前中国已经有20家医院落地并开展Mako机器人辅助手术。
（一）工作原理
整个系统由导航模块，摄像立架以及机器臂组成。
医生可以在手术前通过导航模块，在病人专属的3D模型图像上进行病人的手术规划。在手术中，系统通过摄像立架可在手术中实时捕捉病人的一些临床参考信息，并将这些病人的数据反馈到系统内。医生可在截骨前再根据这些临床参考信息进一步优化手术计划。最后，独有的反馈式机器臂辅助医生在手术计划的范围内完成截骨。
（二）产品优势
1. 手术精度达亚毫米级
医生在手术前，根据机器人提供的病人三维立体图像，从各个方位观察病人的患处情况。并且，机器人也同时提供了病人的关键解剖信息给到术者用于测量计算，从而在术前确认最适合病人的个性化手术方案。摄像头系统实时捕捉病人体位信息以及机器人的位置信息，医生通过操作机器人，将手术前计划的手术方案完全应用到病人的病患处；由于在截骨过程中会对病人产品微动，系统独有的体位补偿技术可以抵消相应的微动，确保手术实施与手术计划一致，保障手术精度和稳定性。
2. 复杂手术精准化
通常对于复杂人工髋关节置换手术，主要是由于患者髋部先天性发育不良或有明显的解剖异常等原因使手术难度增加，从而致使术后发生并发症概率增加，术后髋关节功能恢复相对较慢且不理想，假体预期寿命减少。
对于这类手术，由于手术中的不可预知风险高，医生需要花费大量时间针对病人术前的X光片进行手术计划。
Mako骨科机器人可以很好地帮助医生解决以上问题，以髋部先天性发育不良为例。医生在手术前即可针对病人的三维模型以及关键解剖信息制定出一个最优的手术方案。根据手术方案，机器臂根据手术方案辅助医生对病人的髋关节的进行打磨以及髋臼杯的安装，从而最大限度地缩小了手术中的不确定性以及风险，将医生手术前的手术计划完全地拷贝到病者的患处。
3. 适应症范围广
Mako骨科机器人是全球唯一可以完成膝关节及髋关节的手术机器人系统，研发至今在全球已经累计完成了超过十万余例的关节置换手术。在全美骨科排名第一的美国特种外科医院已经安装了4台，每天可完成12-16台关节置换手术。
