随着机器人学及相关技术的发展,机器人的应用逐步由工业领域进入到了外科手术领域。作为新型的外科辅助系统,手术机器人通过计算机系统的设置与指令,不仅可以进行长时间高强度的工作,对于微创手术的实施亦更加精准,还可简化操作流程,节省了术前、术中操作时间。成为了实现外科手术微创化、数字化和智能化的重要手段。
传统骨外科手术效果的好坏通常取决于医师的个人经验、手术技巧,不可避免带来诸多的人为失误,而导致患者的身心痛苦。而骨科机器人凭着智能、微创、精准等基本特性,在临床手术中展现出巨大的应用价值,有力地改善了传统骨科手术损伤大、辐射量高、操作不精确等状况,已广泛应用于脊柱、关节置换、运动医学及创伤等骨科手术的各个领域。
骨科常用机器人
目前骨科手术中常用机器人系统包括:Robodoc、MAKOplasty、Acrobot以及SpineAssist系统等[3]。
1. Robodoc系统
此系统最早由美国综合手术系统公司进行开发,1992年起用于临床患者,主要用于关节置换和关节成形术。其工作原理为首先放置定位器在患者的手术部位以获取骨骼的尺寸、形状和方位信息,而后行CT扫描,并上传至Robodoc系统,重建出骨骼的三维图形,术者在系统中选择合适的置入物以及正确的置入位置,并制定适宜的手术方案,而后由Robodoc机器人系统按照手术方案精确地进行手术。
2. MAKOplasty系统
此系统又被称为骨科关节手术机械臂系统,主要用于膝关节单室成形术和全膝关节成形术。其通过患者术前的CT资料制定精确的术前方案,然后在术中精确导航,再利用机器人手臂置入假体或置入物来完成手术。机器人系统允许外科医师按照患者个体的差异决定最优的置入物尺寸、位置和对位,并精确绘制出需要切除的组织区域。针对受累及的单个或多个腔室病变的异常膝关节、未受累及腔室内的健康组织和不同患者膝关节运动学和病因学的要求,手术系统可定位于膝关节内侧、外侧及髌骨连接处来制定不同的手术方案,并在术中精确执行。
3. Acrobot系统
Acrobot系统是一个协同的、半自主的机器人系统,主要用于全膝关节置换及膝关节单室成形术。其基本原理是利用三维CT影像与CAD假体模型一起规划出骨骼的对位对线、假体位置及需要切除组织的形状及范围,将定位、固定、切除及验证融为一体。Acrobot可利用术前CT成像及置入假体的形状划定出手术安全范围,从而使机器人的机械手臂在手术区域内安全、精确的进行操作,可明显降低医源性损害。
4. SpineAssist系统
此系统是由以色列公司开发、以脊椎手术为主要目的的小型机器人,适用于在脊柱手术过程中对螺钉置入固定,是目前临床脊柱手术中使用较成熟的机器人系统。其原理是首先将患者的脊柱CT资料输入机器人软件,软件将CT资料转换为3D影像,术者通过影像选择合适的手术部位、介入方式以及置入物的尺寸,从而分析形成术前手术方案。然后将机器人固定在患者脊柱上,当机器人到达方案规定的手术介入点时,开始修复误差,置入螺钉,进行手术。
对于骨科手术而言,精度是影响手术安全性和有效性最重要因素[4]。手术机器人系统可以通过自动或遥控操作的方式来代替医师完成手术操作,将医师从具体操作中解放出来,使其有更多的时间和精力来关注疾病诊断和治疗方案的优化制定。
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