天智航研究的手术机器人领域未来潜力大吗?

天玑手术机器人,大国重器!

天智航“1毫米”的护城河 迎接即将到来的时代

提到,多数人会联想到影视作品甚至是科幻片中形象,然而在医疗领域的手术机器人则与想象大相径庭。近日,中国科技新闻网一行数人有幸见到了天智航(688277.SH)的“天玑”骨科手术机器人。

“天玑”骨科手术机器人浑身充满着工业气息,刚劲的外表之下,是由无数高精尖元器件组成。与人类相比,“天玑”拥有着更稳定、更精准的操控能力,这种能力对于病患来讲,就意味着更小的伤口、更快的恢复速度以及更安全的操作过程,能最大限度的减少手术所造成的伤痛。

这么多优势的加持,是否意味着随着手术机器人的发展,医生可能会面临失业?医疗领域的“机器人”技术已经发展到了什么程度?未来将会发展成什么样子?是否存在安全性问题?作为普通患者,我们应该积极去拥抱新技术还是应该持批判态度去谨慎观察?

手术机器人正处于爆发前夜

2020年,全球手术机器人市场规模从30亿美元增加到83.2亿美元,复合增速22.6%,其中,中国手术机器人市场规模从0.93亿美元增加到4.25亿美元(约27.6亿元),复合增速35.7%,估计到2026年全球市场将达到335.9亿美元,中国市场则达到38.4亿美元(约250亿元),复合增速44.3%,占全球市场份额从2020年的5.1%提升到11.4%。

骨科手术机器人行业兴起于2015年,2020年全球骨科手术机器人市场规模达13.9亿美元,根据 Frost&Sullivan预测,预计2026年有望达46.9亿美元,将成为继腔镜手术机器人之后下一个广泛使用的领域,而目前,骨科手术机器人正处于市场应用绽放的前夜。

天智航:第一台自主研发的本土化骨科手术机器人

天智航进入骨科机器人领域较早,据总经理徐进博士介绍,天智航设立于2005年,设立伊始即专注于骨科手术机器人。在当时,手术机器人还是一个相对比较陌生的概念,之所以选择骨科作为切入点,是看中了骨科市场的发展前景,通过智能机器人辅助医生,可以优化整个骨科手术流程,让手术更精准、伤口更小。

与此同时,天智航还选择了北京积水潭医院、北京航空航天大学等医疗、科研机构作为合作伙伴,一方面可获得最前沿的临床信息,另一方面,在机械控制等领域得以深耕。

与多数产品的逆向开发思路不同,“天玑”骨科手术机器人的开发,都是从一个Idea开始的正向开发。在与医生进行持续性的交流中,获得临床需求,并以此来打造最初的原型机。也正是依靠这种开发思路,天智航自主研发出了我国第一台取得CFDA注册证的手术机器人。

难以逾越的“1毫米”护城河

有患者在术后会开玩笑说,“我以为手术机器人是个人形的机器来给我做手术呢!”其实很多患者都存在这样误解。实际上,目前的“天玑”骨科手术机器人更像是医生的辅助工具,通过机械臂的引导,解决传统骨科手术“看不见、打不准、拿不稳”的难题。

在传统的骨科手术中,通常会造成很深的切口,而且医生必须对患者手术部位进行多次、多角度X光透视,才能确认骨科植入物进入人体的位置是否符合手术规划方案,这使得患者和医生会长时间暴露在辐射之下。而“天玑”骨科手术机器人可以通过定位和计算,来取代传统的诊治方式。

虽然有机器人的辅助,但手术依然要靠医生进行主导。医生首先需要对患者进行X光透视扫描,并将扫描数据传输给“机器人”,此时,医生便可通过机器人的控制台实现“可视化”操作。在制定好手术规划路线之后,无需进行多次X光透视,“机器人”便可以根据患者数据以及手术规划,通过自身多种传感器以及复杂计算,帮助医生精准定位手术位置,并把持导针的方向和角度。

这个过程就好比一个装在“漆黑”盒子里的标靶,医生没有办法直接看到靶心,但是“机器人”不仅可以找到靶心,还能辅助医生进行瞄准,更关键的是,就算靶心的位置发生改变,“机器人”依然可以根据位置变化,重新自动调整,做到实时瞄准,并把精度控制在1毫米以内。医生在“机器人”的辅助之下,只需“扣动扳机”即可精准命中靶心。这个过程在骨科手术中,是至关重要的一个环节,定位的精准,直接决定了医生在后续手术中顺畅程度以及手术质量。

看似不起眼的“1毫米”,天智航研发团队却经历了无数的挫折。最初,机器人只能做到2毫米的定位精度,为了完成从2毫米到1毫米的跨越,整个团队不断地推倒重来,在经历无数的技术改进以及重新验证之后,明明技术已经达到预期效果,但又因为加工或测量环节的不到位,又经历了无数次的产品打磨,最终才推出一款成熟稳定的产品。一般普通的临床试验,最多也就半年左右,而“天玑”骨科手术机器人的临床阶段,却经历了长达一年半的时间。而也正是因为这1毫米的精度,让“天玑”骨科手术机器人完成了从上颈椎到脊椎手术的全面覆盖,并成为了一道难以跨越的护城河。

据徐进博士介绍,传统的骨盆手术,可能需要做30厘米以上的大切口,术中出血3000毫升以上,术后康复大概需要2-3个月才能下地行走。而使用了“天玑”骨科手术机器人,出血量一般可控制在20毫升左右,两三根螺钉就能够解决手术,患者在术后的1-2天,基本就可以下地行走,所以这种技术的进步,能够为医生和患者同时带来巨大的收益。

手术机器人将延长医生职业生涯

在任何一个国家,医生都是一种稀缺资源,而对于很多科室的医生而言,其职业生涯中的黄金周期要比想象的更短,尤其对于骨科医生而言,真正的黄金周期仅有十年左右。

从医学院毕业走向工作岗位,年轻医生都要由基础手术开始,逐渐成长,直到可以驾驭更复杂的手术,这需要大量经验的积累,是一个漫长的过程。而骨科医生在50岁之后,身体机能往往开始走下坡路,随着眼睛和肌肉机能的退化,一些微创及高难度手术对他们来讲,做起来会越来越困难。

直到手术机器人的出现,大大提升了医生职业生涯的发展速度和生命周期。对于年轻医生而言,手术机器人提高了医生的学习速度,将手术中的一些关键步骤,由手术机器人进行辅助完成,进而缩短了需要不断重复练习,才能熟练掌握的技能的时间。对于年长的医生而言,手术机器人更是弥补了眼睛及肌肉机能退化所带来的不足,这两个功能的强化,可以很大程度上延长医生的职业生命周期。

手术机器人是如何保障安全的?

很多患者会对手术机器人的安全性有所顾忌,有媒体报道,2015年2月,英国首例机器人心瓣修复手术现场鲜血四溅,最终以失败告终。后期听证调查的结果显示,这起惨案的背后,更多的原因是主刀医生对手术准备不够充分,在没有完全掌握如何操作机器的情况下进行了手术,而本应该在现场的两位医用机器人专家,事故发生时却未能出现,导致主刀医生无法获得有效帮助。

关于“天玑”骨科手术机器人在安全方面的考虑与设计,徐进博士介绍说,“基于对生命的敬畏,我们有一套完整的研发体系。‘天玑’骨科手术机器人在立项的时候,就已经把安全性放在第一位去考虑。”

目前“天玑”骨科手术机器人的定位就是协助医生做辅助工作,现场所有的手术决策均由医生来主控。机器人的每一个关键步骤的操作,也要由医生进行审核和批准。

产品在设计之初,就已经充分考虑了在各个环节可能发生的突发情况,包括在发生断电或核心部件失能的情况下,依然要保证不发生重大医疗事故。与此同时,为了保证医生的规范操作,还设置了为期3天的强制性培训,保证医生可以准确无误地进行各环节操作。在此基础之上,医生回到院方开展手术时,还会有专门的临床工程师和专家进行跟台手术指导,并且,跟台手术的数量至少会保证在30-50台,直到医生完全掌握“天玑”骨科手术机器人的操作要点。

关于未来手术机器人的发展路线

国际著名学术期刊《科学机器人学》(《ScienceRobotics》)对医疗机器人的自动化程度进行了定义,并分为6个阶段,即无自动化(第一阶段)、机器人辅助(第二阶段)、任务自动化(第三阶段)、条件自动化(第四阶段)、高度自动化(第五阶段)、完全自动化(第六阶段)。

徐进博士也提到了天智航对于未来手术机器人的设想,只是并没有按照学术期刊的“六个阶段”去思考,而更像是一个自然而然的增长过程。

他提到,手术机器人大概每3-4年为一个迭代周期,每一代产品的适应症更加宽广,自动化和智能化程度也会更高,核心就是围绕患者构建一个高度集成化的操作平台。

目前,在天智航的研发团队中,博士和研究生人数的占比已经达到40%。截止2021年6月30日,已获得专利授权171项(其中发明专利授权36项)。仅今年上半年,新提交专利申请达17项(其中发明专利申请6项)。

由此可见,此时的天智航正处于快速发展阶段,而之所以有这样的速度,是因为在他们的研发团队中,有一个特点鲜明的研发小组,主要负责探索未来5-10年内,可能会出现的新技术或产品,其特点就是敏捷、快速,没有边界,可以天马行空地去进行开发,结合小而快的特点,做出各类原型机,不断寻找未来可能存在的发展趋势。

或许,正是因为拥有这样一个“前沿突击队”,让“天玑”骨科手术机器人在骨科的定位导航领域多年保持着业内领先优势。也或许是进入行业较早的缘故,目前天智航在骨科手术机器人领域拥有接近80%的市场份额。但未来随着进入这个领域的企业越来越多,竞争也会加剧。至于未来手术机器人的终极形态,没有人可以说得清楚,但方向上,一定会奔着越来越高的精度、集成度以及安全性的方向去发展。或许,在未来的某一天,科幻作品中的全自动医疗仓终将会被照进现实。

文章来源:中国科技新闻网

原标题:天智航“1毫米”的护城河 迎接即将到来的机器人时代

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关于天智航分享一下我的见解:A、号称中国手术第一股。这个第一来之不易!这是张送根团队拼了四年拿到的国内首家批文对吧。也就是先入为主。是手术标准制定者。乃一流企业也!B、高校背景:北航是技术后盾对吧。C、院士代言:田伟院士代言对吧。好的说完了,再来看看其短板。单台购置费用高,手术手术费医保不报销等造成了推广普及困难。公司也知道推广的短板,19年8月同强生公司合作推广开始,这可是要开拓国际市场的一步棋。再来说说医保报销,骨外伤一般不是车祸就是事故这些不都是有保险公司或事主出钱吗?这些都不是事。另外加一句,今年往后就是5G应用领域的热点公司成为风口。积水潭医院已经实施了很多远程操控天玑机器人手术。
回过头来再看看股价。发行价12元,谁定的,怎么定的。鬼知道!你说发行价定120不行吗?沪硅产业不就是定低了,才让二级捡了漏?所以我把沪硅清仓来捡第二个漏,130我建仓开始120我加110我加95我全仓了。个人观点不做为买卖参考。不喜勿喷!

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近期有个天智航骨科机器人线上培训,就有4750人参与,参加培训的通常都是医生,在全国销量近80台的情况下,可见全国各地医生对天玑机器人的迫切和渴望。

你说亏损,估值高了你去买鱼跃医疗吗,奥拓和奥迪是有区别的好吗!

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脊柱手术器械的进口替代:脊柱外科用品可以分为手术器械和设备、手术耗材两大类。就手术器械和设备而言,常用的设备包括X线机(如C臂G臂)、超声骨刀、导航设备以及手术机器人等,积水潭医院所用的C臂机仍为进口品牌,但目前已有很多国内厂商可以生产C臂机,国产品牌在一些医院也有一定的覆盖率;国产的超声骨刀跟进口品牌并没有太大差别;对于相对大型的设备而言,大部分导航设备都仍是进口品牌,目前也有部分国内厂家在生产导航设备;手术机器人方面,由于积水潭医院参与了天智航机器人的研发,所用的机器人都是国产的。

脊柱外科发展的驱动因素:脊柱外科飞速发展的动力无外乎来自医生和患者两个方面。从医生治疗的角度来看,随着外科技术、手术设备、手术工具以及手术内植物的发展,曾经不能完成手术(如严重复杂的的畸形、肿瘤等手术)现在可以完成了,脊柱所有部位的疾病都可以治疗。例如上颈椎畸形的手术治疗,上颈椎畸形会对人体很大影响,严重的会导致瘫痪甚至死亡,由于该部位临近许多重要血管和颅脑与脊柱交界处的脊髓,解剖上的复杂性曾经使这一部位成为手术禁区,但随着影像技术的出现,医生可以清楚看到脊柱畸形,并伴随着导航和机器人等辅助手段,打钉子可以更加准确,这一手术也能很安全地完成了;另一方面,过去能做的手术如今也能完成得更好,更微创...

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天智航原研的天玑骨科手术机器人系统,能够开展四肢、骨盆以及颈、胸、腰、骶脊柱全节段手术,在多模影像配准、患者实时跟踪、路径自动补偿等关键技术上实现了突破。开展天玑骨科手术机器人辅助手术,临床精度可达1mm以内,具有出血少、创伤小等显著临床优势。

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2018年11月,在首届中国国际进口博览会上,天玑机器人与大飞机、超级计算机、高铁、港珠澳大桥等7个展品一同入选“国家展”的中国馆。
2019年10月,强生医疗与天智航签订了合作研发、合作营销和分销协议。将天智航的手术机器人与强生的骨科内植入物一起为中国乃至全球的病患带来更先进的数字化手术治疗方案,共同为全球数字化手术进程贡献力量。
2020年公司启动国际化,计划年内获得美国FDA和欧盟CE认证。
2020年公司将推出第四代天玑2.0骨科手术导航机器人。
2021年公司将推出关节置换机器人。
1、天玑机器人对医生的意义
手术机器人解决传统骨科手术“看不见、打不准、拿不稳”...

还有酷特智能,我中签了

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嘿嘿,知道这个核心是什么吗,其实就是把导航和机械臂两个结合起来了,但导航技术日本早就有,机械臂就不用说了,其实不难。你就问问多少准备用这个机器人做手术的在手术中又改为导航去做。

这个就是鸡肋,上颈椎太危险的手术不敢用,只有胸腰椎的手术用,打钉子少的没必要太浪费时间,只有打钉子多的,侧弯的病人用,你觉得有多少手术会用到。

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目的 对机器人辅助关节置换手术的研究进展进行综述和评价。方法 广泛查阅国内外关于机器人辅助关节置换手术的相关研究文献,对其优缺点、临床疗效和未来展望等进行总结。结果 目前广泛认可的机器人辅助关节置换手术优势在于数字化、智能化的术前规划,精准化假体安装和量化的术中软组织平衡,以及良好的术后影像学假体对位和对线,但临床疗效优势仍存在争议。机器人辅助关节置换手术的缺点主要有机器人系统价格昂贵、手术时间延长、影像学依赖机器人系统的放射性损伤增加等。结论 相较于传统手术,机器人辅助关节置换手术可提高假体位置的精准度、辅助量化评估软组织张力,且可重复性高。未来还需要进一步研究评估临床功能和假体生存率,以及优化机器人系统。

引用本文: 付君, 倪明, 陈继营. 机器人辅助关节置换手术  ——一项关乎现在和未来的新兴技术. 中国修复重建外科杂志, ): . doi: 10.92. 复制

当今社会,日常生活中的数字化和智能化已成为不可逆转的发展趋势,医疗领域也不例外。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。现对机器人辅助关节置换手术的优缺点、临床疗效和未来发展趋势等予以述评。

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。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。

2   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[-]。Agarwal 等[]于 2020 年综述了 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,其中 12 项研究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[]。Gordon 等[]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%。上述研究结果提示,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[]

机器人辅助关节置换手术在假体安放精确性方面的优势已有比较确定的共识,但这些优势能带来多大的临床获益目前仍有争议。Kayani 等[-]报道机器人辅助关节置换手术组织损伤更小,炎症因子升高幅度更低,术后康复更快、疼痛程度更低、住院时间更短、关节活动度恢复更好,近期临床评分也有优势。但也有很多研究显示没有发现临床功能获益,Shaw 等[]对照研究了 1 160 例机器人辅助手术及常规器械手术后半年的临床结果,发现两组临床疗效差异无统计学意义。出现不同结论的原因很多,可能与术者操作熟练程度、机器人系统、评价方法和观察时间点等都有关系。

另外一项评价机器人辅助关节手术的指标是假体使用寿命,由于其在临床应用时间总体较短,有中长期随访结果的病例数相对较少,因此尚不能得出可信数据。但传统的主动式机器人 Robodoc 在临床应用已有 10 余年,Kim 等[]于 2020 年报道了一项 2002 年—2008 年的随机对照试验研究结果,Robodoc 机器人辅助膝关节置换 750 侧,常规器械手术 766 侧,平均随访 13 年(最短随访时间 10 年),结果显示两组在功能评分、假体无菌性松动、假体生存率及并发症等方面差异无统计学意义。这与 Jeon 等[]的研究结果类似。采用新一代半自动机器人辅助关节置换手术取得了较好的近期假体生存率[],但中长期结果还有待观察。

机器人辅助关节置换手术首先需要熟悉硬件设备,同时还需要掌握软件使用,摸索和熟悉新的手术流程,看似繁琐,但实际学习并不困难。以机器人辅助髋关节置换手术为例,Redmond 等[]比较了第 1 个、第 2 个和第 3 个 35 例手术在手术精确度、手术时间和并发症等方面的差异,发现第 1 个 35 例后即度过学习期,达到成熟阶段。我们团队计算的学习曲线仅需要 14 例[]。Kayani 等[-]认为髋臼安放学习需要 12 例,熟悉手术流程只需要 7 例,单纯从安放精确性方面比较,前后病例无显著差异,不存在明显学习曲线。

3   机器人辅助关节置换手术的缺点和不足

机器人系统设备昂贵一直是令人诟病的问题,这也是现在及将来制约其广泛应用的主要障碍之一。有关机器人辅助手术的性价比仍然是有争议的问题,它与机器人售价、手术收费、机器人手术潜在获益,包括缩短住院时间、减少并发症、机器人耗材收费、机器人使用寿命和升级成本等直接相关。不同的支付体系完全不具备可比性。根据 Vermue 等[]的研究,以美国支付体系为背景,采用 Markov 决策分析模型,假定 1 例 67 岁骨关节炎患者行全膝关节置换术,估算此后 20 年内的可能花费,研究结论是每台机器人每年完成 253 例以上手术,其效益才合算。Moschetti 等[]采用类似研究方法,认为机器人辅助单髁置换术每年超过 94 例时,其性价比超过常规器械手术。以我国目前的医疗付费体制,单从经济收益上计算,需要机器人较大幅度降价,同时提高使用收费标准,才具有经济效益上的吸引力。但这可能会在一定程度上抑制企业研发的积极性,同时降低机器人手术在患者方的接受度。总之,机器人辅助关节置换手术在性价比方面的难题还有待破解。

在技术层面,目前辅助关节置换手术的机器人总体仍处于初级发展阶段,主要表现在主动性有限、智能化不足、灵活性不够、精确性不稳定等。有些系统还需要依赖术前特殊影像检查,耗费时间和成本,增加放射线暴露;术中安放调试机器、安装导航定位装置、注册对准等流程,即使过程顺利也会花费过多时间。因此还需要增加多学科合作,走医工结合道路,克服这些缺陷或限制。

4   机器人辅助关节置换手术的未来发展趋势

当前经典的机器人手术计划需要术前影像学检查(CT 或 X 线片),术中通过注册解剖标志转为机器人注册空间和手术计划;而另一类关节置换手术机器人为非影像依赖系统,手术计划将融合解剖标志和关节的运动学资料。然而影像依赖与精准度的利弊权衡目前尚无定论。在临床应用方面,除了保持力线及截骨量精确性,应更加重视机器人系统在改善软组织平衡、实现更好的动力对线等方面的作用。在操控性方面,应重视主动与被动操作相结合,兼顾精确性、安全性和操控效率。此外,在髋关节置换手术方面,目前研究重点是术前计划纳入个体解剖特点和脊柱骨盆联动关系,个性化、最优化假体安放角度及位置,减少并发症,提高疗效及假体使用寿命。

未来的机器人系统还需要大大提高智能化水平,提高系统的数据积累和分析能力,在更高层次整合患者的解剖生理特点、假体设计和手术技术,利用系统的数字化、智能化优势,力争达到假体选择、手术方案甚至手术操作的个性化。这将成为关节外科机器人系统的重要发展方向。

作者贡献:付君负责综述的构思与设计、查阅文献及撰写论文;倪明负责综述观点补充并修改论文;陈继营负责对文章的知识性内容进行审阅。

利益冲突:所有作者声明,在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。

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