机器人辅助手术技术在人工关节置换中的应用
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• 第一次使用机器人全自动切除：1991年，Probot， 经尿道前列腺电切
• 第一个骨科手术机器人系统：1992年，Robodoc， 全髋关节置换-股骨侧髓腔准备
• 临床上最具代表性、使用最广泛的机器人：da Vinci
手术机器人的基本类型
被动式 主动式 半主动式 ( Haptic，触觉回馈 )
早期的半主动式骨科机器人
ACROBOT (Active Constraint Robot，Imperial College of London)
Acrobot(英国伦敦帝国理工学院）是首个 半主动式骨科机器人，首次引入“触觉感知” 的理念——目前最受推崇的工作原理
影像辅助 需要术前CT作为注册信息 用于全膝关节置换手术 需要患肢在术中牢固固定，不允许移动 提高TKA手术中的截骨精确性和安全性 2010年被收购，2013年并入MAKO旗下
机器人辅助下截骨 执行术前方案
Imageless
成本降低 程序简化 辐射量减少
Image-based术前CT辐射量约为4.8mSv （相当于48次胸透）
累积透视103 mSv
若累积10mSv 可能与癌症有关
精确性？
国内应用现状
• 2016年9月6日上海六院完成国内首例机器人辅助下人工关节置 换术（MAKO-UKA）
第一代产品由于研磨过程中软组织损 伤导致过多并发症及相关法律诉讼
术前计划、术中注册和研磨均耗时 研磨过程中产热明显 形体笨重，占用手术室空间 10%的医生中途放弃
按照工作原理
半主动式
机器人的动作过程由医生参与控制，机器人将医生的操作限制在安全范 围内，并通过触觉、听觉等反馈机制告知医生手术的安全边界 代表产品：MAKO RIO SYSTEM
• 膝关节单髁置换术 • 膝关节双间室置换 • 全髋关节置换 • 全膝关节置换
机器人辅助下膝关节单髁置换术
• UKA是治疗膝关节单间室骨关节炎的有效方法 • 传统方法UKA术后力线不良和假体位置不良的发
2017年度立项项目：
• 髋膝兼容、安全、高效微创关节置换手术机器人系统研发：苏州微创关节医疗 科技有限公司牵头
• 科技部——国家重点研发计划——“智能机器人”重点专项 2017年 度—— 关键技术与装备—— 微创膝关节置换手术机器人系统
• 项目申报阶段
机器人辅助手术在关节外科的应用
——以MAKO为例
Clin Orthop Relat Res (2011) 469:319–329
• 回顾性分析2004-2008年在MGH接受THA或表面置 换的2061例患者
• 设定可接受的髋臼假体位置为外展30–45°，前倾525°
• 在1823例可测量的患者中
• 外展角符合要求的占63% • 前倾角符合要求的占79% • 两者均符合要求的仅为50%
• 国内目前已拥有关节置换机器人设备的医院： • MAKO：
• 上海六院、301医院 • 南方医院和鼓楼医院有望今年底装机
• Tsolution OneTM （THINK ）
• 北京协和医院、301医院、河南省人民医院
国内关节外科机器人研发现状
• 尚无一家国内企业推出任何产品 • 国家政策大力引导与扶持： • 科技部——国家重点研发Biblioteka Baidu划——“数字诊疗装备研发”重点专项
半主动骨科手术机器人
MAKO-机械臂互动式骨科手术系统（RIO）
目前最受关注的关节外科机器人，重新点燃了骨科 医生对于机器人手术的兴趣
分别于2006、2010和2015年经FDA批准用于UKA、 THA和TKA
2013年Stryker以16亿美元收购MAKO Mako-TKA于2017年AAOS期间正式上市商业推广 需要术前CT影像建模 目前全球装机380+台，完成手术83000+台 临床资料最充足 术后效果和病患满意度优异 被Stryker视作未来争夺人工关节市场份额的利器
半主动骨科手术机器人
Navio PFS System
手持式切骨器械 无需影像辅助、开放平台 半主动控制 持续监测患者下肢位置和运动 目前只被批准用于单髁置换 学习曲线短（8例左右） 一开始的手术时间65分钟左右 售价30~35万美金
Image-based
术前建模 制定手术方案
术中注册 解剖定位
关节置换手术技术的精准化
• 目标： • 精准的力线重建 • 精准的假体位置 • 精准的软组织平衡 • 精准的运动学参数
• 终极目标： • 减少并发症 • 提高患者满意率 • 提高假体远期生存率
机器人是关节置换精准化的有力助手
外科手术机器人发展简史
• 第一例有记录的机器人手术：1985年，Puma 560， 脑组织内肿瘤活检
机器人辅助手术技术在人 工关节置换中的应用
长远来看 机器人技术在任何行业的引入
• 提高生产效率
• 提高准确度
• 提高精确度
• 降低成本
人工关节置换为什么需要机器人
• 尽管经历40多年的创新发展，全膝关节置换术后 的满意率始终无法超过90%
• 28.8% 的髌股关节置换、18.0%的单髁置换和 6.5%的 全膝关节置换需要在12年内接受翻修手术（2013 年澳大利亚人工关节登记系统数据）
基于影像型
无需影像型
封闭平台 软组织
开放平台 硬组织
按照工作原理
被动式
机器人系统自身并不进行手术操作，只是提供视觉导航及机械臂，医生 具有完全的主动控制权。如“达芬奇”
骨科领域：KneeNav、HipNav、Galileo、SurgiGATE……
按照工作原理
主动式
可以根据术前规划 由机器人控制切割工具自主完成手术过程，一旦手术计 划确定，医生无法实施干预 典型代表：ROBODOC/Tsolution OneTM （THINK Surgical， Fremont, CA)
ROBODOC/Tsolution OneTM Surgical System
1992年首用于临床，第一代产品2008年经 FDA批准用于THA（股骨侧髓腔准备）
影像辅助、主动型研磨系统 开放平台 2000年由德国医生扩展适应证至全膝关节置
换手术 2014年美国FDA批准其第二代产品用于THA TKA适应证尚未得到FDA批准 全球已完成24000余例手术
• 第一个骨科手术机器人系统：1992年，Robodoc， 全髋关节置换-股骨侧髓腔准备
• 临床上最具代表性、使用最广泛的机器人：da Vinci
手术机器人的基本类型
被动式 主动式 半主动式 ( Haptic，触觉回馈 )
早期的半主动式骨科机器人
ACROBOT (Active Constraint Robot，Imperial College of London)
Acrobot(英国伦敦帝国理工学院）是首个 半主动式骨科机器人，首次引入“触觉感知” 的理念——目前最受推崇的工作原理
影像辅助 需要术前CT作为注册信息 用于全膝关节置换手术 需要患肢在术中牢固固定，不允许移动 提高TKA手术中的截骨精确性和安全性 2010年被收购，2013年并入MAKO旗下
机器人辅助下截骨 执行术前方案
Imageless
成本降低 程序简化 辐射量减少
Image-based术前CT辐射量约为4.8mSv （相当于48次胸透）
累积透视103 mSv
若累积10mSv 可能与癌症有关
精确性？
国内应用现状
• 2016年9月6日上海六院完成国内首例机器人辅助下人工关节置 换术（MAKO-UKA）
第一代产品由于研磨过程中软组织损 伤导致过多并发症及相关法律诉讼
术前计划、术中注册和研磨均耗时 研磨过程中产热明显 形体笨重，占用手术室空间 10%的医生中途放弃
按照工作原理
半主动式
机器人的动作过程由医生参与控制，机器人将医生的操作限制在安全范 围内，并通过触觉、听觉等反馈机制告知医生手术的安全边界 代表产品：MAKO RIO SYSTEM
• 膝关节单髁置换术 • 膝关节双间室置换 • 全髋关节置换 • 全膝关节置换
机器人辅助下膝关节单髁置换术
• UKA是治疗膝关节单间室骨关节炎的有效方法 • 传统方法UKA术后力线不良和假体位置不良的发
2017年度立项项目：
• 髋膝兼容、安全、高效微创关节置换手术机器人系统研发：苏州微创关节医疗 科技有限公司牵头
• 科技部——国家重点研发计划——“智能机器人”重点专项 2017年 度—— 关键技术与装备—— 微创膝关节置换手术机器人系统
• 项目申报阶段
机器人辅助手术在关节外科的应用
——以MAKO为例
Clin Orthop Relat Res (2011) 469:319–329
• 回顾性分析2004-2008年在MGH接受THA或表面置 换的2061例患者
• 设定可接受的髋臼假体位置为外展30–45°，前倾525°
• 在1823例可测量的患者中
• 外展角符合要求的占63% • 前倾角符合要求的占79% • 两者均符合要求的仅为50%
• 国内目前已拥有关节置换机器人设备的医院： • MAKO：
• 上海六院、301医院 • 南方医院和鼓楼医院有望今年底装机
• Tsolution OneTM （THINK ）
• 北京协和医院、301医院、河南省人民医院
国内关节外科机器人研发现状
• 尚无一家国内企业推出任何产品 • 国家政策大力引导与扶持： • 科技部——国家重点研发Biblioteka Baidu划——“数字诊疗装备研发”重点专项
半主动骨科手术机器人
MAKO-机械臂互动式骨科手术系统（RIO）
目前最受关注的关节外科机器人，重新点燃了骨科 医生对于机器人手术的兴趣
分别于2006、2010和2015年经FDA批准用于UKA、 THA和TKA
2013年Stryker以16亿美元收购MAKO Mako-TKA于2017年AAOS期间正式上市商业推广 需要术前CT影像建模 目前全球装机380+台，完成手术83000+台 临床资料最充足 术后效果和病患满意度优异 被Stryker视作未来争夺人工关节市场份额的利器
半主动骨科手术机器人
Navio PFS System
手持式切骨器械 无需影像辅助、开放平台 半主动控制 持续监测患者下肢位置和运动 目前只被批准用于单髁置换 学习曲线短（8例左右） 一开始的手术时间65分钟左右 售价30~35万美金
Image-based
术前建模 制定手术方案
术中注册 解剖定位
关节置换手术技术的精准化
• 目标： • 精准的力线重建 • 精准的假体位置 • 精准的软组织平衡 • 精准的运动学参数
• 终极目标： • 减少并发症 • 提高患者满意率 • 提高假体远期生存率
机器人是关节置换精准化的有力助手
外科手术机器人发展简史
• 第一例有记录的机器人手术：1985年，Puma 560， 脑组织内肿瘤活检
机器人辅助手术技术在人 工关节置换中的应用
长远来看 机器人技术在任何行业的引入
• 提高生产效率
• 提高准确度
• 提高精确度
• 降低成本
人工关节置换为什么需要机器人
• 尽管经历40多年的创新发展，全膝关节置换术后 的满意率始终无法超过90%
• 28.8% 的髌股关节置换、18.0%的单髁置换和 6.5%的 全膝关节置换需要在12年内接受翻修手术（2013 年澳大利亚人工关节登记系统数据）
基于影像型
无需影像型
封闭平台 软组织
开放平台 硬组织
按照工作原理
被动式
机器人系统自身并不进行手术操作，只是提供视觉导航及机械臂，医生 具有完全的主动控制权。如“达芬奇”
骨科领域：KneeNav、HipNav、Galileo、SurgiGATE……
按照工作原理
主动式
可以根据术前规划 由机器人控制切割工具自主完成手术过程，一旦手术计 划确定，医生无法实施干预 典型代表：ROBODOC/Tsolution OneTM （THINK Surgical， Fremont, CA)
ROBODOC/Tsolution OneTM Surgical System
1992年首用于临床，第一代产品2008年经 FDA批准用于THA（股骨侧髓腔准备）
影像辅助、主动型研磨系统 开放平台 2000年由德国医生扩展适应证至全膝关节置
换手术 2014年美国FDA批准其第二代产品用于THA TKA适应证尚未得到FDA批准 全球已完成24000余例手术