在過去十幾年中，機器人系統在外科手術中的使用大大增加。普外科、泌尿外科、婦科等領域已廣泛采用機器人手術作為日常實踐的一部分，甚至都放在了住院醫師規范化培訓中；而我們的骨科醫生很多還在徒手打釘子、上鋼板、換關節和徒手進行內鏡微創手術，與上世紀的骨科醫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，關節是新界面，微創倒是出現了一些新術式。

國際上看，骨科機器人產品已經開始推廣布局，尤其是在脊柱外科。Zimmer Biomet 的Rosa Spine，Globus 的Excelsius GPS，以及Medtronic的Mazor X等都已經廣泛開展臨床應用。Stryker也收購了Mobius以及旗下Cardan 機器人，要進一步集成為一體化的脊椎微創手術機器人平臺。目前來看，國外廠商最新的發展趨勢是“術中3D影像+手術機器人+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機構分布? 圖片來源：biomedcentral.com

國內，在手術機器人第一股——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；此外，機器人的優勢主要體現在精確性、微創性、可重復性等，但當前商用化的骨科機器人還不能完成高效的全流程手術操作，多數局限在脊柱置釘導航輔助，或是輔助關節置換手術中的若干步驟。

內科手術外科化，外科手術微創化是未來的手術趨勢，關節外科的機器人僅提高了植入物的精確性，而椎間盤鏡、關節鏡這些技術結合機器人可使患者獲益于微創和精確植入。把這些技術與機器人技術相結合，才會使得更多患者獲益，但是這些微創技術門檻較高，需要更多系統化的技術集成，培訓及臨床技術更新。普外科、泌外科、婦產科等已經借助腔鏡機器人系統走到了微創機器人外科的前面，骨科目前仍然需要進一步的努力。當然，從目前的治療來看，傳統治療仍然占臨床治療中的大多數。新生代的大型醫院醫生們正在積極參與研發屬于下一代的機器人產品，這也正是我國骨科事業發展的重要機遇。

骨科脊柱手術機器人產業布局與文章專利情況

目前布局骨科脊柱手術機器人公司包括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的專利數量急劇增加。

脊柱外科美國、歐洲創新專利數量? 圖片來源：researchgate.net

脊柱手術機器人優勢

安全有效的脊柱手術依賴于精準的影像基礎，它多以精準3D影像為基礎，結合實時定位手段，引導機器人臂進行手術導航乃至輔助手術操作。

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

內窺鏡脊柱手術機器人輔助脊柱融合手術中的置釘??

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”。內固定主要是基于脊柱不穩或傳統切開手術對原有脊柱穩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固定嗎？

新時代的內鏡微創技術操作下，在并沒有破壞脊柱大部分穩定結構的情況下，可能只有很少一部分需要內固定置釘技術。但目前的骨科導航手術機器人主流仍然在強調置釘精確、置釘優勢。不可否認，從傳統的幾十年來，置釘是基礎，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等等技術的發展，置釘融合未來可能逐漸需要被淡化或被推遲實施。

美國脊柱內鏡技術的創始人Yeung 的第一篇文章“遠離融合”于 2015年12 月發表在《脊柱雜志》上。從 Yeung 對 58 名患者進行 5 至 10 年隨訪的初步審查中分析發現，大約 36% 的患者避免了脊柱融合手術（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選擇的決定感到滿意。他建議患者首先選擇內鏡減壓術作為“過渡手術”時，診斷和治療有助于緩解患者的疼痛，提高患者的生活質量。這就相當于關節鏡治療是骨關節炎治療的過渡手術，并不是每個人都需要直接做關節置換一個道理。

微創脊柱外科與機器人的結合發展

近幾十年來，已經引入了各種微創手術技術，以最大限度地減少與入路相關的組織創傷，同時優化為手術期護理和長期功能結果。目前國內外也開始出現用于脊柱微創的新一代手術機器人系統，該領域重新變為熱點。脊柱微創手術在術中需要在高精度術中影像的引導下進行精確的操作以及一些重復性的操作，因此特別適合手術機器人輔助。

未來的新一代脊柱機器人技術需要不僅僅在置釘方面表現優秀，還需要在微創手術的定位、建立通道、內鏡下減壓和鏡下融合等方面具有更多技術特點。結合新一代的末端器械，以及光學/磁追蹤器械，使得脊柱外科的手術越來越簡單化。

其他相關重要技術的進步

脊柱內鏡手術。內窺鏡脊柱手術是一種先進的微創脊柱手術形式，旨在為患者提供比傳統脊柱手術方法更快的恢復時間和更少的復發性疼痛。在大多情況下，可以使用局麻代替全身麻醉進行內鏡手術，從而降低年齡較大或合并有可能增加手術風險的內科疾病患者的整體醫療風險。脊柱內窺鏡技術是一種更具技術挑戰性的手術，但它有優良的術后效果。

內窺鏡脊柱手術? 圖片來源：outpatient-spine-surgeon.com

人工間盤置換術。融合與置換一直存在爭議，部分學者認為融合是過時的，尤其是頸椎，因為數據非常清楚，以至于人工頸椎間盤置換在很多結果指標上都優于融合，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。

3D打印。3D打印技術在脊柱有很多用途。2019 年，紐約市特殊外科醫院與 LimaCorporate 建立合作伙伴關系，推出基于供應商的增材制造 3D 打印設施，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，工程師設計了系統的Cage，使用精確的映射和術前手術計劃來恢復適當的高度和角度。RTI Surgical 等公司開發了 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打印可以進行在位的3D打印，更符合臨床的需求。

混合現實。約翰霍普金斯醫院的三名神經外科醫生使用增強現實系統對一名患者進行了首次脊柱融合術，Augmedics 在脊柱領域引起了轟動。該公司的 FDA 批準的 Xvision 脊柱系統使外科醫生能夠在術中可視化 3D 脊柱解剖結構，因此他們可以在看著患者的同時瀏覽器械和植入物。混合現實技術的聯合在術前評估、醫患溝通、遠程會診、提高患者安全、改善術后效果、減少并發癥方面具有巨大潛力。

人工智能。人工智能在醫療保健領域具有巨大潛力。人工智能可以幫助做出手術決策和閱讀影像研究。該技術不會取代外科醫生，但可以增強外科醫生的數據處理能力，為患者制定最佳治療流程。

再生醫學。再生醫學在脊柱領域仍處于起步階段。一種治療方法是 Discseel，其中外科醫生將纖維蛋白注射到撕裂的椎間盤中以密封纖維環內的撕裂。

遠程醫療。新冠大流行迫使許多專家在2020年初暫時推遲了手術，并轉向遠程醫療問診。患者現在對這項技術感到滿意，并希望脊柱外科醫生可以進行遠程問診和虛擬手術方案咨詢。新一代的脊柱機器人也可能配備5G遠程手術解決方案，為患者執行遠程手術。

脊柱手術機器人的設想

當機器人技術對所有醫院外科醫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的未來。例如提高CBCT（錐束CT）成像的精度與密度分辨率，將術前MRI/CT影像與術中CBCT相融合，再結合脊柱內鏡，明顯可以提高安全性并擴大進一步的應用。

未來脊柱機器人最重要的特征可能是通用性的概念，像達芬奇機器人這種平臺化的產品。它們必須能夠執行多種程序，并且最好與植入物制造商們更多兼容，適用于脊柱手術的幾乎所有領域，從微創到開放領域，而且不僅僅是椎弓根螺釘的放置。當今脊柱手術的主要原則涉及減壓、矯形和穩定性。脊柱機器人要蓬勃發展，它們必須能夠端到端的參與手術的各個方面并具有普遍性。

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

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

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

流行病學與成本效益分析

2001 年至 2010 年間，北美進行了大約 360 萬次脊柱融合術，這些手術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，當前的醫療手段尤其是在中國，不僅應側重于改善手術結果，還應側重于降低成本。

考慮到手術機器人在未來可能會越來越多地減少手術時間、患者住院時間、透視曝光和手術翻修率，可以預測在脊柱手術中使用機器人所獲得的潛在經濟節約。考慮到這些變化，到 2022 年，脊柱手術機器人的全球市場預計將從 2600 萬美元增加到 27.7 億美元，如果考慮到融合手術的一半都先進行內鏡下的非融合微創治療，那么脊柱微創的市場的估量則將進一步擴大。

具體到中國的醫療生態，未來的脊椎微創內鏡手術機器人的應用將會普及微創手術，實現階梯治療，提高治療效果，減少附加傷害。從而利于降低整體的國家醫保負擔和個人負擔。

最近國家醫療保障局發了關于骨科“手術機器人”和3D打印輔助收費的征詢意見函，這個函文將骨科手術機器人根據臨床貢獻價值大致分成了四類：1.規劃類；2.導航類；3部分手術輔助；4.全流程手術手術機器人/遠程操控手術機器人，制定的建議收費標準從1到4逐步提升，這將會引導骨科脊柱手術機器人向具備更高臨床價值、更高性價比的全手術化、系統化、微創化的平臺化解決方案的方向發展。

在過去的幾年里，我們看到結合了增強現實、遠程醫療、機器學習、數據分析、人工智能等技術的各類手術機器人解決方案的大規模宣傳，就目前而言，很多人認為是一種商業炒作，而不是提供真正的臨床優勢。個人PC剛出來的時候有人這么認為，智能手機來的時候有人這么認為，5G來的時候有人這么認為，無人駕駛來的時候也有人這么認為，元宇宙來的時候還是有人這么認為……，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，因為它們是時代創新的腳印。類似的，我對新一代的脊椎微創手術機器人的未來發展充滿了信心。