脊柱微创手术机器人研究现状

中国脊柱微创手术行业发展背景及市场现状分析老年性骨质疏松症是引起胸腰背痛的主要原因，患者易发生骨折，锥体为最易发生骨折部位。

骨折疏松导致的锥体压缩性骨折临床治疗方案主要包括保守治疗和手术治疗，保守治疗包括卧床休息、药物镇痛、支具外固定等，手术治疗包括微创手术和开放手术（开放手术临床开展较少）。

保守治疗无法纠正脊柱畸形，且患者常伴有较长时间的腰背痛，同时长期卧床又可导致骨质疏松程度加重及褥疮等并发症出现。

手术治疗方案疗效较为明显，疼痛控制较为迅速，特别是微创治疗，在快速控制疼痛的同时，患者能够较快活动，减少卧床导致的骨质疏松加重，提高患者生活质量。

微创治疗方案主要包括PVP手术和PKP手术。

骨质疏松性压缩性骨折各种治疗方案对比数据来源：公开资料整理经皮锥体成形术（PVP）：1984年法国放射医师Galibert首先用经皮锥体穿刺注入骨水泥（PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯）治疗锥体血管瘤获得显著的止痛效果，开创了经皮锥体成形术（percutaneousvertebroplasty,PVP），随后该技术逐渐被用于锥体转移性肿瘤，锥体骨髓瘤及骨质疏松性锥体压缩骨折患者，由于其具有良好疗效及极低的并发症发生率很快获得放射科、骨科及神经外科等相关科室医生认可，成为治疗以上疾病的主要方法。

PVP适应症包括：（1）骨质疏松症锥体压缩骨折；（2）锥体转移瘤；（3）锥体转移瘤；（4）锥体血管瘤。

经皮锥体后凸成形术（PKP）：经皮锥体后凸成形术于2002年首次在国内用于治疗骨质疏松性锥体骨折，该技术与PVP相比，增加球囊扩张步骤，将脊柱压缩部位撑开后，再注入骨水泥，PKP对于椎体高度丢失明显、陈旧性骨折伴假关节形成的患者是更好的选择，PKP可以更好地恢复椎体高度，纠正后凸畸形。

PVP与PKP对比数据来源：公开资料整理目前国内PVP/PKP市场主要厂家包括凯利泰、美敦力、山东冠龙、苏州爱得等，脊柱微创手术需要较长时间学习，临床操作难度较大，医生需要积累操作经验，具有较强黏性，新进入者相对较难被医生采用。

机器人辅助手术治疗脊柱骨折伴脊髓神经损伤的研究进展吴博宇，范志海（苏州大学附属第二医院骨外科 江苏 苏州 215000）摘 要脊柱骨折作为骨科常见创伤之一，多由直接或间接外力引起，主要累及脊柱和周围软组织。

脊柱骨折后正常生理结构改变，常导致脊髓神经受损、受压，且由于椎管内含脆弱神经，解剖结构复杂，对于手术精准性要求较高。

机器人手术系统拥有自由度较高的机械臂，术者可利用计算机实时导航跟踪、动态监测进针的精度与安全性，并能提高穿刺及置钉成功率，避免二次骨质破坏，减轻术者工作负荷。

同时，机器人辅助治疗和康复方式在临床治疗中的应用，可为患者提供持续性神经治疗和康复，增加患者肌肉活动性，改善神经损伤情况，有利于患者肢体功能康复。

本研究主要分析机器人辅助手术在脊柱骨折伴脊髓神经损伤中的应用，旨在为脊柱骨折伴脊髓神经损伤治疗提供指导。

关键词脊柱骨折；脊髓损伤；机器人辅助手术中图分类号 R608 R687.3 文献标识码 A 文章编号　2096-7721（2024）02-0194-05 Research progress of robot-assisted surgery in the treatment of spinalfracture with spinal cord injuryWU Boyu, FAN Zhihai(Department of Orthopedic Surgery, the Second Affiliated Hospital of Soochow University, Suzhou 215000, China) Abstract As a kind of common orthopedic injuries, spinal fracture is mostly caused by direct or indirect external forces, mainly involving the spine and surrounding soft tissues. Normal physiological structure changes after spinal fracture can lead to spinal cord injury and compression. Since the vertebral canal is the vertebral column that stores an integral portion of the central nervous system, its anatomical structure is complex and requires high surgical accuracy during surgery. With the high degree of freedom of robot arm in the robotic surgical system, surgeons can use the real-time tracking system to dynamically monitor the insertion of spinal needle accurately and safely. It could also improve the success rate of puncturing and nail placement, avoid secondary bone destruction, and lighten surgeons’ work load. Meanwhile, the application of robot-assisted surgery and rehabilitation way in clinical practice could provide patients with continuous neurological treatment and rehabilitation, improve patients’ muscle activity and reduce nerve damage, which is conducive to rehabilitation of patients’ limb function. The application of robot-assisted surgery in spinal fracture with spinal cord injury was mainly analyzed in this study, hoping to provide guidance for the treatment of spinal fracture with spinal cord injury.Key words Spinal Fracture; Spinal Cord Injury; Robot-assisted Surgery收稿日期：2023-11-13 录用日期：2024-01-15Received Date: 2023-11-13 Accepted Date: 2024-01-15基金项目：苏州市临床重点病种诊疗技术专项项目（LCZX202205）Foundation Item: Key Clinical Diseases Diagnosis and Treatment Technology Special Project of Suzhou City (LCZX202205)通讯作者：范志海，Email：*****************Corresponding Author: FAN Zhihai, Email: *****************引用格式：吴博宇，范志海. 机器人辅助手术治疗脊柱骨折伴脊髓神经损伤的研究进展[J].机器人外科学杂志（中英文），2024，5（2）：194-198.Citation: WU B Y, FAN Z H. Research progress of robot-assisted surgery in the treatment of spinal fracture with spinal cord injury[J]. Chinese Journal of Robotic Surgery, 2024, 5(2): 194-198.195随着现代交通和建筑行业的发展，脊柱骨折发生率越来越高，部分患者伴有脊髓神经损伤，易造成剧烈疼痛[1]。

.综述.脊柱手术机器人研究进展及趋势分析刘文勇胡蕊燕王再跃张津铭刘亚军法国格勒诺布尔医学院（Faculte de Medecine de Grenoble）于1992年开展了第1例机器人辅助脊柱临床手术m。

自此以后，脊柱手术机器人技术快速发展，先后出现了多种原型系统或产品,并开展了广泛的临床应用。

现总结脊柱手术机器人的临床功能特点，分析其发展过程与技术进展,并探讨其发展趋势。

一、脊柱手术机器人的临床功能脊柱手术机器人具有高精准度、高稳定性和自动化、智能化等特点，在临床上主要有两类功能:导航定位和灵巧操作。

1.机器人的导航定位功能:导航定位是发展最早、应用最广泛的机器人辅助临床功能,多以经皮椎弓根钉植入等手术为适应证，用于追踪和定位手术过程中的末端手术器械⑵O在功能实现上，导航定位过程主要分为两个阶段:路径规划和路径定位。

第一阶段，医生在软件界面上规划出手术路径。

这里的手术路径多为直线型，所用图像既可以是CT、MRI等术前图像，也可以是“C”型臂X线透视、“0”型臂或三维“C”型CT、超声等术中图像。

第二阶段,机器人自动地将导向套筒等末端手术器械移动到设定的路径上，并稳定住路径的位姿（位置和姿态）［3］o影响导航定位效果的因素,除了机器人自身的运动精度和稳定性之外，最主要的是手术配准的精度,也就是手术过程中涉及的图像坐标系、机器人坐标系与患者坐标系之间的空间配准性能。

手术路径的规划是在图像坐标系;机器人的动作指令是在机器人坐标系。

只有将两者统一在患者坐标系下,机器人才能够在患者身上准确地实现手术路径。

从手术安全性的角度分析,此类机器人的设计还需要考虑到术中可能存在的不确定因素和动态因素的影响⑷。

不确定因素主要包括患者突然移位、机器人动作出现偏差等。

普遍性的做法是,在患者、机器人以及术中成像设备上安装跟踪标记，借助红外线、电磁、可见光等跟踪器，进行实时同步跟踪，从而形成机器人动作的闭环控制,实现动作误差的D0I：10.19548/j.2096-269x.2020.03.013基金项目:北京市自然科学基金项目（1912056；Z170001）作者单位：100083北京航空航天大学生物与医学工程学院生物医学工程高精尖创新中心（刘文勇、胡蕊燕、王再跃、张津铭）；100035北京积水潭医院脊柱外科骨科机器人技术北京市重点实验室（刘亚军）通信作者：刘亚军,E-mail：drliuyajun@ 即时修正⑸。

脊柱增强现实手术的研究新进展摘要增强现实（AR）技术在脊柱手术中的应用取得了显著进展，提升了手术的精度和安全性，减少了辐射暴露，并改进了手术流程和培训效果。

本文综述了近年来AR技术在脊柱手术中的应用，重点讨论其在提高手术导航精度和安全性、减少辐射暴露、改进手术流程和时间、提升手术培训与教育以及改进复杂手术操作中的作用。

特别是在微创脊柱手术中，AR技术通过多种手术入路的应用，进一步提高了手术的精度和安全性，减少了手术时间和辐射暴露，改进了手术培训和流程。

随着技术的不断发展，AR技术在脊柱手术中的应用前景广阔，将进一步提高患者的治疗效果和生活质量。

提高手术导航精度和安全性增强现实技术在脊柱手术中最显著的优势之一是能够显著提高手术导航的精度和安全性。

AR技术可以将患者的解剖结构直接投影到外科医生的手术视野中，减少了医生从手术场景转移到远程导航屏幕的注意力转移和视线中断问题。

研究表明，AR技术在脊柱手术中的应用减少了手术误差，提高了手术的整体精度。

例如，在一项研究中，AR技术显著提高了手术精度，平均注册误差仅为0.87毫米。

此外，其他研究也表明，AR、VR和MR技术在脊柱手术中的应用不仅提高了手术精度，还改善了患者的症状，螺钉定位的最高并发症率为6.1%。

减少辐射暴露减少手术过程中的辐射暴露是增强现实技术在脊柱手术中另一个重要应用。

传统的脊柱手术通常依赖于术中成像技术，如计算机断层扫描（CT），这会导致患者和医务人员暴露于高剂量的辐射中。

AR技术结合低剂量的术中计算机断层扫描（iCT），显著减少了术中辐射暴露。

一项研究发现，使用AR技术后，颈椎手术的辐射剂量减少至0.35-0.98 mSv。

此外，其他研究表明，AR导航系统在脊柱手术中的应用显示出优越的工作流程和不逊色于传统导航技术的精度，同时显著减少了辐射暴露。

这种技术的应用不仅保护了患者的健康，还减少了医务人员的辐射风险。

改进手术流程和时间AR技术在脊柱手术中的应用还显著改进了手术流程和时间。

骨科机器人的研究新进展摘要近年来，骨科机器人技术在外科手术中的应用取得了显著的进展，提升了手术的精度和效果，推动了个性化医疗的发展。

本文综述了近年来骨科机器人技术的最新研究进展，重点探讨其在关节置换、脊柱手术、创伤手术、韧带重建、微创手术以及手部和肩部手术中的应用。

此外，本文详细介绍了骨科机器人的工作原理、生物信息学与实验研究的结合，并探讨了其未来发展前景。

尽管面临成本和培训的挑战，随着人工智能、深度学习和增强现实等技术的发展，骨科机器人技术有望在未来取得更大的突破，为临床应用提供更好的解决方案。

引言骨科机器人技术的出现和发展极大地改变了传统的外科手术模式。

凭借其高精度、高稳定性和可重复性，骨科机器人为外科医生提供了强有力的技术支持，提升了手术的精度和安全性。

近年来，随着人工智能、深度学习和增强现实等技术的迅猛发展，骨科机器人在各种手术中的应用逐渐普及，极大地推动了个性化医疗的发展。

本文将详细综述骨科机器人技术在各类手术中的最新应用进展，探讨其工作原理、生物信息学与实验研究的结合，并展望其未来发展前景。

骨科机器人研究进展在关节置换手术中，骨科机器人技术的应用已相当广泛。

机器人系统如Mako和ROBODOC通过精确准备骨表面和放置假体，提高了手术的准确性和重复性。

这些系统依靠高精度的导航技术和实时图像引导，使外科医生能够在手术过程中进行精确的骨骼处理和植入物放置。

在脊柱手术中，机器人辅助手术技术主要应用于脊柱融合和矫正手术。

例如，Mazor Robotics的SpineAssist系统用于精确定位和固定脊柱植入物，减少手术时间和并发症。

这些机器人系统依靠图像引导和导航技术，确保植入物的位置和角度的精确性，从而减少手术的创伤和恢复时间。

机器人系统在骨折固定手术中的应用日益广泛。

通过远程操控钻孔导向器，手术的精度和安全性得到了显著提升，减少了X射线暴露的风险。

这些系统能够提供精确的骨折复位和固定方案，减少了手术的复杂性和风险。

5大脊柱微创手术的最新研究进展！近20年来，一些脊柱微创技术如雨后春笋，遍地开花，这与内镜、经皮穿刺技术和脊柱植入材料及装备的发展密不可分。

脊柱微创外科（minimally invasive spine surgery，MISS）的目标就是提高临床效果、较少并发症及住院时间、并使患者早日康复锻炼回归到正常生活。

与开放手术相比，脊柱微创手术有非常多的优点，比如更少的软组织损伤、更少的失血量、更少的术后疼痛、更小的手术切口、更快速的康复、更少的住院时间和更少的并发症。

但脊柱微创手术的一些缺点也应该被关注，比如理解脊柱三维解剖比较困难、在一个局限的区域内操作器械比较困难。

还有就是增加患者的经济负担、医生更多的放射暴露和较长的学习曲线。

本综述目的是探讨脊柱微创外科治疗脊柱退行性疾病和脊柱畸形的相关技术。

1椎间盘切除术在美国，腰椎间盘突出症的发生率是仅次于上呼吸道感染的，居于第二位。

过去的十年，脊柱微创外科技术被广泛的用于治疗颈腰椎间盘突出症。

与显微镜下椎间盘切除术相比，微创椎间盘切除技术具有更少的外科创伤和更好的术后效果等优点。

文献报道，内窥镜下髓核摘除术（micro endoscopic discectomy，MED）取得了良好的效果。

而另一个比较成功的治疗椎间盘突出的技术是经皮内镜下椎间盘切除术（percutaneous endoscopic microdiscectomytechnique），即俗说的椎间孔镜技术。

更值得一提的是，在一些微创椎间盘摘除手术过程中，病人是保持清醒的，可完全摘除突出的间盘，保证术后良好的效果。

在最近发表的一个包括16项RCT研究的Meta分析，通过比较标准的椎间盘切除术和微创下椎间盘切除术治疗腰椎间盘突出症，结果发现微创治疗组可能有更高的复发率和手术时间。

另一方面，微创治疗组具有更小的手术切口和更短的住院时间。

据报道，另一个重要的发现是，脊柱微创技术治疗椎间盘突出具有更少的失血量，且放射暴露和花费与传统椎间盘切除术相比，无统计学意义。

微创脊柱外科手术的发展现状摘要】近些年来，我国经济在快读的提升，人们的生活方式也发生了较大的改变。

人们生活水平的提高，使得他们开始追求更多的娱乐，科技水平的提升，使得他们的娱乐水平更加多样化。

但是万事有利就有弊，在活动的同时，他们遭受的意外的伤害的概率大大增加，因此，很多医院引进了新技术进行患者的意外伤害治疗。

在这些技术当中，微创脊柱外科手术的应用是最多的，因为微创脊柱外科手术在进行治疗的时候伤口小，基本上没有什么副作用，很适合现在实际的需求。

近些年来，我国的微创脊柱外科手术发展情况还是非常不错的，取得了很好的成绩，但还是有一定的问题有待解决。

本文主要对微创脊柱外科手术的发展现状进行分析研究。

【关键词】微创脊柱外科手术、发展现状一、前言随着我国经济的发展，人们生活水平的提高，追求生活的多样性已经成为了一种趋势。

但在活动的同时，不可避免的会造成一定的伤害。

为了解决伤害的问题，微创脊柱外科手术被开发出来，然后在患者意外伤害治疗中得到了良好的应用。

微创脊柱外科手术和传统的手术有着较大的区别，微创脊柱外科手术通过一些特殊的仪器、手术器械以及其它的手段机械能能患者脊柱疾患的治疗，治疗过程中基本上是微创的。

和传统的开放性脊柱外科手术，微创特性使得治疗伤口变小，患者手术后的后遗症问题在很大程度上得到了有效控制。

对于微创脊柱外科手术，它可以分为椎间孔镜、经皮椎体成形术、经皮后凸成形术和胸腔镜等微创技术，这些完善的技术使得它的发展情况还是不错的。

下面我们对微创脊柱外科手术进行研究分析。

二、微创脊柱外科手术概述和发展1、经皮穿刺髓核化学溶解术经皮穿刺髓核化学溶解术是在1964年被提出来的，到现在已经有了50年的历史。

经皮穿刺髓核化学溶解术治疗主要是通过胶原酶对椎间盘髓核胶原的降解作用，让椎间问题得到良好的解决。

伴随着科技的发展，这项技术也得到了良好的革新，基本胶原酶降解原理的新型材料已经被开发出来，然后在医学治疗中使用，得到了良好的应用。

脊柱手术机器人在脊柱外科手术中的应用进展李玉希1，黄浚燊1，刘 婷2，黄家俊1，黄 霖1（1.中山大学孙逸仙纪念医院骨科 广东 广州 510120；2.中山大学孙逸仙纪念医院麻醉科 广东 广州 510120）摘 要 过去十年间，智能医疗技术已经成为研究的热点方向，并衍生出图像辅助AI和肿瘤诊断辅助系统等一系列技术。

在外科领域，外科机器人是最有吸引力的智能技术之一。

经过近十年的发展，机器人在脊柱外科手术中显露出巨大优势，已有大量关于准确性和辐射量的研究报道。

但是，文献查阅过程中亦暴露出机器人的一些不足，促使我们对脊柱机器人的综合评价进行了回顾。

此综述总结了已发表文章中提到的结果和我们已总结而未发表的结论，希望这些总结有助于研究人员将来对机器人进行针对性的改进，并拓宽脊柱手术机器人的未来方向。

脊柱手术机器人技术被认为在未来应用中前景光明，但是与其他现有的应用技术相比，亟须解决应用范围窄、应用深度浅和优势不突出的缺点。

关键词 脊柱手术机器人；外科机器人；智能骨科中图分类号 R681.5 文献标识码 A 文章编号　2096-7721（2021）02-0143-08Application progress of spinal surgical robotLI Yuxi1, HUANG Junshen1, LIU Ting2, HUANG Jiajun1, HUANG Lin1(1. Department of Orthopedics, Sun Yat-sen Memorial Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510120, China; 2. Department of Anesthesia, Sun Yat-sen Memorial Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510120, China)Abstract In the past decade, intelligent medical technology has become a hot research direction, and a series of technologies such as image-assisted artificial intelligence (AI) and tumor diagnosis assistant systems have been derived. In the field of surgery, surgical robot is one of the most attractive intelligent technologies. After nearly ten years of development, surgical robots have shown tremendous advantages in spinal surgery and have been reported by a large number of studies on accuracy and radiation level. However, the literature review also exposed some shortcomings of robots, which prompted us to make a 收稿日期：2020-03-14 录用日期：2020-07-12Received Date: 2020-03-14 Accepted Date: 2020-07-12基金项目：广东省自然科学基金（2017A030310554，2020A1515010371，2017A030313652）Foundation Item: Natural Science Foundation of Guangdong Province(2017A030310554, 2020A1515010371, 2017A030313652)通讯作者：黄霖，Email：*****************Corresponding Author: HUANG Lin, Email: *****************引用格式：李玉希，黄浚燊，刘婷，等. 脊柱手术机器人在脊柱外科手术中的应用进展[J]. 机器人外科学杂志，2021，2（2）：143-150.Citation: LI Y X, HUANG J S, LIU T, et al. Application progress of spinal surgical robot [J]. Chinese Journal of Robotic Surgery, 2021, 2(2):143-150.144comprehensive evaluation on spine robot. This review summarized the results in published articles and unpublished conclusions, hoping to help researchers to improve the functions of spine robot and broaden its application in the future. Compared with other existing applied technologies, although robot -assisted spine surgical technology is considered of bright future, it has to extend and deepen its clinical application and strengthen its advantages urgently.Key words Spinal surgical robot; Surgical robot; Intelligent orthopedic目前，外科手术机器人被认为是人工智能技术最具有代表性的技术之一，并且其在外科手术中的应用也被认为是未来外科手术发展的趋势。