機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)——一項關(guān)乎現(xiàn)在和未來的新興技術(shù)

　　【摘要】 目的 對機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述和評價。方法 廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的相關(guān)研究文獻(xiàn)，對其優(yōu)缺點、臨床療效和未來展望等進(jìn)行總結(jié)。結(jié)果 目前廣泛認(rèn)可的機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)優(yōu)勢在于數(shù)字化、智能化的術(shù)前規(guī)劃，精準(zhǔn)化假體安裝和量化的術(shù)中軟組織平衡，以及良好的術(shù)后影像學(xué)假體對位和對線，但臨床療效優(yōu)勢仍存在爭議。機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的缺點主要有機器人系統(tǒng)價格昂貴、手術(shù)時間延長、影像學(xué)依賴機器人系統(tǒng)的放射性損傷增加等。結(jié)論 相較于傳統(tǒng)手術(shù)，機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)具有精確的假體位置、量化的軟組織平衡以及完美的影像學(xué)對位、對線等優(yōu)勢，且可重復(fù)率極高(與結(jié)果的文字有些重復(fù))。未來還需要進(jìn)一步研究評估臨床功能和假體生存率，以及優(yōu)化機器人系統(tǒng)。

　　付君; 倪明; 陳繼營， 中國修復(fù)重建外科雜志 發(fā)表時間：2021-08-05

　　【關(guān)鍵詞】 機器人輔助手術(shù);關(guān)節(jié)置換手術(shù);精準(zhǔn)外科;人工智能

　　當(dāng)今社會，日常生活中的數(shù)字化和智能化已成為不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，醫(yī)療領(lǐng)域也不例外。作為一門新興的交叉學(xué)科，數(shù)字智能骨科被譽為骨科領(lǐng)域的第三次技術(shù)浪潮[1]。在關(guān)節(jié)外科方面，相繼涌現(xiàn)了人工智能輔助疾病診斷，各種數(shù)字骨科技術(shù)輔助手術(shù)規(guī)劃，導(dǎo)航和機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)，智能設(shè)備輔助康復(fù)，人工智能輔助隨訪等[2-3]。其中機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)是目前最熱門的領(lǐng)域，現(xiàn)對機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的優(yōu)缺點、臨床療效和未來發(fā)展趨勢等予以述評。

　　1 新型機器人系統(tǒng)用于關(guān)節(jié)置換手術(shù)的優(yōu)勢

　　綜合考慮骨科手術(shù)特點、操作安全性，配合醫(yī)生手術(shù)習(xí)慣等因素后，半自動式設(shè)計的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機器人系統(tǒng)已成為主流。其具有以下優(yōu)點：第一，更為完善的手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)，包括術(shù)前計劃及術(shù)中調(diào)整計劃;第二，輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，可追蹤機械臂及患者相對位置，配合機械臂完成精確手術(shù)操作;第三，帶有觸覺反饋功能的機械臂，在導(dǎo)航輔助下實現(xiàn)精準(zhǔn)操作，包括截骨或磨銼骨面，實現(xiàn)假體精準(zhǔn)安放;第四，通過設(shè)定機械臂操作安全區(qū)，增加精確性，減少副損傷及并發(fā)癥;第五，假體安放角度、力線恢復(fù)、軟組織平衡、肢體長度控制等操作標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和個性化，力求達(dá)到人體關(guān)節(jié)最佳功能，并積累和存儲數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步分析利用奠定基礎(chǔ)。

　　近年來已用于臨床的關(guān)節(jié)外科手術(shù)機器人系統(tǒng)包括美國史塞克公司的 Mako 機器人系統(tǒng)、英國施樂輝公司的 Navio 機器人系統(tǒng)、美國捷邁公司的 Rosa 機器人系統(tǒng)以及美國強生公司的 VELYS™機器人系統(tǒng)等。國內(nèi)研發(fā)雖然起步稍晚，但近年來進(jìn)步明顯，已進(jìn)行或完成臨床試驗的系統(tǒng)包括“骨圣元化”機器人系統(tǒng)[骨圣元化機器人(深圳)有限公司]、“天璣”骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)(北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司)、“鴻鵠”機器人系統(tǒng)(蘇州微創(chuàng)暢行機器人有限公司)、“鍵嘉”機器人系統(tǒng)(杭州鍵嘉機器人有限公司)及“和華瑞博”機器人系統(tǒng)(北京和華瑞博科技有限公司)等。

　　2 機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的臨床療效

　　現(xiàn)有機器人系統(tǒng)用于輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)取得了較好的臨床結(jié)果，大量研究報道了使用機器人系統(tǒng)有更好的精確性或精準(zhǔn)性，在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)和單髁置換術(shù)時，假體安放位置、角度更為準(zhǔn)確，下肢力線恢復(fù)更好，偏離安全范圍的比例更低[ 4 - 5 ]。Agarwal 等 [6]于 2020 年綜述 22 項關(guān)于機器人輔助與常規(guī)器械關(guān)節(jié)置換手術(shù)的比較研究，其中 12 項研究顯示機器人輔助優(yōu)于常規(guī)器械關(guān)節(jié)置換手術(shù);在影像學(xué)結(jié)果方面，14 項研究發(fā)現(xiàn)機器人輔助手術(shù)后力線恢復(fù)更精確，一致性更好，提示機器人輔助手術(shù)具有總體優(yōu)越性。由于機器人系統(tǒng)術(shù)前計劃更為全面，術(shù)中操作更為準(zhǔn)確，因而膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的軟組織平衡也更為精確[7]。Gordon 等 [8]發(fā)現(xiàn)常規(guī)器械全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中截骨后，不經(jīng)松解使用壓力墊片測量，僅有約 50% 患者軟組織達(dá)平衡標(biāo)準(zhǔn);而采用機器人輔助手術(shù)，達(dá)平衡標(biāo)準(zhǔn)的比例可達(dá) 65%;經(jīng)過壓力墊片結(jié)合機器人輔助再平衡后，達(dá)標(biāo)率則可至 87%。上述研究結(jié)果提示，機器人系統(tǒng)在膝關(guān)節(jié)置換術(shù)軟組織平衡中的重要作用。在髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中，機器人輔助髖臼假體安放的外展角及前傾角更為準(zhǔn)確[9] ，術(shù)后影像學(xué)測量值接近于術(shù)前計劃或術(shù)中測量值，安全范圍內(nèi)的比例更高[10-11] ，下肢長度和偏距恢復(fù)更好[12]。

　　機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)在假體安放精確性方面的優(yōu)勢已有比較確定的共識，但這些優(yōu)勢能帶來多大的臨床獲益目前仍有爭議。Kayani 等 [13-14]報道機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)組織損傷更小，炎癥因子升高幅度更低，術(shù)后康復(fù)更快、疼痛程度更低、住院時間更短、關(guān)節(jié)活動度恢復(fù)更好，近期臨床評分也有優(yōu)勢。但也有很多研究沒有發(fā)現(xiàn)臨床功能方面有顯著差異，Shaw 等 [15]對照研究了 1 160 例機器人輔助手術(shù)及常規(guī)器械手術(shù)后半年的臨床結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩組臨床療效差異不大。出現(xiàn)不同結(jié)論的原因很多，可能與術(shù)者操作熟練程度差異、機器人系統(tǒng)差異、評價方法和觀察時間點差異等都有關(guān)系。

　　另外一項評價機器人輔助關(guān)節(jié)手術(shù)的指標(biāo)是假體使用壽命，由于其在臨床應(yīng)用時間總體較短，有中長期隨訪結(jié)果的病例數(shù)相對較少，因此尚不能得出可信數(shù)據(jù)。但傳統(tǒng)的主動式機器人 Robodoc 在臨床應(yīng)用已有 10 年以上，Kim 等 [16]于 2020 年報道了一項 2002 年-2008 年的隨機對照試驗研究結(jié)果，Robodoc 機器人輔助膝關(guān)節(jié)置換 750 側(cè)，常規(guī)器械手術(shù) 766 側(cè)，平均隨訪 13 年，最短隨訪時間 10 年，結(jié)果顯示兩組在功能評分、假體無菌性松動、假體生存率及并發(fā)癥等方面無顯著性差異。這與 Jeon 等 [17]的研究結(jié)果類似。采用新一代半自動機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)取得了較好的短期假體生存率 [18] ，但中長期結(jié)果還有待觀察。

　　機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)首先需要熟悉硬件設(shè)備，同時還需要掌握軟件使用，摸索和熟悉新的手術(shù)流程，看似繁瑣，但實際學(xué)習(xí)并不困難。以機器人輔助髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)為例，Redmond 等 [19]比較了第 1 個 35 例、第 2 個和第 3 個 35 例手術(shù)在手術(shù)精確度、手術(shù)時間和并發(fā)癥等方面的差異，發(fā)現(xiàn)第 1 個 35 例后即度過學(xué)習(xí)期，達(dá)到成熟階段。我們團(tuán)隊計算的學(xué)習(xí)曲線僅需要 14 例 [20]。Kayani 等 [21-22]認(rèn)為髖臼安放學(xué)習(xí)需要 12 例，熟悉手術(shù)流程只需要 7 例，單純從安放精確性方面比較，前后病例無顯著差異，不存在明顯學(xué)習(xí)曲線。

　　3 機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的缺點和不足

　　機器人系統(tǒng)設(shè)備昂貴一直是令人詬病的問題，這也是現(xiàn)在及將來制約其廣泛應(yīng)用的主要障礙之一。有關(guān)機器人輔助手術(shù)的性價比仍然是一個富有爭議的問題，它與機器人售價、手術(shù)收費、機器人手術(shù)潛在獲益，包括縮短住院時間、減少并發(fā)癥、機器人耗材收費、機器使用壽命和升級成本等直接相關(guān)。不同的支付體系完全不具備可比性。根據(jù) Vermue 等 [23]的研究，以美國支付體系為背景，采用 Markov 決策分析模型，假定一名 67 歲的骨關(guān)節(jié)炎患者行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，估算其在此后 20 年內(nèi)的可能花費，研究結(jié)論是每臺機器人每年完成 253 例以上手術(shù)，其效益才合算。Moschetti 等 [24]采用類似研究方法，認(rèn)為機器人輔助單髁置換術(shù)每年超過 94 例時，其性價比超過常規(guī)器械手術(shù)。以我國目前的醫(yī)療付費體制，單從經(jīng)濟(jì)收益上計算，需要機器人較大幅度降價，同時提高使用收費標(biāo)準(zhǔn)，才能具有經(jīng)濟(jì)效益上的吸引力。但這可能會在一定程度上抑制企業(yè)研發(fā)的積極性，同時降低機器人手術(shù)在患者方的接受度。總之，機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)在性價比方面的難題還有待破解。

　　在技術(shù)層面，目前輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)機器人總體仍處于初級發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在主動性有限、智能化不足、靈活性不夠、精確性不穩(wěn)定等。有些系統(tǒng)還需要依賴術(shù)前特殊影像檢查，耗費時間和成本，增加放射線暴露;術(shù)中安放調(diào)試機器、安裝導(dǎo)航定位裝置、注冊對準(zhǔn)等流程，即使過程順利也會花費過多時間。因此還需要增加多學(xué)科合作，走醫(yī)工結(jié)合道路，克服這些缺陷或限制。

　　4 機器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的未來發(fā)展趨勢

　　當(dāng)前經(jīng)典的機器人手術(shù)計劃需要術(shù)前影像學(xué)檢查(CT 或 X 線片)，術(shù)中通過注冊解剖標(biāo)志轉(zhuǎn)為機器人注冊空間和手術(shù)計劃;而另一類關(guān)節(jié)置換手術(shù)機器人為非影像依賴系統(tǒng)，手術(shù)計劃將融合解剖標(biāo)志和關(guān)節(jié)的運動學(xué)資料。然而影像依賴與精準(zhǔn)度的利弊權(quán)衡目前尚無定論。在臨床應(yīng)用方面，除了保持力線及截骨量精確性，應(yīng)更加重視機器人系統(tǒng)在改善軟組織平衡、實現(xiàn)更好的動力對線等方面的作用。在操控性方面，應(yīng)重視主動與被動操作相結(jié)合，兼顧精確性、安全性和操控效率。此外，在髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)方面，目前研究重點是術(shù)前計劃納入個體解剖特點和脊柱骨盆聯(lián)動關(guān)系，個性化最優(yōu)化假體安放角度及位置，減少并發(fā)癥，提高療效及使用壽命。

　　未來的機器人系統(tǒng)還需要大大提高智能化水平，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)積累和分析能力，在更高層次整合患者的解剖生理特點、假體設(shè)計和手術(shù)技術(shù)，利用系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化優(yōu)勢，力爭達(dá)到假體選擇、手術(shù)方案甚至手術(shù)操作的個性化。這將成為關(guān)節(jié)外科機器人系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。