傳統(tǒng)外科需依靠人力和經(jīng)驗(yàn)

 

　　不同于普通的股骨、脛骨等直線型骨骼，骨盆結(jié)構(gòu)特殊，顧名思義，骨盆呈環(huán)狀，像一個(gè)盆一樣，一旦骨折，其修復(fù)難度可想而知。北京積水潭醫(yī)院副院長(zhǎng)吳新寶說(shuō)，傳統(tǒng)的骨盆修復(fù)往往依靠外科手術(shù)，要求醫(yī)生切開(kāi)骨折部位，在布滿血管神經(jīng)的骨盆部位顯露出骨折位置，并通過(guò)徒手操作復(fù)位骨折，最后使用鋼板固定。這種方式創(chuàng)傷大，需要麻醉、輸血，且恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。

 

　　隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，如今的骨科手術(shù)追求的是微創(chuàng)，損傷小、恢復(fù)快。在智能化骨折復(fù)位機(jī)器人發(fā)明以前，說(shuō)起“手動(dòng)版”的骨盆微創(chuàng)復(fù)位手術(shù)，吳新寶感慨：“這種手術(shù)方式需要多人配合，至少得4個(gè)大夫，因?yàn)楣桥栊迯?fù)要把骨折線對(duì)上，這就需要一定的張力，得有一人負(fù)責(zé)牽拉上肢，一個(gè)人負(fù)責(zé)牽拉下肢，通過(guò)拉伸產(chǎn)生的張力，讓骨盆周圍的軟組織、韌帶、肌肉的約束力使骨折自動(dòng)回位，同時(shí)術(shù)者還要在X線透視下反復(fù)調(diào)整骨折位置，一旦判斷復(fù)位滿意，則所有人把持住不動(dòng)，再由一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生打臨時(shí)固定針，將骨盆結(jié)構(gòu)框住。復(fù)位的過(guò)程總是讓醫(yī)生累得滿頭大汗。打好固定針之后，再在放射線的幫助下給破裂的骨縫打上螺釘進(jìn)行修復(fù)固定。手術(shù)要做得好，很大程度上得靠主刀醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)手術(shù)下來(lái)，往往需要花費(fèi)三四個(gè)小時(shí)，讓醫(yī)生筋疲力盡。”

　　機(jī)器人可自動(dòng)規(guī)劃復(fù)位路徑

 

　　在北京積水潭醫(yī)院的智能骨科實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，北京青年報(bào)記者看到了這款全球首款智能化骨折復(fù)位機(jī)器人。只見(jiàn)這款機(jī)器人與手術(shù)臺(tái)密切融合，安裝在床頭的是一套監(jiān)控系統(tǒng)，相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”，透過(guò)NDI跟蹤相機(jī)，可實(shí)時(shí)顯示術(shù)中患者身體的影像數(shù)據(jù)，規(guī)劃復(fù)位路徑、顯示手術(shù)數(shù)據(jù)等等。床旁一側(cè)是一套把持系統(tǒng)，可通過(guò)末端的把持針固定住患者的骨盆，床的另一側(cè)是一只可移動(dòng)的機(jī)械臂，可通過(guò)力度、角度的變化，將錯(cuò)位的骨盆恢復(fù)到正常位置。床頭還裝有一套彈性牽引系統(tǒng)，可與機(jī)械臂相互配合，將患者身體進(jìn)行牽拉，以便于開(kāi)展手術(shù)。

 

　　北京積水潭醫(yī)院創(chuàng)傷骨科主任醫(yī)師趙春鵬介紹，整個(gè)手術(shù)過(guò)程非常簡(jiǎn)單快捷，前期先給患者做術(shù)前CT，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)規(guī)劃復(fù)位路徑。進(jìn)手術(shù)室全身麻醉后，再給患者安裝兩個(gè)示蹤器，可結(jié)合NDI跟蹤相機(jī)用于開(kāi)展骨盆三維實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位，在骨盆位置打入若干枚固定骨盆用的把持針，將把持針連接到把持臂、機(jī)器人機(jī)械臂，按照前期規(guī)劃復(fù)位路徑，機(jī)器人自動(dòng)開(kāi)展骨盆復(fù)位，完成后再給患者打入固定針，整臺(tái)手術(shù)下來(lái)只需一個(gè)多小時(shí)，術(shù)后無(wú)需再進(jìn)重癥監(jiān)護(hù)室，第二天就能出院。

 

　　突破三個(gè)難點(diǎn)找到復(fù)位原理

 

　　目前，國(guó)內(nèi)能徒手做好骨盆骨折復(fù)位手術(shù)的醫(yī)生為數(shù)不多。說(shuō)起這款手術(shù)機(jī)器人的研發(fā)過(guò)程，吳新寶打開(kāi)了話匣子：“考慮到傳統(tǒng)手術(shù)模式帶來(lái)的不便，我們一直希望研發(fā)一款能夠自動(dòng)復(fù)位骨盆的機(jī)器人。”早在2007年，吳新寶就萌生了初步想法。但由于骨盆結(jié)構(gòu)的特殊性，復(fù)位是最難的，就像要把一個(gè)破碎的碗拼回去，機(jī)器人的研發(fā)過(guò)程一波三折。

 

　　“破碎的骨茬之間存在一定約束力，只要一塊沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)，另一塊就對(duì)不上，當(dāng)時(shí)我們問(wèn)軟件工程師，能不能把這種復(fù)位方式做出來(lái)，而且復(fù)位時(shí)可能會(huì)用到好幾個(gè)力，因?yàn)楫?dāng)時(shí)技術(shù)所限，怎么都調(diào)不出來(lái)。”研發(fā)了一段時(shí)間沒(méi)有成功，又得使用傳統(tǒng)手術(shù)方式，這讓吳新寶一直“耿耿于懷”。

 

　　真正讓吳新寶下定決心要做這款手術(shù)機(jī)器人，是在2014年。在前期的不斷探索、思考、積累中，吳新寶突破了幾個(gè)難點(diǎn)：第一，打破傳統(tǒng)思路，放棄徒手把持骨盆的方式，改用金屬把持臂通過(guò)微創(chuàng)的方式把持住骨盆；第二，將人固定在手術(shù)床上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)牽拉，解放人力；第三，放棄追求解剖學(xué)意義上骨縫拼接的“嚴(yán)絲合縫”，而是以功能復(fù)位為目標(biāo)，允許一定范圍內(nèi)的誤差，術(shù)后骨盆自行愈合，結(jié)構(gòu)完整，不影響使用功能即可。

 

　　“由于人的骨盆結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，我們采用鏡像原理，如果左側(cè)的骨盆骨折，可以依據(jù)右側(cè)骨盆的模型做一個(gè)鏡像翻版，據(jù)此模擬復(fù)位時(shí)碎裂骨片的回歸位置。這個(gè)復(fù)位原理看似粗糙，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，破碎的骨片竟全部嚴(yán)絲合縫地對(duì)上了。”吳新寶感慨道。

　　反復(fù)測(cè)量機(jī)械臂復(fù)位力大小

 

　　復(fù)位時(shí)，機(jī)械臂的力量到底需多大？此前，國(guó)際上無(wú)任何先例可循。吳新寶發(fā)現(xiàn)，市面上相對(duì)適合的醫(yī)用機(jī)械臂力量極限是16公斤。為了測(cè)量復(fù)位力大小，吳新寶團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)手術(shù)中骨折復(fù)位時(shí)所需力量遠(yuǎn)不止16公斤，普通的醫(yī)用機(jī)械臂力量是達(dá)不到的。復(fù)位力的控制又成為研發(fā)過(guò)程中的“攔路虎”，研發(fā)又走進(jìn)了“死胡同”，所有人一籌莫展。

 

　　但執(zhí)著的吳新寶沒(méi)有放棄，依然不斷實(shí)驗(yàn)。“后來(lái)我發(fā)現(xiàn)，如果加上縱向的牽引力，扭轉(zhuǎn)骨盆所需要的復(fù)位力會(huì)省很多，那么，在加上彈性牽引的情況下，是不是就能幫機(jī)械臂省力？”為了證明這個(gè)假設(shè)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)：用過(guò)橡皮筋、彈簧，也用過(guò)豬后腿，后來(lái)又咬咬牙，花重金從德國(guó)買來(lái)“人工肌肉”搭建生物力學(xué)模型進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，證實(shí)在彈性牽引下，復(fù)位力可降低50%，這就一下子解決了機(jī)械臂的力量問(wèn)題。

 

　　復(fù)位平均三維精度達(dá)3.41毫米

 

　　2018年，樣機(jī)搭建成功，實(shí)驗(yàn)繼續(xù)開(kāi)展。每周三，吳新寶都要一頭扎進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，與工程師反復(fù)溝通，工程師經(jīng)常會(huì)換上刷手服進(jìn)手術(shù)室觀摩手術(shù)，醫(yī)生也會(huì)常常出入位于羅森博特的實(shí)驗(yàn)室，雙方實(shí)現(xiàn)了深度融合。后來(lái)，22名患者的科研實(shí)驗(yàn)全部成功，平均失血量?jī)H159毫升。2021年11月，選定國(guó)內(nèi)6家醫(yī)院開(kāi)展多中心臨床實(shí)驗(yàn)，兩組病例進(jìn)行隨機(jī)雙盲前瞻對(duì)照研究，今年3月5日，92例病例全部完成，病例隨訪還在進(jìn)行中，將持續(xù)至今年6月。初步的結(jié)果令所有人喜出望外：從目前來(lái)看，一組患者使用機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)，目前手術(shù)成功率100%；另一組患者為醫(yī)生徒手牽拉復(fù)位，成功率約60%，徒手復(fù)位不成功時(shí)只能開(kāi)腹手術(shù)。

 

　　未來(lái)，這款機(jī)器人正式上市后，將徹底改變傳統(tǒng)的骨盆骨折復(fù)位手術(shù)。吳新寶說(shuō)，首先是解放了醫(yī)生，以前一臺(tái)手術(shù)要四五個(gè)人齊上陣，現(xiàn)在，在機(jī)器人的幫助下，一個(gè)人就能完成復(fù)位；其次，對(duì)患者來(lái)說(shuō)，可以極大減輕痛苦，不僅實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)，還能減輕患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，更重要的是骨折閉合復(fù)位的質(zhì)量大大提高。國(guó)際上專家認(rèn)為，骨盆骨折通過(guò)復(fù)位使骨折端的移位能夠達(dá)到10毫米以內(nèi)即為優(yōu)良，而智能化骨折復(fù)位機(jī)器人的復(fù)位操作，平均三維精度達(dá)到3.41毫米，明顯優(yōu)于徒手復(fù)位的精度。

 

　　“現(xiàn)在我腦海中已經(jīng)有了2.0版的初步模型，我希望打造出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化流程，讓更多醫(yī)生經(jīng)過(guò)系統(tǒng)培訓(xùn)，輕松上手，造福更多患者。在5G技術(shù)的搭載下，還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手術(shù)。”對(duì)于未來(lái)，吳新寶充滿了信心。