随着AI技术的发展，手术机器人一定会更加智能化。在“天花板”级难度的骨盆骨折手术中，机器人正在大显身手。
王 豫
全球创业者项目特别计划暨海淀区”薪火共燃“计划第四期学员
北京航空航天大学生物与医学工程学院院长助理、副教授、博士生导师
随着人口老龄化，骨折正日益成为全球性的公共卫生问题，而骨盆骨折则是人体面临的最严重的骨创伤之一，致死致残率居所有骨折的首位。在巨大的医疗需求背后，骨盆骨折手术却是创伤骨科的手术难度天花板，被许多骨科医生视为最棘手的手术之一。
不过，这一局面正在被打破。由北京罗森博特科技有限公司联合北京积水潭医院自主研发的全球首个采用机器人技术实现骨折复位的手术导航定位系统，已成功实现了骨盆骨折微创复位手术，传统骨盆复位手术的临床优良率由47.8%提升至95.3%，一举填补了“骨科手术机器人全流程辅助闭合复位、微创固定”的国际空白。
作为“教授创业”的典型代表，罗森博特公司创始人王豫博士，从2003年开始就参与了国内首台骨科手术机器人系统的研发，并始终坚持产学医结合创新，脚踏实地解决项目中的实际难题，体现出了学者创业的专业和严谨。可以说，研发和产业化在他身上非但没有“冲突”，反而实现了完美融合。
初生牛犊：挑战业内最难骨科手术机器人
“王豫的第一次创业，就选择了骨科难度巅峰的骨盆骨折复位作为切入口。是什么原因促使他做出这一选择？”
骨科疾病的发病率与患者年龄密切相关。随着人体骨骼老化，常伴随出现骨关节炎、骨质疏松性骨折等多种病症，严重影响中老年患者的日常生活。近年来我国骨科就诊人数不断增加，根据《中国卫生健康统计年鉴》的数据显示，2022年骨科诊疗人数和门急诊人数增幅均超过6%。而相关研究也显示，未来骨科疾病，尤其是骨盆脆性骨折，发病人数也会进一步增加。
而其中，骨盆骨折手术，号称是骨科难度巅峰，复杂程度可见一斑。以美国骨盆骨折数据为参考，3.3亿美国人中每年有16.5万例骨盆骨折，占总人口的0.5‰，据此可推算我国每年骨盆骨折发病人数约为70万人次。其中，需要手术治疗的骨盆骨折占比达到81%，约为56.7万例。
王豫的第一次创业，选择了骨科难度巅峰的骨盆骨折复位作为切入口。究其原因，还要从王豫的学生时代说起。20多年前，还是北航学生的王豫曾参与我国首个骨科手术机器人的863项目，并且深度参与了天智航（国内首家专注于骨科手术机器人研发的上市公司）的三代骨科手术机器人的研发，见证了我国首台骨科机器人诞生的全过程。
在与积水潭医院的吴新宝副院长合作时，王豫发现，即使作为我国骨科最权威的专家之一，吴院长在骨盆手术中也会碰到诸多难题。此后，王豫团队在多方查证文献时，发现全球范围内骨盆骨折治疗的满意率是最低的，各类术后并发症的发病率始终很高。
相关研究发现，其中的主要原因包括：一是目前骨盆骨折手术在中国常规的治疗方案是切开手术，腹部或臀部的切口大（30厘米）并伴随着2000毫升以上的出血量，因此骨盆骨折手术对患者具有创伤大、愈合时间长，后续并发症多的风险；二是在骨盆骨折复位手术中，医生受制于自身生理极限，无法在使用爆发力复位的同时进行精准操作，手术效果由此受到影响；三是为精准观察，复位过程使用X线，术中医患均会暴露在大量的X线辐射下。
充分了解到相关信息后，王豫在心中冒出了一个想法，能否自主研发出一台骨盆骨折手术机器人？然而，要研发这样一台机器人并非易事。美、日、德等发达国家均围绕“骨盆骨折闭合复位”开展了大量的研发工作，但一直仍未有成形的系统进入临床应用。博士毕业后，王豫曾在全球顶尖的计算机感知和机器人实验室学习工作过一年。他敏锐地发现，在骨科机器人的领域，我国与美国的实验室差距并不大。因此，欧美没有实现的，我们未必不能实现。这给了他创业的动力。于是，2017年他成立了罗森博特。
生逢其时：是机遇，更是底气
“罗森博特的骨盆骨折复位手术机器人可以说是全球首创，利用自动化解决医生在大负载下精确操作的难题，解决了骨骼复位这一临床难点。”
经过将近40年的发展，手术机器人已延伸至多个种类，包括腔镜手术机器人、骨科手术机器人、神经外科手术机器人、心血管介入手术机器人等。在临床上，使用手术机器人开展手术已基本覆盖主要科室。
王豫表示，虽然现在手术机器人的研究和应用已经非常广泛，但是受限于医疗器械行业的长周期性、医疗器械使用的谨慎性、市场培育和医生培训不足、医疗器械价格高昂、收费和医保支付受限等多方面因素，全球范围内手术机器人的临床应用比例仍有待提升。
目前，手术机器人商业化程度最好的是腔镜手术机器人——达芬奇手术机器人。作为目前全球装机量最高的手术机器人，达芬奇已经在特定术式中被写入临床指南。但整体来看，手术机器人，尤其是骨科手术机器人在中国渗透率还是很低的，不到手术总量的1%。
作为手术机器人的重要细分领域，骨科手术机器人在商业化迟滞程度上仅次于腔镜手术机器人。真正比较成功的骨科机器人直到21世纪才出现。2005年，美国MAKO公司的膝关节置换系统获得美国食品药品监督管理局（FDA）认证。2010年，中国天智航骨科机器人获得了国家食品药品监督总局（NMPA）的认证，从时间来看，中美技术差距在几年之内，不存在明显的代际差异（图1）。
然而，不同类型的手术机器人，技术路径差异很大。骨科手术机器人的技术路径，是基于术前或术中规划，通过导航实时跟踪、机械臂自动定位和执行手术操作（医生徒手或机器人自动执行手术操作）以完成最终手术。在技术路径这一点上中外没有太大差异。
更加具体来看，目前全球主流的骨科手术机器人主要应用于脊柱、关节、创伤骨折等方面，通俗点讲主要包括定位、打钉、切割等具体动作，而并未涉及骨骼的复位。由此，王豫自信地表示，罗森博特的骨盆骨折复位手术机器人可以说是全球首创，利用自动化解决医生在大负载下精确操作的难题，解决了骨骼复位这一临床难点。
迎难而上：原创技术填补国际空白
“以解决问题为导向，一步步攻克传统手术的技术难点。”
骨盆骨折复位问题之所以一直是世界性难题，在于其手术操作的难度极高。主要体现在两个方面，一是方案规划的难度。骨盆的结构复杂，医生在骨折复位规划的过程中不仅需要超强的立体几何空间想象力，还需要拥有非常丰富的临床经验；二是手术操作的难度。骨盆骨折复位的操作需要在发力的同时实现精准的三维位置和姿态调整，可以说直接挑战医生徒手操作的生理极限。
2023年12月，历经三代样机迭代，数百次验证优化，由罗森博特自主研发的罗森万相®智能化骨科机器人通过国家药品监督管理局（NMPA）创新产品的注册申请，成为全球首个采用机器人技术实现骨盆骨折闭合复位的手术导航定位系统。
王豫详细解释了罗森博特如何一步步攻克传统的手术技术难点。
难点一：空间挑战
由于人体骨盆是特殊的环形结构，被多块骨骼和肌肉所包围，对医生的立体几何空间想象力要求较高。而罗森万相®智能化骨科机器人配备了手术导航定位系统，通过多模态影像配准，可实现高精度3D实时导航，可以帮助医生在任意方向和角度观察三维骨盆模型，让医生“看见”肉眼难以看到的骨盆内部空间，从而可以精准把控患者损伤位置。
此外，罗森博特自建骨盆复位模型，实现自动设计手术规划，把传统医生的临床经验转化为数字化表达，自动设计可在3分钟内完成复位和内固定的手术方案规划，大幅度提升了骨盆手术的自动化和智能化程度。
难点二：力度把控
骨盆骨折复位手术中医生的徒手操作耗时费力，在快速发力的同时做精细的调整，已触及人体操作的生理极限。解决这一难题的关键在于在大负载下持续、精准地输出稳定的力量。为此，罗森博特自主研发了弹性牵引装置，借此降低了复位负载需求，基于力－位双重反馈的主动复位操作实现大负载下精准、匀速的平稳操作，达成亚毫米精度的精准闭合复位操作，临床误差控制在2毫米左右。
2024年1月，积水潭医院又利用该系统完成了国际首例手术机器人辅助股骨骨折闭合复位髓内钉内固定手术，证明了该系统临床应用的泛化性。与传统手术相比，使用机器人完成骨折复位，可大幅提高闭合复位的精度，确保微创手术的成功率，显著降低了术中的透视剂量，降低术后并发症的发病率，为医患双方带来显著的益处。
据MedRobot统计，2016年至2023年12月底，我国已有56个手术机器人产品获得国家药监局批准注册申请。随着更多手术机器人的出现和应用，使用手术机器人帮助医生更好地实施手术已成为大势所趋。
在王豫看来，一方面，手术机器人可以帮助医生不断突破手术禁区，完成医生在常规手术中无法徒手完成的操作，提升治疗效果；另一方面，手术机器人可以提升医疗服务的均质化，通过智能化设备弥补医生在经验和操作技巧上的差异。
在可预见的未来，王豫认为，医疗器械会呈现智能化的趋势。随着AI技术的发展，手术机器人一定会更加智能化。未来的手术机器人不仅是自动化的工具，更会成为医生的智能助手，配合医生完成手术。
