文献来源及原文标题：
《骨科临床与研究杂志》
2018 年 7 月第 3 卷第 4 期
《我国医用机器人的研究现状及展望》
原文作者及单位：
田伟
北京积水潭医院脊柱外科
骨科手术机器人北京市重点实验室
导读
医用机器人技术是集医学、生物力学、机械学、材料学、计算机科学以及机器人学等多学科为一体的新型交叉技术，能够从视觉、触觉和听觉方面为医生决策和操作提供充分的支持，扩展医生的操作技能，提高疾病的诊断与治疗质量。医用机器人技术的应用使临床医学进入了一个全新的时代，大量的临床研究已证实其在诊断、手术治疗、术后康复及家庭护理等领域具有巨大的优势与先进性。
手术机器人
我国手术机器人的相关研究始于20 世纪 90 年代中期。在我国各类科技计划项目的支持下，手术机器人的研发分别在神经外科、骨科、心血管外科及泌尿外科等领域取得了重要的突破。
1997 年，北京航空航天大学与中国人民解放军海军总医院联合研发了基于 PUMA 262 工业机器人的脑外科机器人辅助定位系统，并成功应用于临床。
2004 年，北京积水潭医院与北京航空航天大学联合研制了一种具有 6 个自由度的小型模块化机器人系统，并成功应用于长骨骨折、股骨颈骨折和骨盆骨折等疾病的临床治疗中。
2004 年，北京积水潭医院完成了我国首例机器人辅助骨科手术的临床试验，成功解决了传统骨折内固定定位困难、主要依赖术者经验及术中透视角度差等问题。
随后，上海交通大学与上海第二医科大学联合研发了适用于人工关节置换手术的小型机器人系统，其主要由5个自由度的小型串联机器人、7 个自由度的可调式支撑臂和 NDI Polaris被动跟踪器等设备组成，可通过骨夹直接固定于患肢。
在普通外科领域，我国已有多种类似达芬奇手术机器人的主从操作系统。2005 年，天津大学开始自主研发具有达芬奇手术机器人类似功能的“妙手”( MicroHand) 机器人，之后与法国巴黎第六大学合作，于 2010 年研发出“妙手 A”机器人系统，于2014 年发布了“妙手”机器人系统的改进版，并于2014 年 3 月通过了中南大学湘雅三医院临床伦理委员会的审查，顺利开展了多项临床试验，目前已辅助完成多例胆囊摘除和结肠肿瘤根治等手术。
由哈尔滨工业大学研发的微创外科手术机器人系统目前也已完成了临床试验。
近年来，虽然我国的机器人相关科研成果较多，但真正进入产业转化和产品开发的科技成果所占比例很低。
北京积水潭医院与北京航空航天大学联合自主研发的 TiＲobot 骨科手术机器人是其中为数不多的实现产业转化的科技成果。
TiＲobot 骨科手术机器人由北京天智航医疗科技股份有限公司完成产品化，是我国唯一获得Ⅲ类医疗器械产品注册认证的骨科手术机器人产品。
TiＲobot 骨科手术机器人属于辅助定位型机器人系统，可规划手术路径并精确引导内植物的置入，误差＜0.8 mm。TiＲobot骨科手术机器人不需要固定于患者身上，可以在全脊柱范围内甚至其他骨关节部位广泛使用，且其嵌 入导航系统可随时跟踪患者的细微变动，使操作精 度大大提高，这弥补了国际同类型产品 SpineAssist 机器人的不足。
此外，TiＲobot 骨科手术机器人还可通过更换不同的硬件模块满足不同类型骨科手术的要求，适用范围涵盖长骨、脊柱、股骨颈及骨盆等，实用性强。
2015年，北京积水潭医院应用 TiＲobot 骨科手术机器人完成了全球首例基于术中实时三维影 像的机器人辅助胸腰椎骨折内固定术和首例复杂上颈椎畸形矫正手术，均取得了令人满意的效果，与传统手术方法比较安全性高。
智能义肢和康复机器人
清华大学是我国康复机器人研究起步最早的机构。2000 年，清华大学研发了我国第 1 个神经康复临床训练机器人系统。随后，北京大学研发了我国首款智能动力小腿义肢“风行者”机器人系统，上海交通大学研发了肌电控制义手机器人系统，哈尔滨工业大学和北京航空航天大学等单位研发了多指灵巧手机器人系统，北京航空航天大学与北京大艾机器人科技有限公司联合研发了“大艾”下肢外骨骼机器人系统，上海傅利叶智能科技有限公司研发了下肢外骨骼机器人 Fourier X1 系统。
此外，电子科技大学、华中科技大学和中科院深圳先进技术研究院也开发了各自的下肢外骨骼机器人系统，有效实现了肢体部分功能的代偿。
其中，“大艾”外骨骼机器人系统于 2017 年1 月经北京市食品药品监督管理局批准为“北京市创新医疗器械”。
我国在智能义肢和康复机器人领域已经获得卓有成效的研究成果，但多数成果仍处于临床试验阶段，尚未形成支撑智能化康复机器人开发的系统理论与关键技术。
医用机器人技术的发展趋势
1.经自然腔道的微创或无创手术机器人技术
随着微创手术技术的发展，经人体自然腔道内镜手术natural orifice transluminal endoscopic surgery，NOTES) 在临床应用越来越多，其可以减少人体外表面的创伤，实现无创( 对于外表面而言) 手术。而借助机器人技术可以实现 NOTES 的精准操作。因此，国际上对机器人辅助 NOTES 技术进行了广泛的研究， 达芬奇手术机器人等系统已开始配置此类功能。机 器人辅助NOTES 技术将在多种手术适应证中得到进一步的应用和推广。
2. 医用机器人“人机自然协同”技术
“人机自然协同”技术能够有效提升操作的安全性和患者的舒适性，是目前临床的研究热点。
同时，这也给医用机器人新型交互机构和人机作用机制等提出了新的挑战。
一方面，传统研究并未建立明确的人体组织与外界刚——柔——软对象的交互力传导机制，机器人在工作时存在潜在的损伤人体组织的风险。
另一方面，在有医生介入的治疗过程中，医生作为其中的一个环节，具有典型的动态非结构化特点，故有必要将医生的动作意图融入交互机制之中，并通过机构设计约束医生的操作动作，从而确保操作的安全性。
因此，研究面向“机器人——人——临床环境”自然共融的新型交互机构及作用机制，能够有效提升医用机器人系统的人机协作能力。
3. 医疗大数据驱动下的机器人开发技术
临床数据的复杂性和多样性对医用机器人的诊疗方案设计提出了新的挑战。一方面，临床诊疗涉及的数据类型越来越多，既包括传统的医学影像数据、病历以及设备( 包括机器人) 和器械数据等静态数据，也包括治疗过程中的实时传感、动态监控和工作流程等“过程”数据。
另一方面，临床诊疗涉及的数据规模越来越大，已不再局限于治疗室内的相关数据，基于影像归档与通信系统和医院信息系统的网络化数据也被引入诊疗过程。如何有效解析这些数据以实现治疗过程中各要素之间的信息互联互通是设计医用机器人系统最佳诊疗方案首先需要解决的问题。
2017 年，国际医用机器人研究领域的 25 位著名学者联合提出了“外科数据科学”( surgical data science，SDS)的概念，他们认为 SDS 是推动下一代外科技术的主要引擎，也是推动手术机器人研究的重要驱动力。
因此，对临床数据的科学解析无疑会促进临床数据科学与医用机器人技术的协同发展。
随着科学技术的发展，机器人将向医疗的各个 领域渗透，开创临床医学的新天地。然而，无论其技 术发展到何种水平，始终是为服务于人而存在的，医 生永远是其应用的规划者和实施者。
因此，未来新技术的研发与规划一定是以满足临床需求为核心， 以医生为主导的。
作者简介
田伟，男，1959年2月生，现任北京积水潭医院院长、党委副书记。博士，主任医师，北京大学和清华大学教授、博士生导师。中共党员，北京市第十五届人大代表。现任北京生物医学工程学会理事长、中国生物医学工程学会常务理事、中国生物医学工程学会医用机器人工程与临床应用分会主任委员、中国医药生物技术协会计算机辅助外科技术分会主任委员，中央保健委员会保健专家（1995年-今）。国际计算机辅助骨科学会主席（2018年），中华医学会骨科学分会第十届委员会主任委员（2013-2016年）,享受国务院特殊津贴。
田伟致力于骨科微创和精准医学领域，为我国骨科计算机导航和机器人技术领域做出了重要贡献。主持国家重点研发专项等国家级科研项目6项，制定国家卫生行业标准3项。获北京学者（2017年），全国创新争先奖章（2017年），获何梁何利基金科学与技术进步奖（2016年），以第一完成人获国家科学技术进步二等奖1项（2015年），北京市科学技术奖一等奖1项（2014年），以第二完成人获北京市科学技术奖一等奖1项（2008年）。
主要成就如下：
一、建立智能骨科手术体系
基于11.8万例临床数据研究，建立骨科智能手术基础数据库，自主研发内固定钉道自动规划软件，实现骨科手术个性化设计。创新计算机辅助微创脊柱手术理念，创立四种基于三维导航的智能骨科新术式，将高风险的上颈椎内固定术准确率由国际报道的（55%-71%）提升至95%，相关成果发表于Spine等骨科国际权威杂志，并被国际脊柱创新学会收入《脊柱微创教程》。主持制定国家卫生行业标准《脊柱外科计算机导航技术》，明确不同导航模式的适应证和操作规范。组建“产、学、研、医”协同创新团队，研制首台基于实时导航和力反馈的脊柱机器人，研发手术机器人操作的复合振动超声骨刀，获得国内唯一医疗机器人Ⅲ类器械注册证，突破国际垄断。
二、开展颈椎退变与颈椎非融合技术的基础与临床研究
建立国内首家分子骨科实验室，主持制定国家卫生行业标准《骨组织库管理》。建立颈椎人工间盘数据库，完成国际单中心最大规模人工间盘置换手术。率先提出椎旁骨化理念，彻底纠正了置换术后异位骨化的传统错误观念；提出基于CT影像的椎旁骨化分型，对明确颈椎人工间盘置换术适应证提供了理论依据。主持制定《颈椎人工间盘置换手术》国家卫生行业标准，明确了该技术的适应证与禁忌证，确定颈椎人工间盘置换手术的操作原则。建立人工颈椎间盘个体化设计平台，成功研制符合国人解剖结构的仿生人工颈椎间盘，获国家专利3项。
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