何宜蓁，耿霄，田華

人工關(guān)節(jié)置換術(shù)（total joint arthroplasty,TJA）被認(rèn)為是20 世紀(jì)以來(lái)最成功的矯形外科手術(shù)之一，也是公認(rèn)的治療終末期髖、膝骨關(guān)節(jié)疾病的最有效手段[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019 年，我國(guó)TJA 的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)95萬(wàn)例[2]，并以每年超過(guò)10%的比率快速增長(zhǎng)。既往研究雖已證實(shí)TJA臨床效果良好，但仍有相當(dāng)一部分患者術(shù)后效果不佳[3-4]，其中手術(shù)技術(shù)因素是最主要的原因之一。在傳統(tǒng)手術(shù)方式下，關(guān)節(jié)置換假體的植入很大程度上依靠術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)，存在很大盲目性和不確定性，假體位置安放角度不佳、力線(xiàn)偏離或旋轉(zhuǎn)對(duì)線(xiàn)不良是術(shù)后假體脫位、髕骨軌跡不良、術(shù)后不穩(wěn)定、墊片磨損和早期失敗等并發(fā)癥發(fā)生的主要原因[5]。

近年來(lái)，人工智能技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像識(shí)別技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及機(jī)器人技術(shù)等在關(guān)節(jié)外科的蓬勃發(fā)展為彌補(bǔ)傳統(tǒng)手術(shù)方法實(shí)施TJA 的不足提供了可能。其中手術(shù)機(jī)器人無(wú)疑是關(guān)節(jié)外科數(shù)字化技術(shù)的最先進(jìn)代表?；凇熬珳?zhǔn)化”“微創(chuàng)化”“智能化”和“個(gè)性化”的數(shù)字化理念，關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人可在術(shù)前基于患者影像進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，并在術(shù)中通過(guò)圖像配準(zhǔn)、注冊(cè)定位和人機(jī)交互，由機(jī)械臂輔助術(shù)者完成磨銼、切削等骨床準(zhǔn)備及假體安裝等操作，將術(shù)前規(guī)劃方案在術(shù)中實(shí)現(xiàn)，有利于提高關(guān)節(jié)置換手術(shù)的精準(zhǔn)度和安全程度，達(dá)到減少?lài)中g(shù)期并發(fā)癥、加速康復(fù)、提高遠(yuǎn)期療效等目標(biāo)[6]。本文將對(duì)機(jī)器人輔助（robot-assisted,RA）TJA 的發(fā)展歷程和國(guó)內(nèi)外關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行文獻(xiàn)綜述，分析關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)及不足，并探討其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，為今后關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人的研發(fā)和臨床研究提供參考。

1 關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人發(fā)展歷程

關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人按照與手術(shù)醫(yī)師的互動(dòng)性及機(jī)器人的自動(dòng)化程度大致可分為三類(lèi)：被動(dòng)型、主動(dòng)型和半主動(dòng)型[7-8]。被動(dòng)型機(jī)器人需手術(shù)醫(yī)師全程參與控制其操作，機(jī)械臂在其中主要提供定位、導(dǎo)向、導(dǎo)航等功能；主動(dòng)型機(jī)器人根據(jù)術(shù)前預(yù)設(shè)的手術(shù)計(jì)劃在術(shù)中由程序自動(dòng)執(zhí)行手術(shù)操作，無(wú)需手術(shù)醫(yī)師參與操作；半主動(dòng)型機(jī)器人在術(shù)前同樣需要手術(shù)路徑規(guī)劃，術(shù)中則由機(jī)械臂輔助手術(shù)醫(yī)師完成手術(shù)操作，在手術(shù)醫(yī)師操作超出預(yù)定計(jì)劃時(shí)通過(guò)不同的反饋來(lái)提醒以達(dá)到限制的目的。目前半主動(dòng)型機(jī)器人主要通過(guò)“觸覺(jué)反饋”和“限制器械活動(dòng)”兩種模式運(yùn)行，可在磨銼、截骨、假體植入等操作步驟通過(guò)聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和視覺(jué)的變化來(lái)提醒術(shù)者是否達(dá)到計(jì)劃預(yù)設(shè)參數(shù)，避免過(guò)度操作，也可在手術(shù)器械操作至安全區(qū)域邊緣時(shí)，通過(guò)器械轉(zhuǎn)速的降低或回彈對(duì)術(shù)者操作進(jìn)行限制，保障操作安全。下面將分別介紹國(guó)內(nèi)外幾款主要的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)及其應(yīng)用現(xiàn)狀。

1.1 Robodoc/Tsolution One

Robodoc/Tsolution One 系 統(tǒng)（Think Surgical，美國(guó)）是世界上第一款關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，操作模式為主動(dòng)型，于20 世紀(jì)90 年代初設(shè)計(jì)并應(yīng)用于全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)（total hip arthroplasty,THA）中，用來(lái)提高股骨側(cè)非骨水泥型假體安放，是最早用于TJA的系統(tǒng)之一[9]。該系統(tǒng)基于患者術(shù)前CT 進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，術(shù)中準(zhǔn)備完成后，以固定于手術(shù)區(qū)域的定位器作為參照，定位完成后股骨髓腔的磨削由機(jī)械臂自動(dòng)完成。該系統(tǒng)于2008年獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration,FDA）批準(zhǔn)[10-11]，其迭代產(chǎn)品Tsolution One 于2014 年推出，截至目前全球由Robodoc/Tsolution One 系統(tǒng)完成的關(guān)節(jié)置換手術(shù)近2萬(wàn)例[12]。

臨床研究中，Park 和Lee[13]通過(guò)4 年隨訪(fǎng)，比較了72例RA全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty,TKA）與傳統(tǒng)TKA 的患者術(shù)后冠狀面股骨組件角（97.7°vs.95.6°，P＜0.01）、矢狀面股骨組件角（0.2°vs.4.2°，P＜0.01）、矢狀面脛骨組件角（85.5°vs.89.7°，P＜0.01），差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其他研究也已證明，與傳統(tǒng)TKA 比較，RA-TKA 的假體對(duì)位、對(duì)線(xiàn)在影像學(xué)上誤差始終在1°以?xún)?nèi)[14]。

該系統(tǒng)在應(yīng)用早期并發(fā)癥發(fā)生較頻繁且有些較嚴(yán)重，這導(dǎo)致多起訴訟和負(fù)面新聞報(bào)道。雖然后續(xù)臨床試驗(yàn)過(guò)程中機(jī)器人及操作系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，但由于其主動(dòng)型系統(tǒng)模式，術(shù)者無(wú)法在術(shù)中根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整手術(shù)計(jì)劃，增加了髕腱斷裂、股骨髁上骨折、髕骨骨折及血管神經(jīng)損傷等并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[13]。

1.2 Navio PFS/NAVIO

NAVIO是一款手持式的半主動(dòng)型機(jī)器人，患者術(shù)前無(wú)需進(jìn)行CT掃描，通過(guò)術(shù)中骨解剖標(biāo)志、關(guān)節(jié)面及旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行注冊(cè)后完成手術(shù)規(guī)劃。由于無(wú)需術(shù)前CT影像，可在一定程度上減少患者的射線(xiàn)暴露風(fēng)險(xiǎn)及費(fèi)用成本。其前身Navio PFS（Blue Belt Technologies，美國(guó)）于2012年首次獲得FDA批準(zhǔn)，最初用于膝單髁置換術(shù)（unicompartmental knee arthroplasty,UKA），后于2015年被施樂(lè)輝公司收購(gòu)，并更名為NAVIO。

既往多個(gè)研究已證實(shí)NAVIO 臨床效果較好，且UKA 術(shù)后翻修率顯著降低[15-18]。Mergenthaler 等[15]對(duì)391 例UKA 患者（機(jī)器人組200 例及傳統(tǒng)組191 例）隨訪(fǎng)1 年以上發(fā)現(xiàn)，使用NAVIO 輔助UKA 的翻修率為4%（8/200），遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)組的11%（21/191，P=0.014）。兩組術(shù)后早期感染發(fā)生率（1.0%vs.1.6%）差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且機(jī)器人組200例手術(shù)中沒(méi)有與機(jī)器人使用相關(guān)的并發(fā)癥發(fā)生（特別是與定位針相關(guān)的感染、定位針周?chē)钦?、定位針斷裂等），也沒(méi)有發(fā)生醫(yī)源性軟組織與骨組織損傷。

由于NAVIO 并不依賴(lài)于觸覺(jué)反饋，而是通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)來(lái)提供保護(hù)性控制以避免過(guò)度截骨，可能造成該系統(tǒng)在進(jìn)行大面積截骨操作時(shí)效率較低。Collins 等[19]對(duì)72 例使用NAVIO 完成的TKA 進(jìn)行分析，認(rèn)為NAVIO 在TKA 中能夠保證下肢力線(xiàn)的準(zhǔn)確性，同時(shí)沒(méi)有學(xué)習(xí)曲線(xiàn)效應(yīng)。

NAVIO 便攜、無(wú)需術(shù)前影像資料的特點(diǎn)，使其在經(jīng)濟(jì)效益方面比其他半主動(dòng)型機(jī)器人更有優(yōu)勢(shì)。但與NAVIO相關(guān)的臨床研究數(shù)量較少且多為回顧性或單臂研究，缺乏對(duì)照組參考，研究的證據(jù)等級(jí)較低。期待未來(lái)有前瞻性隊(duì)列研究能夠證明其臨床效果。

1.3 MAKO Rio

MAKO Rio（Stryker，美國(guó)）廣泛應(yīng)用于THA、UKA、TKA，是目前全球范圍內(nèi)裝機(jī)數(shù)量最多的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)[20-21]。其根據(jù)術(shù)前患者CT影像資料提供假體型號(hào)、截骨量及軟組織平衡等術(shù)前規(guī)劃。與Robodoc/Tsolusion One不同的是，該系統(tǒng)在術(shù)中截骨前可以根據(jù)患者的生物力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行二次規(guī)劃，同時(shí)在截骨操作中實(shí)時(shí)提供觸覺(jué)反饋，便于術(shù)者進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整[22]。

目前MAKO Rio 在THA、TKA 及UKA 領(lǐng)域的臨床效果均較為理想。Kayani 等[20]總結(jié)得出MAKO Rio 輔助THA 能夠提高髖臼假體放置的準(zhǔn)確度和旋轉(zhuǎn)中心的精確度，可以更大程度地恢復(fù)髖關(guān)節(jié)的正常生物力學(xué)環(huán)境。李楊等[23]通過(guò)回顧246 例THA 患者發(fā)現(xiàn)不論是以“Lewinnek 安全區(qū)”作為標(biāo)準(zhǔn)還是以“Callanan 安全區(qū)”作為標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)器人組髖臼假體放置于安全區(qū)的比率均明顯高于傳統(tǒng)組，在術(shù)后下肢長(zhǎng)度恢復(fù)方面也更具優(yōu)勢(shì)（P＜0.01）。Kleeblad 等[24]進(jìn)行了一項(xiàng)多中心前瞻性研究，收集了384 例（432 膝）行RA 內(nèi)側(cè)UKA 患者的資料，平均隨訪(fǎng)5.7 年，研究報(bào)道術(shù)后假體的中期生存率為97%，患者滿(mǎn)意度為91%，提示MAKO Rio 輔助UKA 在中期隨訪(fǎng)時(shí)有較高的假體生存率和患者滿(mǎn)意度。Burger 等[25]回顧性分析802 例內(nèi)側(cè)RA-UKA、171 例外側(cè)RA-UKA 患者的臨床資料，平均隨訪(fǎng)4.7 年，假體生存率分別為97.8%和97.7%，提示RA-UKA 可以獲得優(yōu)異的中期假體生存率。Dretakis 等[26]前瞻性地對(duì)51 例RAUKA 患者進(jìn)行了3 年以上的臨床隨訪(fǎng)，患者總體滿(mǎn)意度達(dá)到96.1%。Khlopas 等[27]研究發(fā)現(xiàn)RA TKA 能夠獲得更好的下肢力線(xiàn)及旋轉(zhuǎn)對(duì)線(xiàn)，恢復(fù)正常關(guān)節(jié)線(xiàn)水平。Deckey 等[28]回顧分析2016—2018 年220 例初次TKA 患者的手術(shù)資料，發(fā)現(xiàn)除了脛骨及股骨假體放置及下肢力線(xiàn)的高精準(zhǔn)度以外，術(shù)中所用聚乙烯墊片厚度也與術(shù)前規(guī)劃相當(dāng)。此外，一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究在80 例患者（40 例RA 組，40 例傳統(tǒng)組）手術(shù)資料的對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，MAKO Rio可顯著減輕術(shù)后疼痛和降低隱性失血量（P＜0.001），明顯縮短住院時(shí)間（P＜0.001），并在出院時(shí)達(dá)到更好的屈膝角度[29]。

1.4 ROSA

ROSA Knee（Zimmer Biomet，美國(guó)）是近年來(lái)新興的半主動(dòng)型TKA 手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。ROSA 有以下兩大特點(diǎn)：①基于患者術(shù)前X線(xiàn)片進(jìn)行三維圖像轉(zhuǎn)換及術(shù)前規(guī)劃；②在完成機(jī)器注冊(cè)、圖像配準(zhǔn)后，由機(jī)械臂輔助定位安裝截骨導(dǎo)板，進(jìn)行導(dǎo)板式截骨。因此，ROSA 可減少患者的射線(xiàn)暴露，并一定程度上提高術(shù)中截骨效率。兩項(xiàng)尸體研究報(bào)道ROSA 的高精準(zhǔn)度和手術(shù)的可重復(fù)性[30-31]，但目前仍缺乏足夠的臨床試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)其手術(shù)療效。

VELYS（Johnson &Johnson，美國(guó)）和OMNIBotic（Corin，英國(guó)）也是近兩年新獲得FDA 批準(zhǔn)的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。VELYS 與其他龐大體積的機(jī)器人不同，其使用更小巧、固定于手術(shù)床的機(jī)械臂，同時(shí)在術(shù)中可向術(shù)者提供更為完整的間隙平衡數(shù)據(jù)。OMNIBotic 是一款微型手術(shù)機(jī)器人，主要用于TKA術(shù)中軟組織平衡。由于臨床應(yīng)用時(shí)間較短，VELYS和OMNIBotic 的術(shù)后臨床療效、放射學(xué)和患者滿(mǎn)意度評(píng)價(jià)尚待臨床驗(yàn)證。

1.5 國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)

在國(guó)家政策的大力支持和引導(dǎo)下，近年來(lái)國(guó)內(nèi)的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人研發(fā)也呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢(shì)。HURWA 關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人（和華瑞博）成為國(guó)內(nèi)首款獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)的國(guó)產(chǎn)膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，截至目前，除HURWA 外，還有ARTHROBOT（鍵嘉醫(yī)療）、骨圣元化（元化智能）、鴻鵠（微創(chuàng)醫(yī)療）三款關(guān)節(jié)外科手術(shù)機(jī)器人在2022年獲批上市，同時(shí)有愛(ài)康宜誠(chéng)、天智航、威高及嘉思特等公司的十余款國(guó)產(chǎn)關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人處在研發(fā)和上市前臨床驗(yàn)證階段[32-35]，工作類(lèi)型以半主動(dòng)型為主。何銳等[36]報(bào)道使用國(guó)內(nèi)自主研發(fā)手術(shù)機(jī)器人的RA-TKA 組及傳統(tǒng)TKA 組各30 例的對(duì)比研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)RA-TKA 組術(shù)后3 個(gè)月西安大略和麥克馬斯特大學(xué)骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)（Western Ontario and McMaster University osteoarthritis index,WOMAC）評(píng)分優(yōu)于傳統(tǒng)組（P＜0.05），但在術(shù)后6 個(gè)月時(shí)評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并且RA-TKA 組在恢復(fù)術(shù)后下肢力線(xiàn)方面也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)TKA 組，但相對(duì)延長(zhǎng)了手術(shù)時(shí)間。Li 等[37]采用隨機(jī)、單盲的方法，將150 例患者分為兩組，其中73例患者接受RA-TKA，77例患者接受傳統(tǒng)TKA，比較兩組手術(shù)前后下肢力線(xiàn)（髖膝踝角）及術(shù)后髖膝踝角≤3°的發(fā)生率，同時(shí)對(duì)比兩組患者術(shù)前及術(shù)后3個(gè)月隨訪(fǎng)時(shí)WOMAC評(píng)分、美國(guó)膝關(guān)節(jié)協(xié)會(huì)評(píng)分（Knee Society score,KSS）、美國(guó)特種外科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)評(píng)分（Hospital for Special Surgery knee score,HSS）、膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍（range of motion,ROM）等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)RA-TKA 組較傳統(tǒng)TKA 組有更好的髖膝踝角（1.80°±1.61°vs.3.02°±2.74°），髖膝踝角≤3°的發(fā)生率也更高（81.2%vs.63.5%），但兩組術(shù)后3 個(gè)月WOMAC、KSS、HSS及ROM等差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

目前我國(guó)自主研發(fā)的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人上市時(shí)間短，相關(guān)臨床研究報(bào)道很少，需要更多前瞻性、大樣本量及更長(zhǎng)隨訪(fǎng)時(shí)間的研究來(lái)證實(shí)其有效性、安全性及系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2 現(xiàn)階段RA髖、膝關(guān)節(jié)置換的優(yōu)勢(shì)與不足

國(guó)內(nèi)外關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人種類(lèi)繁多，但無(wú)論哪種品牌、何種工作類(lèi)型，與傳統(tǒng)關(guān)節(jié)置換手術(shù)方式相比，都更加符合關(guān)節(jié)置換精準(zhǔn)化和智能化的臨床需求，是未來(lái)關(guān)節(jié)外科發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人仍處于發(fā)展、革新階段，在不同關(guān)節(jié)置換手術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景下存在共性的優(yōu)勢(shì)和不足。

RA 關(guān)節(jié)置換提供的三維手術(shù)規(guī)劃和術(shù)中輔助導(dǎo)航可顯著降低手術(shù)的盲目性，將關(guān)節(jié)置換這類(lèi)經(jīng)驗(yàn)性手術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬中g(shù)，一定程度上減少對(duì)術(shù)者經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)，縮短了年輕醫(yī)師、基層醫(yī)師的學(xué)習(xí)曲線(xiàn)。機(jī)器人在對(duì)手術(shù)規(guī)劃路徑實(shí)現(xiàn)的精準(zhǔn)性和可重復(fù)性上具備天然優(yōu)勢(shì)，克服了即使是經(jīng)驗(yàn)極其豐富的關(guān)節(jié)外科醫(yī)師也很難完全克服的人為操作誤差，提高了假體安放的準(zhǔn)確度。

目前的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)并不完美，其不足之處包括術(shù)前規(guī)劃仍然依賴(lài)手工圖像分割、手術(shù)規(guī)劃和注冊(cè)配準(zhǔn)效率較低、個(gè)性化程度不足和手術(shù)時(shí)間延長(zhǎng)等。目前大多數(shù)關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)體積巨大、設(shè)備昂貴，這些問(wèn)題也有待進(jìn)一步優(yōu)化和提高[38]。

2.1 RA-THA

傳統(tǒng)THA 術(shù)后常見(jiàn)的并發(fā)癥包括脫位、雙下肢不等長(zhǎng)、撞擊及磨損等，其中髖臼假體安放位置是導(dǎo)致術(shù)后早期出現(xiàn)并發(fā)癥的重要影響因素[39]。既往多篇研究證實(shí)RA-THA 可顯著克服手術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足和人為操作帶來(lái)的誤差，通過(guò)實(shí)時(shí)提供髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心位置、髖臼角度、肢體長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)，輔助醫(yī)師將假體準(zhǔn)確置入到手術(shù)規(guī)劃的預(yù)定位置，從而通過(guò)提高THA 術(shù)中髖臼假體安放的精準(zhǔn)度，顯著降低術(shù)后雙下肢不等長(zhǎng)、脫位、偏心距過(guò)大或過(guò)小等并發(fā)癥的發(fā)生率，提高醫(yī)療安全質(zhì)量，并最終提高患者滿(mǎn)意度[20,23,40-42]。

RA-THA的手術(shù)時(shí)間較傳統(tǒng)手術(shù)顯著延長(zhǎng)，效率較低是目前所有手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)存在的共性問(wèn)題[20,43]，主要原因包括：①注冊(cè)時(shí)間長(zhǎng)；②術(shù)中的各種突發(fā)機(jī)械故障等導(dǎo)致手術(shù)路徑、流程不暢。此外，現(xiàn)有的RA-THA 在手術(shù)規(guī)劃策略上無(wú)法滿(mǎn)足患者個(gè)性化需求，沒(méi)有將患者的脊柱-骨盆聯(lián)合運(yùn)動(dòng)學(xué)因素納入術(shù)前規(guī)劃，這可能是部分患者術(shù)后沒(méi)有獲得滿(mǎn)意臨床療效的原因[44]。

2.2 RA-TKA

在傳統(tǒng)TKA 手術(shù)過(guò)程中，術(shù)者經(jīng)驗(yàn)不足、視覺(jué)偏差和工具器械誤差等因素，可能會(huì)導(dǎo)致截骨和軟組織平衡準(zhǔn)確度下降。RA-TKA 可按照預(yù)先設(shè)定的指令到達(dá)指定截骨區(qū)域，并在術(shù)中輔助平衡屈伸間隙及內(nèi)外側(cè)間隙，減少對(duì)側(cè)副韌帶的松解。因此，RA-TKA可達(dá)到更好的假體安放，獲得良好的軟組織平衡[27-29]。

盡管RA-TKA 在影像學(xué)評(píng)估上較傳統(tǒng)TKA 有明顯的優(yōu)勢(shì)，假體置入更加準(zhǔn)確，下肢力線(xiàn)偏離中立位的概率更低，但也有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，RA-TKA 在中遠(yuǎn)期臨床效果、假體生存率、患者滿(mǎn)意度方面與傳統(tǒng)TKA 沒(méi)有明顯區(qū)別，可能與當(dāng)時(shí)使用的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)版本較早及所使用的特定假體類(lèi)型有關(guān)，MAKO等主流手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的中遠(yuǎn)期臨床效果值得期待[45-46]。

2.3 RA-UKA

UKA 對(duì)假體的安放位置、韌帶的張力等要求較TKA 更高，RA-UKA 有利于精準(zhǔn)置入假體、保持關(guān)節(jié)線(xiàn)高度和維持合適的韌帶張力，從而顯著提高UKA術(shù)后療效，其優(yōu)勢(shì)較RA-TKA 更加肯定。薈萃分析證據(jù)表明，RA-UKA 可實(shí)現(xiàn)假體位置精準(zhǔn)放置，同時(shí)降低術(shù)后總體并發(fā)癥發(fā)生率，但在翻修率、感染率、KSS 和WOMAC 等方面與傳統(tǒng)UKA 未見(jiàn)明顯差異[47]。目前有關(guān)RA-UKA 是否存在衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)勢(shì)的相關(guān)研究較少[48-50]。有研究報(bào)道當(dāng)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的RA-UKA 年手術(shù)量增加時(shí)，平均花費(fèi)減少，但仍需要高證據(jù)級(jí)別的研究來(lái)分析RA-UKA 是否存在經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[48]。

3 RA髖、膝關(guān)節(jié)置換發(fā)展趨勢(shì)分析

現(xiàn)階段，我國(guó)髖、膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)數(shù)量快速增長(zhǎng)，精準(zhǔn)化、智能化、微創(chuàng)化和個(gè)性化的臨床需求迫切，因此，RA 髖、膝關(guān)節(jié)置換是關(guān)節(jié)外科發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前現(xiàn)有手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)存在的不足也正是未來(lái)改進(jìn)和發(fā)展的方向。

針對(duì)現(xiàn)階段關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的主要不足，一系列核心科學(xué)問(wèn)題和瓶頸技術(shù)亟待突破，特別是手術(shù)規(guī)劃智能化程度低、圖像分割精度不足、手術(shù)路徑缺乏個(gè)性化、應(yīng)用場(chǎng)景受限等問(wèn)題?；趯?duì)關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀分析，認(rèn)為未來(lái)RA髖、膝關(guān)節(jié)置換可能存在以下趨勢(shì)。

3.1 采用人工智能圖像分割技術(shù)，以大幅提高手術(shù)規(guī)劃的效率、智能化和精準(zhǔn)化

目前的機(jī)器人手術(shù)規(guī)劃過(guò)程仍依賴(lài)工程師對(duì)患者的醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行手工圖像分割，耗時(shí)長(zhǎng)且嚴(yán)重依賴(lài)工程師的經(jīng)驗(yàn)，影像分割存在自動(dòng)分割精度低、噪點(diǎn)大、人工標(biāo)記差異大等不足。可以預(yù)見(jiàn)，RA 髖、膝關(guān)節(jié)置換將會(huì)充分融合人工智能技術(shù)，針對(duì)手術(shù)規(guī)劃智能化不足和圖像分割精度差等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)術(shù)前圖像的自動(dòng)分割和手術(shù)自動(dòng)規(guī)劃。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外均有學(xué)者開(kāi)展相關(guān)工作嘗試解決骨盆、下肢影像的自動(dòng)分割問(wèn)題，吳東等[51]基于人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)開(kāi)發(fā)了THA 髖臼杯位置擺放算法，并進(jìn)行初步驗(yàn)證，在細(xì)節(jié)方面還有待提升，需要更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從像素水平對(duì)圖像進(jìn)行分割，以提高分割精度。隨著人工智能技術(shù)與關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)深度融合，未來(lái)機(jī)器人手術(shù)規(guī)劃的效率問(wèn)題和智能化問(wèn)題將得以解決。

3.2 采用個(gè)性化的手術(shù)規(guī)劃和假體設(shè)計(jì)，以突破機(jī)器人與臨床實(shí)際需求失配瓶頸

近年來(lái)THA 手術(shù)規(guī)劃理念不斷革新，其中最重要的就是越來(lái)越關(guān)注患者個(gè)性化問(wèn)題，即脊柱-骨盆個(gè)性化參數(shù)對(duì)THA 髖臼杯位置擺放的影響，提出了“功能安全區(qū)”的概念，近年來(lái)逐漸替代傳統(tǒng)“Lewinnek安全區(qū)”成為傳統(tǒng)THA髖臼杯安放位置和角度的手術(shù)規(guī)劃指導(dǎo)理念[44]，并有研究探索不同脊柱-骨盆-髖關(guān)節(jié)平衡情況下由站立位到坐位髖臼的位置變化規(guī)律[52]?，F(xiàn)有的髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)在手術(shù)規(guī)劃階段仍然基于靜態(tài)解剖的“Lewinnek安全區(qū)”原則，無(wú)法對(duì)髖臼杯安放的目標(biāo)值遵照“功能安全區(qū)”進(jìn)行個(gè)性化優(yōu)化，從而使手術(shù)機(jī)器人依照錯(cuò)誤的手術(shù)規(guī)劃方案“精確”地將髖臼杯安放在了不恰當(dāng)?shù)奈恢?，依然可能?huì)出現(xiàn)術(shù)后假體脫位、撞擊、磨損及腰痛等并發(fā)癥的發(fā)生，進(jìn)一步加劇了RA 手術(shù)和臨床的失配。個(gè)性化手術(shù)規(guī)劃理念，未來(lái)將會(huì)取代傳統(tǒng)手術(shù)規(guī)劃理念，賦能關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，可以結(jié)合患者的脊柱-骨盆-髖關(guān)節(jié)個(gè)性化解剖學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)，智能規(guī)劃髖臼假體位置，提高患者術(shù)后的髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)效能，降低假體撞擊和脫位發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

同樣地，基于運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)線(xiàn)理念的手術(shù)規(guī)劃和個(gè)性化假體設(shè)計(jì)被認(rèn)為是進(jìn)一步改善膝關(guān)節(jié)置換患者術(shù)后滿(mǎn)意度的必由之路，未來(lái)基于運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)線(xiàn)理念設(shè)計(jì)、完全個(gè)性化的膝關(guān)節(jié)假體的成功植入，只有在機(jī)器人的精準(zhǔn)輔助下才能完成。

3.3 將關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景拓展到翻修手術(shù)領(lǐng)域

翻修手術(shù)由于手術(shù)復(fù)雜、正常結(jié)構(gòu)遭受破壞、骨缺損形態(tài)差異大、手術(shù)規(guī)劃準(zhǔn)確性低和嚴(yán)重依賴(lài)術(shù)者經(jīng)驗(yàn)的特點(diǎn)，失敗率更高，因此手術(shù)機(jī)器人在翻修手術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用意義更為重大。目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)一款可以勝任關(guān)節(jié)翻修手術(shù)任務(wù)的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，主要原因在于金屬偽影降噪、骨缺損識(shí)別、關(guān)節(jié)穩(wěn)定性重建等問(wèn)題尚無(wú)統(tǒng)一處理標(biāo)準(zhǔn)，需要深度融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)和3D打印技術(shù)，術(shù)前對(duì)骨缺損個(gè)性化修復(fù)的方式及合理的螺釘位置進(jìn)行規(guī)劃，術(shù)中在機(jī)械臂的輔助下實(shí)現(xiàn)骨缺損修復(fù)、假體位置理想安放、螺釘位置合理而有效避免血管神經(jīng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)，使RA關(guān)節(jié)翻修手術(shù)在未來(lái)成為可能[21]。

除滿(mǎn)足臨床需求外，考慮到衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)因素，未來(lái)的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)必然會(huì)朝著效率不斷提升、更加輕巧便攜、成本不斷下降的方向發(fā)展。

4 總結(jié)

髖、膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近三十年左右的發(fā)展已日漸成熟，臨床應(yīng)用病例數(shù)快速增加，與傳統(tǒng)手術(shù)方法相比，顯著提高假體安放的精準(zhǔn)度已是共識(shí)，符合未來(lái)關(guān)節(jié)外科智能化、精準(zhǔn)化、個(gè)性化和微創(chuàng)化的發(fā)展趨勢(shì)。但目前的關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)仍處于不斷優(yōu)化的發(fā)展階段，仍存在效率較低、費(fèi)用較高等不足，但相信隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和迭代優(yōu)化，在未來(lái)必然得到更加廣泛的應(yīng)用。

【利益沖突】所有作者均聲明不存在利益沖突