手术机器人前瞻：力传感器、协作、关节置换

尽管起步较晚，但中国手术机器人行业正快马加鞭进入发展“快车道”。数据显示，2021年中国手术机器人市场规模超40亿元，预计2025年将近达到200亿元。

资料显示，2001年，中国完成了第一台具有自主控制、视觉定位和远程交互功能的神经外科手术机器人系统——“黎元”机器人系统，由解放军海军总医院、北京航空航天大学和清华大学合作研发的。

与发展之初不同的是，在随后的二十多年里，手术机器人的研发与应用逐渐走出高校及科研院所，越来越多的企业进入这一领域，共同为中国手术机器人行业发展献策献力。

众人拾柴火焰高，尽管当前仍有数不胜数的技术难点与应用痛点，但同时也可以看到，当下的中国手术机器人行业无论是在实际应用案例上，还是产品技术上，提升都十分明显。

前不久，在为期4天的第89届中国国际医疗器械博览会（下文简称“CMEF展”）上，高工机器人观察到4个趋势及现象：

①在本体设计上，不少机械臂搭载了力矩传感器、六维力传感器；

②在集成应用上，现场展示的应用案例以六轴、七轴（甚至更多）协作机器人应用居多；

③医疗场景对机器人的灵活度、安全性、稳定性要求较高；

④在展会现场，关节置换手术、穿刺辅助导航定位、脊柱外科等手术机器人应用案例较多。

在CMEF展现场，高工机器人观察到，艾目易科技、微创机器人、和华机器人、威智科技、库卡、华科精准、美亚光电、普爱医疗、西门子医疗、中核安科锐、艾瑞迈迪等11家企业，展示了手术机器人应用案例，包含关节置换手术、穿刺辅助导航定位、脊柱外科、血管造影、放射。

*本篇文章仅聚焦协作机器人和传统多关节机器人应用案例，如有补充欢迎评论区留言。以下排序不分先后：

关节置换手术

▌艾目易科技

在CMEF展现场，艾目易科技展示了骨科手术机器人解决方案。融合了优傲的协作机器人，在机械臂末端搭载了骨钻，加上艾目易科技的光学定位系统，该方案可辅助医生完成膝关节置换、髋关节置换、交叉韧带重建等手术。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

高工机器人了解到，艾目易科技的光学定位系统可实时跟踪患者膝关节/髋关节上的标记点，并通过实时的手术路径计算机械臂的位姿信息，结合机械臂力反馈、拖拽导航、随动跟踪等柔性控制技术。

▌微创机器人

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

高工机器人了解到，该手术机器人搭载了其自主研发的机械臂，具有智能术前规划、个性化假体植入计划、术前术中精确配准融合、机械臂实时精度补偿、一体化截骨导板高效截骨、三层安全保护体系、降低手术操作对医生经验的依赖等亮点，通过人机协同完成精准截骨、磨削。

▌和华机器人

在CMEF展现场，和华机器人展示的膝关节手术机器人，融合了医用七轴协作机器人、手术规划系统、自动控制截骨系统等，由此兼具导航与截骨功能，专为辅助医生开展全膝关节置换术（TKA）而设计。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

据悉，该膝关节手术机器人具有个性化手术规划、数字化导航与截骨、提高手术安全性、缩短学习曲线、流程简便且操作灵活、智能化程度高等特点。刀臂一体化设计帮助机器人能够更加流畅便捷地控制截骨。

▌威智科技

在CMEF展上，威智科技展示的全膝关节置换手术机器人，由光学跟踪相机、手术规划平台、七轴智能机械臂等构成。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

一方面，该手术机器人洞悉关节全程动态稳定性，可实现实时动态追踪。另一方面，术前医生结合重要韧带及神经血管的走行，设定机械臂截骨区域，以最大限度地减少末端动力带来的软组织损伤风险。此外，依靠机械臂系统及软件控制系统，可视化截骨，确保截骨与规划一致，实时掌握膝关节每一次截骨位置及深度。

神经外科

▌库卡

在CMEF展现场，库卡展示了基于医疗协作机器人LBR Med的视觉定位系统，搭配了NDI导航仪、库卡自研的专用控制柜KUKA Sunrise Cabinet Med，以及操作系统KUKA Sunrise.OS Med，以实现头颅穿刺前辅助定位。

该视觉定位系统能够实现头颅模型内部肿瘤的定位和实时动态跟随功能，在手术过程中解放医生的双手，从而让医生能够有更多的精力用在术前规划中。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

LBR Med专为人机交互而设计，所有关节均配置双通道力矩传感器，保障安全的同时还能够更加实时地对外界作用力作出响应。

库卡在接受高工机器人的调研时表示，库卡对LBR Med本体进行了优化设计，本体表面增加了抗菌涂层，再加上新型基座设计，提高了卫生洁净程度。此外，LBR Med还内置了电动介质法兰。综合而言，以上优化设计能够方便医疗器械的搭建。

▌华科精准

在CMEF展现场，华科精准展示了SR系列神经外科手术机器人。据悉，该手术机器人可适用于脑出血、颅内肿瘤、帕金森病、三叉神经痛、癫痫等多类神经外科手术领域。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

高工机器人观察到，华科精准在机械臂末端搭配了六维力/力矩传感器，可实时监控受力情况。在该设备中，六轴机械臂采用了抱闸式制动的控制方案，出现异常断电或其他突发情况时，机械臂可静止锁定。

脊柱外科

▌美亚光电

在CMEF展现场，美亚光电展示了脊柱外科手术机器人，融合了光学跟踪装置、六轴机械臂、MAS智能软件系统、一体化工作站等，主要用于脊柱外科手术过程中手术器械和植入物的精准导航定位。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

据了解，美亚光电的该手术机器人操作灵活，精准控制，重复定位精度≤0.1mm，解决了医师手部轻微抖动的影响。叠加DM动态追踪技术，确保机械臂实时跟随，无惧患者术中轻微位移，稳定协助临床医师连续置入多根克氏针。

▌普爱医疗

在CMEF展现场，普爱医疗展示的骨科手术机器人，搭配了普爱医疗自研的三维C形臂。据悉，该手术机器人能够实现术中三维成像和精准定位，使原来高难度、高风险的复杂脊柱手术变得更加流程化、标准化，缩短了医生的学习曲线。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

其主要应用术式包括经皮椎体球囊扩张成形术（PKP）、腰椎骨折经皮椎弓根内固定术、腰椎后路切开内固定术+椎间融合术、骶骨肿瘤穿刺活检术等。

血管造影/放射/穿刺

▌西门子医疗

在CMEF展现场，西门子医疗展示了机器人式数智血管造影系统ARTIS pheno master，融合应用了库卡自研的KR QUANTEC机器人。该系统兼容百级洁净手术室，可用于血管疾病的检查、心脏瓣膜修复等。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

据了解，机器人将带有X射线源和图像转换器的C型臂围绕患者移动。通过操纵杆，机器人系统便可以精确导航到医生所需检查的各个位置。

▌中核安科锐

在CMEF展现场，中科安科锐展示了放射外科手术机器人（CyberKnife）。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

据悉，CyberKnife的核心优势在于其动态追踪能力，无论肿瘤如何运动，其机头都能精准追踪，确保治疗的连续性和有效性。CyberKnife放射外科手术机器人系统实现了立体定向放射外科治疗的高度自动化和精准化。

▌艾瑞迈迪

在CMEF展现场，艾瑞迈迪展示了机械臂协同的超声主导多模影像穿刺手术机器人，由主机台车、机械臂台车、磁场发生器、接口单元、传感器、标准针、跟踪器械组建组成。

图片来源：高工机器人摄于CMEF展

据悉，艾瑞迈迪借助精准的超声/CT影像配准技术，将机械臂的操作精度提升至亚毫米级别，降低了手术风险，适用于成人肺及腹部实体器官穿刺手术的导航定位，辅助微波/冷冻消融、活检、射频、粒子植入、引流术等20余种手术术式。