医疗技术动态

医疗技术

【专题报道】北京积水潭医院:医疗机器人先行者

点击数 字体:

微信截图_20200701163933.png

原文以A pioneer in medical robotics为标题发表在2020年6月25日的《自然》特刊“自然聚焦-中国医疗机器人”上

原文链接:https://www.nature.com/articles/d42473-020-00259-w

微信截图_20200701163945.png

“临床一线的经验、优秀的院内团队和协作网络,激发了北京积水潭医院医疗机器人方面的创新”

根据2019年世卫组织的一份报告,肌肉骨骼疾病是致残的主要原因。对于许多骨科疾病而言,手术是主要的治疗方案。然而,微创手术的需求不断增长,用来辅助复杂手术的智能设备却仍旧缺乏。在这一临床需求的驱动下,自1956年成立以来一直是骨科烧伤领域的领军者北京积水潭医院(下文简称积水潭医院),将技术创新作为一项重点工作。

中国工程院院士、北京积水潭医院田伟院长说:“长期以来,外科医生需要突破“手、眼”局限性,以实现精准稳定的手术,这阻碍了骨科手术的发展。机器人技术可以解决这一问题,所以我们从2002年开始研发骨科手术机器人。”

田伟院士的带领下,医院率先发展了计算机辅助导航技术,建立了智能骨科手术系统。积水潭医院已搭建了开放、共享的技术创新和科研转化平台,多次牵头促成企业、学术界合作,为优秀项目争取国家和地方政府资助。田伟院士指出, "为了让医院成为医工研的“第一现场”,我们力求将专家研发的技术标准化,让技术更加智能化,最终更好地服务于患者。"

微信截图_20200701163958.png

田伟教授使用天玑骨科手术机器人进行手术


促进医院主动创新

在中国,创伤骨科手术占所有骨科手术的一半以上,通常情况下,创伤骨科手术复杂,要求术者具备顶尖的手术技术。为了满足骨盆骨折等创伤的个性化微创治疗需求,积水潭医院的创伤骨科专家吴新宝教授,正在牵头研发骨盆髋部骨折复位机器人。

微信截图_20200701164009.png

吴新宝教授(中)正在进行手术。

吴新宝教授将自己在骨折复位、内固定等方面的经验转化成数字化、智能化的机器人辅助操作方案,创新性地提出了针对骨盆骨折的“弹性牵引”、“自动复位”等系列方法。髋部骨折复位不佳,会延缓骨折愈合过程,针对这一问题,机器人的研究着眼于重新定位和固定程序。吴新宝教授提出的手术方法,推动了创伤手术机器人的的智能化、自动化发展。

微信截图_20200701164023.png

除了外科手术,积水潭医院的刘亚军教授联合北航的刘文勇教授团队开发了一类医疗机器人的新型应用领域——冲击波治疗。冲击波治疗利用加压空气或电磁脉冲,帮助缓解甚至消除骨骼、肌腱或其他软组织的急性或慢性疼痛。冲击波治疗机器人可以提高治疗的自动化程度,减少医生的工作量,系统包括:六自由度小型机械臂模块、人机协作执行器、个体化手术路径规划模块、冲击波动力控制模块以及带药硅胶贴等。其多模态传感器单元可对骨骼结构和软组织进行实时检查,以识别损伤或病变。在保证安全的前提下,系统还能自动调节冲击波能量,以达到最佳效果。该技术操作简便易行,治疗疾病种类广泛,是一种适合基层医院推广的机器人辅助骨科诊疗临床解决方案。


构建合作网络

田伟院士提出的以临床医生为中心的“医工企”合作模式,是积水潭医院加速机器人研究临床转化获得成功不可或缺的因素。"医生发现真正的临床问题,这样机器人的研究和设计才能满足临床需求",田伟院士说,"同时,我们也需要工程技术来实现医生的想法,需要产业支持来实现研究成果的商业化。

微信截图_20200701164037.png

田伟院士牵头研发的天玑骨科手术机器人就是“医工企”合作模式的典范。作为中国首台骨科手术机器人产品,天玑适用于脊柱、骨盆髋臼及四肢等13个不同部位,辅助手术精度达到0.82mm,内固定优良率达到97.1%。同时,天玑易操作,将手术时间缩短了27.1%。

根据天玑产品特性,田伟团队创新了九种手术方式,形成了全球首个机器人导航辅助骨科手术指南。

田伟院士强调“医工企”合作对天玑骨科手术机器人设计的重要性时讲,"我们经常与工程师和企业员工沟通,对原型进行更新,以确保在设计产品时考虑到临床环境和外科医生的操作偏好。"

同样是与开发天玑骨科手术机器人的北京天智航医疗科技股份有限公司合作,积水潭医院的周一新教授团队,研发了基于运动学-动力学优化的髋膝关节置换手术机器人。在髋关节置换术中,放置在髋臼中的髋臼杯的位置是否精准至关重要。基于站立位、坐位、下蹲位的脊柱-骨盆联动信息,机器人技术可以计算出减少撞击和Edge-loading风险的最优个性化臼杯植入目标。

此外,该团队还在进行部分/全膝置换机器人的研发。机器人可以基于术中采集的膝关节活动过程中内外侧关节间隙、胫股关节接触点轨迹数据,形成个性化下肢力线与软组织平衡目标,恢复膝关节正常生理运动学-动力学环境。

王庚教授团队与北京理工大学“智能机器人与系统高精尖创新中心”共同合作,成功研发了国内首台应用于超声引导区域阻滞的人机协同穿刺机器人。机器人可应用于全身所有神经丛及分支神经阻滞麻醉的实施,并将应用范围拓展至深部血管穿刺置管及软组织包块穿刺活检,降低了医师执行该类操作时间,也降低了传统手动穿刺方法并发症的风险。团队在研发过程中共申请发明专利9项,目前正在与企业合作推动该机器人产品化,最终进入临床应用。

这些创新研究成果已在应用于临床,并获得了多个国家和地方政府的奖项,这些都验证了“医工企”合作模式的成功。“医工企”合作模式的成功得益于建立的广泛的合作网络、医院建立的完善的科技成果转化体系。体系涵盖了临床需求的挖掘、医工对接、中期孵化以及专利申请等服务,确保了科研成果顺畅、快速的转化。

展望未来,田伟院士期望进一步提升骨科手术机器人的性能。"我们将在精度、安全性、可操作性等方面推陈出新,丰富其功能,更好地满足临床需求",田伟院士说,"而在技术上,我们将专注于更精简的设计、远程操作,并通过人工智能、深度学习等技术提升机器智能。”

在“医工企”合作模式下,更深入广泛的合作还将进一步展开。

微信截图_20200701164052.png

文/科研处 图/宣教中心


作者: 来源:

上一篇: 【专题报道】 北京积水潭医院:医疗机器人革命

下一篇: 北京积水潭医院等四家市属医院联合主办中关村“火花”活动