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科技日报特稿丨全球首个！几分钟完成“世界最难之一”手术→
摁下开关键，机器人复位操作启动。若是不凑近观察，几乎看不到患者小寒（化名）肌肉的轻微颤动。
仅耗时几分钟，骨盆复位完成。
几天后，这位13岁的小姑娘已可以下床走路。
“像她这样严重的骨盆损伤，如果没有手术机器人，采用人工复位至少需要4到5个小时，最终还有可能失败。”日前接受科技日报记者采访时，小寒的主治大夫、北京积水潭医院创伤骨科主任医师赵春鹏说。
图为赵春鹏在做把持针连接，为机器人复位做准备。科技日报记者 付丽丽 摄
赵春鹏口中的“手术机器人”，就是全球首个“骨盆骨折复位手术导航定位系统”。它由北京积水潭医院副院长吴新宝，联合北京航空航天大学生物与医学工程学院副教授、北京罗森博特科技有限公司创始人王豫等组建攻关团队，历时十余年研制而成。
找准点
在创伤骨科领域，骨盆骨折闭合复位被公认为“世界最难之一”的手术。
“如果将四肢骨折比喻为‘筷子’断了，那么骨盆骨折则相当于‘碗’碎了。”吴新宝告诉记者，“盆腔中有大量的神经、血管和脏器，切开手术极易带来其他损伤，闭合手术只有少数专家才能完成。”
能不能研发出一款骨盆复位机器人，提高手术效率与效果，惠及万千患者？吴新宝有了这样一个“执念”。2014年，在一次科研项目交流过程中，他与王豫一拍即合，攻关团队随即组成。
骨盆复原要想“天衣无缝”，首先要找准复位的点。然而，两年多时间里，团队不停地讨论、验证，软件、算法修改了成百上千次，依然无法有效解决这个难题。
“无数次都想放弃。”那段时间，吴新宝几乎陷入了绝望。直到有一天，在与团队激烈争论时，他突然想到镜像原理——骨盆整体上是对称结构，左边摔坏了，右边是好的，能不能照着右边复原左边？
“理论上这是行得通的，但要准确算出对称点位置，难度极大！”王豫解释道，与人的视觉感知不同，机器进行镜像计算时，一定要告诉它精准的对称面位置。即便识别出的角度只差一度，复原点与实际点也可能差出几厘米。
再三推敲实现路径后，团队选择使用骨盆未损伤部分做自对称——先选取完好部分的特征点，再用“照镜子”方式投射为对称面，通过配准两者之间的特征点，找到复位的最佳位置。
图为骨盆骨折复位手术导航定位系统在做三维图像配准。 科技日报记者 付丽丽 摄
特征点难选，就反复研究病例；配准计算耗时长，就优化迭代算法……最终，研发团队成功实现一次性全局快速配准，计算时长由起初的6000多秒缩短至80多秒。
配准的点越多，越能精准确定骨盆复原位置。吴新宝说：“最多时，在约两只手掌大的髂骨上，我们实现了两侧各一万多个点的一一对应，可以让骨盆复位严丝合缝。”
用好力
位置找准后，机器人就要操作机械臂移动骨盆复位。如何用好力，成为手术成功的关键。
2019年，在一次临床试验中，由于患者体形较胖，肌肉、韧带等软组织阻力大，机械臂力量不够，导致手术机器人“败下阵来”。
“常用的医用机械臂力量极限只有160牛顿，而医生最大用力可达300牛顿，相差悬殊。”吴新宝说，“怎么办？我们甚至考虑过工业机械臂，但很快又因为其体积、重量与风险不可控等因素，放弃了这一想法。”
“国外尝试的并联机械臂行不行？”一次团队研讨时，有人提议。大家顺着这个思路往下走，结果发现力量有了，但两只刚性机械臂又相互制约了自由度。
一个个想法被否决，研发又一次陷入停滞。
再度复盘手术过程时，吴新宝发现，有一个细节被大家忽视了——手术中，主刀医生难以独自徒手复位时，会有2至4名医生同时上台，在患者相关部位进行牵引、提供助力。
能否增加一个辅助牵引装置，为机械臂提供助力？“这个装置既要能给机械臂提供助力，又不能影响其自由度。”王豫解释道，“手术台上，辅助医生用力须根据主刀医生的需要，灵活调整方向和力度。”
这个“刚柔并济”的需求，实现起来太难了。就在大家百思不得其解时，王豫想到了小时候玩的弹簧秤——用弹簧做辅助牵引臂，力度大小可以渐变调整，同时还不影响机械臂的灵活性。
方案有了，接下来是模拟验证。团队专门从德国买来了“人工肌肉”，通过不断调整软组织的阻力，模拟临床实际情况，搭建生物力学模型进行测试。
当机械臂因阻力过大不能动弹时，团队成员按下了辅助牵引装置开关，弹簧臂开始一点点拉紧。“动了，机械臂动了！”大家欢呼起来。
测试结果表明，在辅助牵引装置的帮助下，机械臂牵引复位力需求降低了50%以上，现有机械臂力量终于可以满足复位需求了。
会“绕路”
“明明绕一点儿就过去了，你这机器人太‘笨’了！”在一次临床试验中，吴新宝冲王豫嚷了起来。
原来，是一个骨尖儿挡住了机械臂的去路。只要稍微换个角度就能过去，但它就是止步不前。情急之下，大家不得不把机器人卸下来，由吴新宝徒手操作完成手术。
“那时，机器人只会完成‘走直线、拐直角’这类常规动作，不会随机应变‘抄近路’。”赵春鹏说，“而在实际手术中，医生会根据具体情况灵活调整路线，牵引骨盆复位。”
“之前，我们重点考虑的是安全，所以一开始就为手术机器人划定了红线，一旦遇到阻力就得停下来。”王豫解释道。
那次失败后，大家意识到，必须设法让机器人具备实时规划前进路线的能力。王豫打比方道：“就像蚂蚁往窝里搬东西一样，遇到小石子时，它会蹭着石子绕过去，而不是停滞不前。”
机器人必须“自己聪明起来”！研发团队在机械臂上安装传感器，让机器人能够实时测量出复位过程中遇到的阻力；然后给控制软件添加功能模块，使其能判别不同方向阻力大小，为机械臂智能规划牵引路线。
那段时间，大家通宵达旦地干。反复试验、来回调试，当看到显示屏上机械臂的路径指针能像蚂蚁一样“绕路”时，王豫终于长舒了一口气。
历经3代样机迭代、无数次验证优化，2023年底，“骨盆骨折复位手术导航定位系统”成功通过国家药品监督管理局创新产品注册申请，获批第三类医疗器械注册证。目前，它已在100多例患者手术中得到应用，优良率超过96%，远高于医生徒手复位效果。
罗森博特手术机器人产品全家福。受访者供图
“在前不久召开的全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会上，习近平总书记强调，‘进一步加大科技创新力度’‘促进自主攻关产品推广应用和迭代升级’。这让我们深受鼓舞、倍添动力。”吴新宝说，“创新之路注定是曲折的，但只要坚定信心，掌握核心技术，即使国外做不出来，我们也能取得突破。下一步，团队将始终坚持面向人民生命健康，继续丰富机器人病例库，提升产品性能，为更多患者康复带来福祉！”
◎ 科技日报记者 付丽丽
团队成员
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蒋协远
职称：主任医师
擅长： 肘部骨折，肘僵硬与畸形，四肢骨折
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吴新宝
职称：主任医师
擅长： 四肢骨与关节的损伤，尤其是骨盆和髋臼损伤
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公茂琪
职称：主任医师
擅长： 上肢及肘关节骨折、多发骨折
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朱仕文
职称：主任医师
擅长： 骨盆、髋臼及四肢复杂骨折、骨折不愈合
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李庭
职称：主任医师
擅长： 肘关节损伤，踝关节骨折，胫骨平台骨折，及其他复杂关节内骨折
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贺良
职称：主任医师
擅长： 老年骨折，骨质疏松，骨折与损伤
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王满宜
职称：主任医师
擅长： 与外伤有关的骨与软组织疾患
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张伯松
职称：主任医师
擅长： 四肢关节内骨折、骨折畸形愈合及不愈合，髋关节骨折后的人工关节置换，骨感染，骨折治疗过程中问题的治疗指导方案
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刘亚波
职称：主任医师
擅长： 髋部、膝部骨折，关节置换，骨折不愈合、畸形愈合
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孙林
职称：主任医师
擅长： 骨折不愈合和畸形愈合；关节内骨折；股骨颈骨折；股骨粗隆间和粗隆下骨折
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张力丹
职称：主任医师
擅长： 肘关节、膝关节骨折
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黄强
职称：主任医师
擅长： 肩关节周围创伤及骨折、多发创伤、陈旧骨折
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张国柱
职称：主任医师
擅长： 骨盆髋臼骨折，足踝部损伤，肩关节骨折，陈旧骨折及感染
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王军强
职称：主任医师
擅长： 四肢及关节内骨折、骨盆髋臼骨折等高能量损伤的微创治疗
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毛玉江
职称：主任医师
擅长： 四肢骨与关节损伤，各种复杂骨折，骨不愈合及畸形愈合，关节功能障碍。胫骨平台骨折、股骨颈骨折及股骨头缺血坏死诊治
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刘兴华
职称：主任医师
擅长： 手术治疗四肢骨折，关节周围骨折以及并发症，尤其是肘关节术后活动受限
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曹奇勇
职称：主任医师
擅长： 骨盆、髋臼、髋部骨折，及四肢骨折与不愈合
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杨明辉
职称：主任医师
擅长： 骨盆及四肢创伤，尤其是骨盆髋臼骨折、老年髋部骨折、足踝部创伤、陈旧性损伤、骨感染骨髓炎等疾病的诊断与治疗。
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韩巍
职称：主任医师
擅长： 1.熟练掌握创伤骨科各病种的规范化诊断及治疗、包括四肢及骨盆髋臼骨折的微创治疗技术以及复杂骨折的开放手术治疗。2.骨科智能装…
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赵春鹏
职称：主任医师
擅长： 髋臼骨盆骨折的常规治疗和微创手术治疗、四肢关节骨折，畸形的治疗
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查晔军
职称：主任医师
擅长： 四肢骨与关节损伤，特别是上肢与肘关节创伤和疾患的诊治
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李宇能
职称：主任医师
擅长： 年龄大于14岁的四肢复杂骨折治疗，骨折的微创治疗，尤其是骨盆及髋臼骨折的治疗，创伤后肢体重建与陈旧骨折的治疗。
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安贵生
职称：副主任医师
擅长： 桡骨远端骨折
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张权
职称：副主任医师
擅长： 四肢骨折、多发骨折
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王金辉
职称：副主任医师
擅长： 骨盆髋臼与四肢骨折及其相关合并症，尤其足踝部骨折与老年髋部骨折的治疗
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赵刚
职称：副主任医师
擅长： 四肢和关节内骨折、全髋关节置换和翻修、骨髓炎、肢体延长、外固定
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刘国会
职称：副主任医师
擅长： 下肢骨折，尤其膝关节周围骨折
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刘洪波
职称：副主任医师
擅长： 四肢与关节内骨折、骨盆髋臼骨折、髋部骨折、足踝骨折、关节骨折等疾病
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苏永刚
职称：副主任医师
擅长： 骨盆、髋臼及四肢复杂骨折的相关治疗
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杨胜松
职称：副主任医师
擅长： 下肢畸形（包括O形腿，X形腿或者顺风腿），长短腿，马蹄内翻足畸形，骨髓炎，髋膝踝关节创伤性关节炎，外固定架微创手术，人工全…
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滕星
职称：副主任医师
擅长： 四肢骨和关节复杂创伤及并发症的治疗，包括骨不连，骨折不愈合，骨折畸形愈合及发育性畸形，创伤后及发育性的四肢关节僵硬、挛缩…
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李卫华
职称：副主任医师
擅长： 多发创伤、陈旧骨折、关节周围骨折和膝关节、足踝复杂骨折脱位
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汤文杰
职称：副主任医师
擅长： 腕关节骨折，四肢及骨盆骨折，复杂关节内骨折，骨不愈合及畸形愈合
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李宁
职称：副主任医师
擅长： 髋部骨折、老年骨折、骨质疏松及代谢性骨病相关骨折，以及其他骨盆与四肢骨折等
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张健
职称：副主任医师
擅长： 骨盆髋臼骨折、四肢骨折与关节损伤
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张玉富
职称：副主任医师
擅长： 肩肘关节骨折，四肢骨与关节损伤，骨不愈合及畸形愈合
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李绍良
职称：副主任医师
擅长： 四肢骨与关节骨折脱位，骨盆髋臼骨折。擅长肩关节骨折，肘关节骨折脱位，腕关节骨折，桡骨远端骨折，髋部骨折，足踝部骨折脱位，…
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周力
职称：副主任医师
擅长： 四肢骨与关节损伤，复杂关节内骨折，骨盆髋臼骨折，骨折不愈合及畸形愈合，关节功能障碍。尤其擅长髋部骨折及其并发症的治疗
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孙旭
职称：副主任医师
擅长： 复杂的四肢及关节内骨折，骨盆髋臼骨折，骨折的微创治疗，冰雪及户外运动造成的骨折及关节损伤
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吴宏华
职称：副主任医师
擅长： 四肢关节骨折的外科治疗，尤其是对骨盆髋臼骨折的外科治疗有丰富的临床经验
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米萌
职称：副主任医师
擅长： 复杂肩关节骨折、老年髋部骨折及其它复杂骨与关节骨折治疗
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王陶
职称：副主任医师
擅长： 复杂关节骨折 骨运输 肢体功能重建
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陈辰
职称：副主任医师
擅长： 四肢与骨盆髋臼骨折，骨折后不愈合等并发症。除常见四肢骨折外，擅长上肢、肩、肘、腕关节急性及陈旧性骨折脱位。肩关节置换、全…
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创伤骨科复查号
职称：
擅长： 骨折复查
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创伤骨科普通号
职称：主治医师
擅长： 四肢骨折
