大廠骨科機(jī)器人最新進(jìn)展：史賽克、美敦力、施樂(lè)輝、強(qiáng)生、捷邁邦美

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丹尼斯住在美國(guó)佛羅里達(dá)州，幾周后，他就要更換髖關(guān)節(jié)了。

他聽(tīng)說(shuō)機(jī)器人手術(shù)能夠?qū)⒒謴?fù)時(shí)間減半。

實(shí)際上，這是住在羅德島州的他妻子的前夫說(shuō)的。那家伙接受了機(jī)器人髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，說(shuō)是比傳統(tǒng)手術(shù)好很多。妻子研究了一下，約到了他們所在地區(qū)的一位合格的機(jī)器人關(guān)節(jié)置換外科醫(yī)生羅納德。會(huì)診后發(fā)現(xiàn)，羅納德竟認(rèn)識(shí)兩千公里外給他妻子前夫更換髖關(guān)節(jié)的醫(yī)生羅伯特。

這世界真小。

01

史賽克Stryker公司的Mako

2013年，Stryker史賽克公司以16.5億美元收購(gòu)了手術(shù)機(jī)器人公司Mako Surgical，比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更早進(jìn)入了手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域。該平臺(tái)用于全膝關(guān)節(jié)置換、部分膝關(guān)節(jié)置換和全髖關(guān)節(jié)置換。

但Mako最初的推出速度很慢，因?yàn)闈撛诳蛻艉屯饪漆t(yī)生不愿意接受這項(xiàng)技術(shù)。Stryker公司CEO Kevin Lobo記得，收購(gòu)Mako當(dāng)時(shí)受到了如此嚴(yán)厲的批評(píng)，甚至連公司最忠誠(chéng)的客戶都對(duì)其提出了質(zhì)疑。他們說(shuō)“我們不需要這個(gè)產(chǎn)品”，但我總是回答，“這些植入物現(xiàn)在都很好。但問(wèn)題不是植入物，而是膝蓋的平衡程度以及我們破壞了多少軟組織。如果我們能做一個(gè)侵入性較小的手術(shù)，外科醫(yī)生可以通過(guò)3D規(guī)劃獲得更多信息，讓手術(shù)更個(gè)性化，結(jié)果會(huì)更好?！?/p>

對(duì)于Lobo來(lái)說(shuō)，這是一場(chǎng)明智的賭博：Mako系統(tǒng)讓外科醫(yī)生能夠靈活地定制大型關(guān)節(jié)植入物，并確保精確的對(duì)齊和放置，所有這些都會(huì)帶來(lái)更安全的手術(shù)和改善患者預(yù)后。

Mako的多種益處已在眾多臨床研究中得到證實(shí)。數(shù)據(jù)表明，與傳統(tǒng)（手動(dòng)）手術(shù)相比，Mako部分膝關(guān)節(jié)和全膝關(guān)節(jié)手術(shù)具有術(shù)后疼痛評(píng)分更低、住院時(shí)間更短、物理治療更少和患者滿意度更高的優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果也證明了機(jī)器人相對(duì)于人類的優(yōu)越性：與手動(dòng)植入物相比，機(jī)器人輔助的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)在規(guī)劃脛骨組件對(duì)齊方面的精度通常高出47%，在規(guī)劃脛骨坡度方面的精度高出59%，在規(guī)劃股骨組件旋轉(zhuǎn)方面的精度高出36%。

“在比較導(dǎo)航式全膝關(guān)節(jié)修復(fù)和機(jī)器人輔助全膝關(guān)節(jié)的臨床研究中，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)器人輔助全膝關(guān)節(jié)顯著改善了術(shù)后疼痛，減少了對(duì)阿片類鎮(zhèn)痛劑的需求，并縮短了住院時(shí)間，”Stryker機(jī)器人副總裁兼總經(jīng)理Erik Todd說(shuō)?！把芯窟€表明，與傳統(tǒng)的全膝關(guān)節(jié)應(yīng)用相比，機(jī)器人輔助全膝關(guān)節(jié)患者在四到六周和六個(gè)月的隨訪中的行走和站立評(píng)分顯示，他們的功能活動(dòng)有更大的改善。”

2015年3月，美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)了Mako Total Hip的相關(guān)證明。研究發(fā)現(xiàn)，Mako比手動(dòng)全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)更能準(zhǔn)確地將髖關(guān)節(jié)組件放置在平面上，并通過(guò)使用較小的髖臼杯來(lái)保存骨骼。

與手動(dòng)技術(shù)相比，Mako等機(jī)器人輔助技術(shù)允許外科醫(yī)生以更高的精度、靈活性和控制力進(jìn)行關(guān)節(jié)置換。其中許多解決方案使用CT掃描來(lái)創(chuàng)建計(jì)算機(jī)化的3D解剖模型，最終確定角度、旋轉(zhuǎn)、軟組織和骨骼的精確測(cè)量值，以便精確放置部件。在手術(shù)過(guò)程中，機(jī)械臂根據(jù)術(shù)前計(jì)劃將骨骼切割方向控制在幾分之一毫米。

與目前市場(chǎng)上的一些解決方案一樣，Stryker的Mako系統(tǒng)使用計(jì)算機(jī)斷層掃描來(lái)創(chuàng)建術(shù)前手術(shù)計(jì)劃模型。但Mako也通過(guò)其AccuStop觸覺(jué)技術(shù)將自己與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手區(qū)分開(kāi)來(lái)，該技術(shù)將骨骼切除限制在預(yù)定義的、預(yù)先計(jì)算的區(qū)域。Mako的機(jī)械臂會(huì)產(chǎn)生阻力，發(fā)出聲音警告，如果切割工具超出了手術(shù)前計(jì)劃的界限，機(jī)械臂最終會(huì)停止。

據(jù)報(bào)道，除了AccuStop觸覺(jué)技術(shù)外，Mako還是唯一一個(gè)可以用鋸子切割、用毛刺去除毛刺、用鉸刀鉸孔的機(jī)器人骨骼切除系統(tǒng)。

02

美敦力Medtronic公司的Mazor

美敦力公司的Mazor X機(jī)器人也具有術(shù)前規(guī)劃功能，能夠處理來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)C形臂的二維透視投影，并將其轉(zhuǎn)換為三維立體圖像。但Mazor X還配備了一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)，用于在手術(shù)過(guò)程中跟蹤手術(shù)器械。據(jù)該公司稱，S8隱身站包括用于跟蹤工具位置的3D攝像機(jī)和電磁傳感器、用于處理數(shù)據(jù)的相關(guān)跟蹤算法和軟件，以及合并來(lái)自不同成像源的數(shù)據(jù)以便于引導(dǎo)的能力。

此外，Mazor還使用Midas Rex MR8電動(dòng)高速鉆系統(tǒng)來(lái)提高軌跡精度，這從創(chuàng)建先導(dǎo)孔開(kāi)始。美敦力設(shè)計(jì)了鉆頭的附件和解剖工具，以在高達(dá)75000轉(zhuǎn)/分的速度下精確鉆孔。Midas Rex MR8與StealthStation S8系統(tǒng)集成，可用于脊柱、顱骨、耳鼻喉科和其他外科手術(shù)。

2018年，美敦力以17億美元收購(gòu)了以色列的手術(shù)機(jī)器人公司Mazor Robotics，從而獲得了Mazor X手術(shù)平臺(tái)。該系統(tǒng)已在加拿大、歐洲和美國(guó)獲準(zhǔn)進(jìn)行脊柱手術(shù)。

03

施樂(lè)輝Smith+Nephew公司的CORI

施樂(lè)輝Smith+Nephew也進(jìn)入了機(jī)器人市場(chǎng)，通過(guò)2015年底以2.75億美元收購(gòu)Blue Belt Holdings Inc.獲得了NAVIO手術(shù)系統(tǒng)。NAVIO的手持式機(jī)器人輔助膝關(guān)節(jié)手術(shù)方法是該行業(yè)獨(dú)有的（盡管史賽克的Lobo不認(rèn)同此說(shuō)法），因?yàn)樗染哂袡C(jī)械臂平臺(tái)小得多，成本也更低。

NAVIO延伸到其術(shù)前規(guī)劃計(jì)劃和植入物對(duì)齊能力。該系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件繪制病變骨和軟骨的表面，無(wú)需CT掃描和髓間棒。

在收購(gòu)NAVIO技術(shù)后的六年里，施樂(lè)輝通過(guò)CORI增強(qiáng)了其機(jī)器人技術(shù)平臺(tái)。CORI是下一代解決方案，其切割量是其前任的兩倍，相機(jī)速度是前者的四倍。CORI還整合了該公司用于術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)和術(shù)后評(píng)估的智能軟件。RI.INSIGHTS使外科醫(yī)生能夠在全球范圍內(nèi)對(duì)用戶的機(jī)器人操作體驗(yàn)進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，以優(yōu)化手術(shù)計(jì)劃并改進(jìn)患者報(bào)告的結(jié)果測(cè)量。

RI.INSIGHTS通過(guò)一個(gè)安全網(wǎng)站收集匿名的術(shù)中細(xì)節(jié)，并提供外科醫(yī)生病例數(shù)據(jù)，可以通過(guò)獨(dú)立的術(shù)后患者結(jié)果進(jìn)行審查，從而允許外科醫(yī)生從機(jī)器人輔助的手術(shù)中獲得并隨時(shí)應(yīng)用見(jiàn)解。

CORI平臺(tái)于2020年2月獲得FDA 510（k）批準(zhǔn)，可用于單室和全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)，并在2022年早些時(shí)候擴(kuò)大了全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的適應(yīng)癥。此外，還計(jì)劃進(jìn)行更多的注冊(cè)申請(qǐng)。

“對(duì)于施樂(lè)輝來(lái)說(shuō)，真正的智能生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)游戲規(guī)則的改變者，”位于鳳凰城的骨科研究所的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)專家、醫(yī)學(xué)博士Jimmy Chow去年秋天說(shuō)?！白鳛橐幻饪漆t(yī)生，我獲得了個(gè)性化的體驗(yàn)，這給了我信心。我正在進(jìn)行最精確、最高效的手術(shù)……你還能要求什么呢？矯形外科領(lǐng)域正在成為一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，這套旨在協(xié)同工作的術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后解決方案真的非常出色?！?/p>

該行業(yè)的技術(shù)變革正在機(jī)器人中催生一場(chǎng)數(shù)字革命，讓它們具備大數(shù)據(jù)能力、人工智能驅(qū)動(dòng)的解剖分類和預(yù)測(cè)分析能力，以及遠(yuǎn)程護(hù)理管理能力。

04

強(qiáng)生J&J公司的VELYS

強(qiáng)生公司的VELYS機(jī)器人得到了VELYS數(shù)字手術(shù)平臺(tái)的支持，該平臺(tái)是一系列旨在改善患者護(hù)理的數(shù)字工具和數(shù)據(jù)洞察。該平臺(tái)的各種功能包括VELYS Insights和ONETRIAL Analysis。前者是一個(gè)集成的支持解決方案，將護(hù)理團(tuán)隊(duì)與實(shí)時(shí)的、特定于患者的數(shù)據(jù)連接起來(lái)，以幫助在矯形手術(shù)前后為決策提供信息。VELYS Insights包括兩項(xiàng)關(guān)鍵功能：幫助改善病例管理的護(hù)理協(xié)調(diào)、手術(shù)準(zhǔn)備和工作流程效率；以及患者路徑管理，旨在幫助護(hù)理團(tuán)隊(duì)在膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)或肩關(guān)節(jié)置換手術(shù)期間使用患者路徑移動(dòng)應(yīng)用程序?qū)颊哌M(jìn)行教育、支持、溝通和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

除了前路髖關(guān)節(jié)置換技術(shù)的現(xiàn)有功能外，ONETRIAL分析功能還可以為側(cè)位患者提供術(shù)中數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策。

05

捷邁邦美Zimmer Biomet公司的ROSA

捷邁邦美Zimmer Biomet通過(guò)其ZBEdge Connected Intelligence Suite和mymobility應(yīng)用程序連接關(guān)節(jié)置換患者和護(hù)理者。ZBEdge旨在增強(qiáng)患者和提供者的關(guān)節(jié)置換手術(shù)，包括先進(jìn)的手術(shù)機(jī)器人（ROSA，獲準(zhǔn)進(jìn)行全膝和部分膝關(guān)節(jié)置換、全髖關(guān)節(jié)置換、神經(jīng)和脊柱手術(shù)）、以患者為中心的數(shù)字應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)分析軟件。

ZEdge套件中包括OrthoIntel骨科智能平臺(tái)，該平臺(tái)分析患者數(shù)據(jù)，并將其與mymobility參與者全球網(wǎng)絡(luò)的輸入進(jìn)行比較，這些參與者具有相似的解剖結(jié)構(gòu)和/或人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征。這些信息有助于外科醫(yī)生更好地了解患者的典型進(jìn)展，以便他們能夠?qū)⑦@些見(jiàn)解應(yīng)用于當(dāng)前的關(guān)節(jié)置換候選者。

ZBEdge的最新功能之一是Persona IQ，它將Zimmer Biomet的Persona膝蓋植入物與Canary Medical專有的脛骨伸展傳感器技術(shù)相結(jié)合，用于測(cè)量和確定運(yùn)動(dòng)范圍、步數(shù)、步行速度和其他步態(tài)指標(biāo)。一旦植入，該設(shè)備將記錄并無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，允許外科醫(yī)生評(píng)估術(shù)后恢復(fù)進(jìn)度。

該公司的mymobility應(yīng)用程序利用Apple Watch和iPhone傳感器測(cè)量患者活動(dòng)和術(shù)后進(jìn)展。收集的術(shù)前和術(shù)后數(shù)據(jù)與接受ROSA關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者的術(shù)中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相結(jié)合。這些數(shù)據(jù)由OrthoIntel骨科智能平臺(tái)進(jìn)行整合和分析，以獲得新的臨床見(jiàn)解。

Zimmer Biomet全球機(jī)器人技術(shù)及技術(shù)與數(shù)據(jù)解決方案總裁Liane Teplitsky說(shuō)，“將手術(shù)治療與患者術(shù)后恢復(fù)聯(lián)系起來(lái)的數(shù)據(jù)代表了一個(gè)令人興奮的機(jī)會(huì)，可以研究機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)如何改善患者的預(yù)后。”

“來(lái)自ROSA和mymobility的數(shù)據(jù)最近發(fā)表在《矯形外科學(xué)報(bào)》上。作者觀察到，在術(shù)后第六周，屈膝內(nèi)側(cè)松弛度小于1mm的患者的步數(shù)明顯減少，但作為緊繃度的函數(shù)，KOOS JR評(píng)分沒(méi)有差異（p>0.05）。隨著該數(shù)據(jù)集的不斷成熟，我們很高興它有可能為外科醫(yī)生和護(hù)理團(tuán)隊(duì)用客觀數(shù)據(jù)增強(qiáng)臨床決策提供新的思路?！?/p>

“機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)是創(chuàng)建一個(gè)由數(shù)據(jù)提供的骨科護(hù)理綜合視圖的一個(gè)組成部分，”她繼續(xù)說(shuō)。“機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于根據(jù)患者獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)將植入物精確定位在精確位置。這是一個(gè)信息寶庫(kù)，將術(shù)中數(shù)據(jù)與術(shù)后恢復(fù)指標(biāo)聯(lián)系起來(lái)的能力越來(lái)越重要?！?/p>

06

手術(shù)機(jī)器人與AI結(jié)合

Medtronic從Medicrea（于2020年11月以2.43億美元購(gòu)買）獲得人工智能驅(qū)動(dòng)的手術(shù)規(guī)劃和預(yù)測(cè)建模工具，利用這些工具來(lái)獲取這一數(shù)據(jù)寶庫(kù)。這家法國(guó)公司的6000個(gè)3D圖像存儲(chǔ)庫(kù)為臨床醫(yī)生提供手術(shù)后最佳曲率數(shù)據(jù)：這些信息有助于闡明桿和螺釘放置對(duì)鄰近區(qū)域的影響。

Stryker正在利用去年冬天收購(gòu)Orthosensor的智能植入技術(shù)及其RecoveryCOACH應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)。

Todd說(shuō)：“我們看到了一些有趣的趨勢(shì)，包括對(duì)整個(gè)患者的治療，包括術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后計(jì)劃的管理?！薄傲私饣颊呱钪锌赡苡绊懣祻?fù)的所有因素是關(guān)鍵。Stryker使用名為RecoveryCOACH的應(yīng)用程序，為外科醫(yī)生及其團(tuán)隊(duì)提供患者信息，如健康和家庭環(huán)境，以及可能影響手術(shù)前后康復(fù)的其他因素。我們現(xiàn)在看到，患者管理的范圍在手術(shù)前擴(kuò)大，并通過(guò)物理治療延伸到手術(shù)后?！?/p>

07

“動(dòng)力”是機(jī)器人的關(guān)鍵

——最后看看電機(jī)發(fā)展

骨科機(jī)器人協(xié)調(diào)所有手術(shù)控制裝置、機(jī)械臂、攝像頭和儀器的運(yùn)動(dòng)和反饋，以提供更小的切口、精確的植入物定位和最小的骨骼切割（如果可能）。

然而，如果沒(méi)有這些機(jī)器人平臺(tái)內(nèi)的電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，這樣的結(jié)果即使不是不可能，也是很困難的。雖然手術(shù)機(jī)器人內(nèi)部有各種各樣的電機(jī)，但大多數(shù)系統(tǒng)都包含大功率、高精度的直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

機(jī)器人解決方案的精度和可操作性不斷提高，提高了機(jī)器內(nèi)部成品零件的門檻。位于密歇根州奧本山的自動(dòng)化技術(shù)供應(yīng)商Acme Manufacturing的高級(jí)機(jī)器人自動(dòng)化負(fù)責(zé)人Dave Marinkovski指出：“新技術(shù)使零件更接近成品，需要減少精加工過(guò)程?！?/p>

不出所料，機(jī)器人電機(jī)創(chuàng)新最重要的驅(qū)動(dòng)力之一是微型化。較小的工具和機(jī)器人（比如Smith+Nephew的NAVIO和CORI手持系統(tǒng)）需要較小的電機(jī)和更高的輸出功率。

Faulhaber Micromo LLC的控制系統(tǒng)總監(jiān)John Chandler解釋說(shuō)：“推進(jìn)骨科手術(shù)治療的主要技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素之一是手術(shù)工具和末端執(zhí)行器中使用的電機(jī)技術(shù)的小型化?！盕aulhaber Micromo LLC是高精度、高性能定制微動(dòng)系統(tǒng)解決方案的供應(yīng)商。

“考慮到更小的電機(jī)，設(shè)計(jì)工程師能夠生產(chǎn)出更符合人體工程學(xué)的手術(shù)工具，減少外科醫(yī)生的疲勞?；蛘撸绻ぞ呋蚰┒藞?zhí)行器是由機(jī)器人控制的，那么更小的工具尺寸和重量隨后會(huì)減少支撐它所需的所有機(jī)器人結(jié)構(gòu)元件的尺寸、質(zhì)量和成本。簡(jiǎn)單地說(shuō)，無(wú)論是手持的還是便攜式的或者通過(guò)機(jī)器人控制，在手術(shù)工具或末端執(zhí)行器中安裝一個(gè)小而強(qiáng)大的電機(jī)是值得的?！?/p>

瑞士高精度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)制造商和供應(yīng)商maxon的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理彼得·范·比克（Peter van Beek）說(shuō)：“一直以來(lái)，人們都在努力使產(chǎn)品體積更小，電池壽命更長(zhǎng)，并且更能承受多步清洗過(guò)程，包括高壓滅菌?！?/p>

其電機(jī)用于主動(dòng)植入物、胰島素泵、外科機(jī)器人、電動(dòng)工具、呼吸器、呼吸機(jī)和假肢。“從歷史上看，在我在maxon工作的30年里，直徑為1英寸的電機(jī)所能輸出的扭矩現(xiàn)在由直徑0.5英寸的電機(jī)提供。對(duì)于同樣大小的體積，功率輸出（速度X扭矩）幾乎翻了一番?！?/p>

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