中国报告大厅网讯，近年来，人工智能、导航辅助、机器人等技术逐渐成为外科学领域的前沿热点，正不断重塑外科手术的传统模式。以达芬奇手术机器人为例，自 2000 年通过美国食品和药物管理局审批后，凭借精准操作与微创优势广泛应用，如今已成为各大三甲综合性医院的标配，在普外科、泌尿外科、妇科、胸外科等领域成效显著。不过，达芬奇手术机器人在骨科领域应用较少，为此国内外纷纷研发各类人工智能骨科机器人及导航辅助系统，为骨科脊柱、关节及创伤手术的精准化、微创化发展提供有力支撑。

  一、智能机器人在骨科领域的发展历史

  中国报告大厅《2025-2030年中国智能机器人产业运行态势及投资规划深度研究报告》指出，智能机器人在骨科领域的发展可追溯至 1992 年，美国约翰霍普金斯大学开发出世界上第一台用于骨科手术的机器人 PROBOT，成为人工智能骨科机器人技术的重要起点。5 年后，第一台量产化的手术机器人 ROBODOC 在日本上市，进一步推动了智能机器人在骨科领域的发展进程。2004 年，第一台脊柱专用机器人 SpineAssist 成功获得 FDA 批准，这一突破为脊柱手术的精准化治疗奠定了重要基础。2011 年，美敦力公司推出 Mazor 脊柱损伤机器人辅助系统，该系统引入导航功能，能帮助外科医生实现更精准操作，成为导航领域的重要里程碑。2020 年后，随着人工智能、深度学习和导航系统的高速发展，多种类型的智能机器人相继问世，促使骨科手术正式迈入超精准、超微创的新时代。

  在我国，智能机器人及导航系统在骨科领域的研究起步较晚，但发展速度迅猛，尤其近 5 年取得了长足进步。目前，国内已进入临床使用的人工智能骨科机器人包括 “天玑” 机器人、“鸿鹄” 机器人、“铸正佐航 - 300” 机器人、“鑫君特 ORTHBOT” 机器人。其中，“天玑” 系统知名度最高、应用最广泛，当前已发展到 “天玑三代” 人工智能骨科机器人全功能平台系统。

  二、智能机器人在骨科不同领域的优势及应用现状

  (一)智能机器人在脊柱外科的优势及应用现状

  2004 年，第一台脊柱外科专用骨科机器人 SpineAssist 在北美进入临床使用，后续 Mazor 脊柱机器人的出现，将脊柱外科精准化手术治疗提升到新高度。当前，智能机器人在脊柱外科领域的主要应用方向是辅助手术医生置入椎弓根螺钉。椎弓根螺钉置入术作为脊柱外科的基础术式，通过椎弓根将螺钉精准置入椎体，为脊柱固定和融合提供坚强支撑，是治疗各类脊柱疾病的重要手段。

  传统徒手置钉存在明显不足，需要剥离暴露较大范围的软组织，对肌肉、筋膜损伤较重，术中出血量较多;同时，为确保螺钉不偏内(避免进入椎管影响脊髓神经)或不偏外(保证对椎体有足够把持力)，需术中反复进行正位及侧位透视。数据显示，徒手置入椎弓根螺钉引发并发症的发生率为 4.2%~7.8%;且初次置钉失败后重新置钉，往往会降低螺钉对椎体的把持力，易导致螺钉松动或切出，还会延长手术时间、增加术中出血量。此外，针对畸形脊柱(如侧弯、旋转、后凸等)、强直性脊柱炎、脊柱肿瘤、上颈椎等疾病，徒手置入椎弓根螺钉的难度和风险通常更高。

  智能机器人在椎弓根螺钉置入方面具备独特优势。各类智能机器人和导航系统的配置及原理相近，包含精确定位机器人、3D 手术规划系统、手术导航系统及机械操作臂。手术流程如下：术前安放患者手术体位后，先安装路径定位器进行初始定位;将患者 CT 资料输入 3D 手术规划系统，图像经 3D 处理后即时传入智能机器人手术规划系统;联动手术导航系统进行双圆环同心定位，确定皮肤小切口，经有限切口及少量软组织剥离后，在机械臂辅助下打入椎弓根螺钉导针;最后进行透视验证，确保导针位置方向精准无误，即可通过皮肤微创切口置入椎弓根螺钉。

  与传统开放手术徒手置钉相比，智能机器人介导下的微创手术能避免椎旁肌的广泛剥离与损伤，有效保护软组织，实现精准置钉，保证螺钉的方向、角度及深度，避免对脊髓神经造成不可逆损伤。尤其针对长节段、存在严重侧弯、旋转、后凸等脊柱畸形的困难置钉患者，智能机器人可大幅提高手术准确性和安全性，同时缩短置钉手术时间、减少术中出血。相关研究表明，在智能机器人辅助下进行手术，时间可平均缩短 20 分钟，术中出血量减少 100 毫升;对比天玑机器人与传统透视辅助经皮椎弓根钉内固定术治疗单节段胸腰椎骨折的效果，使用智能机器人能显著减少术中透视次数，两组分别为(6.05±0.84)次和(12.35±1.09)次，且在疗效相当的情况下，智能机器人可提高置钉准确率。

  (二)智能机器人在关节外科的优势及应用现状

  关节外科，尤其是膝关节外科，是目前智能机器人应用最广泛的领域。关节置换术作为终末期骨关节病的主要治疗方法，能有效缓解关节疼痛、改善关节活动功能。但数据显示，当前有 8% 的全髋关节置换(THA)及 20% 的全膝关节置换(TKA)手术疗效欠佳，这与术中下肢力线矫正、截骨方向角度及厚度、软组织松解、韧带平衡等因素密切相关。而智能机器人的出现，能提高关节置换手术的精准性与统一性，尤其在膝关节置换领域，可实现术前个性化规划、术中精准定位截骨以及准确选择和放置假体。

  目前，我国常用的膝关节置换智能机器人主要有 4 种，分别是 Mako 手术机器人、鸿鹄关节置换手术机器人、骨圣元化关节置换手术机器人、HURWA 关节置换手术机器人，它们均属于基于 CT 影像学数据的手术机器人系统。其手术操作流程为：术前将患肢 CT 及三维重建数据导入智能机器人，在构建成功的三维模型上选择解剖标志点和配准点后，系统形成初步术前规划;术者术前对患者信息、计划使用的假体、力线和截骨方案进行确认和初步调整。麻醉后做常规膝关节正中切口，经股直肌与髌旁内侧入路暴露膝关节，清除炎性滑膜、病损半月板及交叉韧带;安装股骨示踪器及经过示踪器，完成股骨侧及胫骨侧的测量注册;咬除胫骨平台及股骨髁侧骨赘;参考术前规划并结合术中实际情况，进行股骨侧及胫骨侧的截骨，同时观察机器人实时显示的关节间隙及下肢力线，进行相应微调及软组织松解平衡。调整满意后，安放假体试模，检查屈伸间隙是否平衡、下肢力线、患肢伸直状态及髌骨轨迹是否符合要求，测试并观察智能机器人上显示的下肢力线、膝关节内外翻角度，数值满意后取出试模，拆除示踪器，最终安装股骨及胫骨侧假体和垫片。

  当前，国内外已广泛开展智能机器人辅助下的关节置换手术，且有大量相关研究。对比是否使用智能机器人辅助膝关节置换的效果发现，智能机器人辅助下 TKA 患肢的平均膝关节屈曲度更大，分别为 104.1° 和 93.3°，美国膝关节协会评分(KSS)及患肢满意度也更高。分析智能机器人辅助下膝关节置换术后并发症可知，与传统 TKA 手术相比，智能机器人组在术后感染、下肢深静脉血栓、假体松动等并发症方面未显著增加。对智能机器人辅助膝关节置换手术时长的研究显示，初始开展智能机器人辅助下 TKA 手术的时间长于传统 TKA 组，但随着术者熟练度提升和操作经验积累，手术时间会明显缩短。智能机器人辅助 TKA 的平均学习曲线为 15 例，之后平均手术时间为 100 分钟，虽稍长于传统 TKA 手术的 85 分钟，但术中出血量无明显增加。

  (三)智能机器人在创伤骨科的优势及应用现状

  智能机器人在创伤骨科，尤其是最高难度的骨盆骨折手术治疗中，实现了跨时代突破，让骨盆骨折微创治疗成为可能，为创伤骨科微创化、精准化治疗提供了有力支持与保障。目前，智能机器人，特别是 “天玑” 系统，结合三维 C 臂或 O 臂机，已广泛应用于创伤骨科，可辅助开展股骨颈骨折闭合复位空心钉置入术、跟骨骨折闭合复位空心钉置入术等手术。相关研究分析天玑机器人辅助空心螺纹钉治疗股骨颈骨折的效果发现，使用智能机器人能减少术中透视次数，两组分别为(14.00±3.43)次和(19.30±2.70)次;缩短骨折愈合时间，两组分别为 6.4 月和 6.9 月;同时减轻患者术后短期疼痛，加快髋关节早期康复进程。

  在骨盆骨折微创手术治疗中，智能机器人的优势更为突出。骨盆骨折多由高能量暴力导致，骨折类型多、解剖部位深且复杂，损伤周围常伴随丰富的血管神经丛，致死率和致残率较高，常规手术治疗难度大、风险高。随着智能机器人、导航系统及一系列辅助复位工具的不断发展，骨盆骨折治疗逐渐向微创手术、精准手术方向迈进。对于单纯的耻骨上支骨折，目前无需采用下腹部改良骨盆内(Stoppa)入路进行暴露、复位及固定，可通过术前透视并对图像进行三维处理，连接示踪器规划手术固定方案，明确螺钉固定的角度、方向及长度;同时结合机械臂进行体表定位，仅需 1 厘米的切口，就能置入通道螺钉固定骨盆损伤中的耻骨上支。在螺钉置入过程中，还能全程可视化观察螺钉置入路径，验证其角度和方向的准确性，实现精准化治疗。

  对比是否采用智能机器人治疗骨盆骨折的效果发现，借助智能机器人及导航系统辅助，可大幅降低传统 Stoppa 入路手术可能出现的膀胱损伤、术中静脉丛损伤及大出血等风险，术中平均出血量从 320mL 减少至 20mL，平均手术时间也缩短近 40 分钟。对于骶骨骨折及骶髂关节损伤分离不稳定的患者，依靠智能机器人及导航系统辅助，通过术前规划和术中验证，也能实现完全可视化置入骶髂螺钉。相关研究显示，使用智能机器人及导航系统微创手术治疗骶骨骨折及骶髂关节分离患者，能降低损伤骶丛神经血管的风险，两组风险分别为 4% 和 12%;同时减少透视次数，两组分别为 9 次和 21 次;缩短手术时间，两组分别为 42min 和 76min;还能减少术中反复穿刺导针造成的软组织损伤。

  三、智能机器人在骨科领域的改良方向与未来发展

  借助智能机器人及导航系统的辅助，脊柱、关节及创伤骨科手术在微创化、精准化方面已取得显著进步，但在设计原理、辅助术前规划、引导术中操作、辅助手术进行、验证内植物及参数等方面，仍存在较大改良空间。

  (一)脊柱外科领域智能机器人的改良与发展

  当前，脊柱外科常用的智能机器人仅在椎弓根螺钉置入、椎体成形术中穿刺导针置入方面为术者提供指导和帮助，而在更重要的神经减压及椎间融合器置入操作步骤中作用有限。未来，脊柱领域智能机器人的发展应聚焦这一短板，通过人工智能及大数据分析患者术前核磁共振、CT 及肌电图等资料，制定完善的手术方案供术者参考;辅助术者开展神经减压操作，尤其针对可能出现的硬膜、脊髓医源性损伤，在术中提供警示提醒;对于椎间融合器置入，术前可通过影像学分析确定最适合的融合器尺寸，术中规划融合器打入深度，进一步提升脊柱手术的精准性和安全性。

  (二)关节外科领域智能机器人的改良与发展

  目前，关节外科常用的智能机器人主要应用于全膝关节置换的截骨操作，对复杂先天性髋关节发育不良(DDH)患者的全髋关节置换、单髁关节置换、肩关节及反式肩关节置换、肘关节置换、踝关节置换等手术的辅助作用有限。未来，关节领域智能机器人的发展和改良需重点突破这些局限。例如，针对 CroweIV 型 DDH 患者，手术难点在于髋臼假体放置位置、股骨侧松解和截骨下拉长度，智能机器人可通过分析术前影像学资料，模拟出理论上最合适的髋臼及股骨假体位置，与术者设计的术前规划对比，制定出实际精准的手术方案;同时在术中借助机械臂及导航系统辅助髋臼深度及角度的打磨，辅助股骨侧精准截骨。

  对于近年来广泛关注的单髁关节置换手术，智能机器人可通过人工智能及大数据对患者个体情况进行分析，判断患者是否适合单髁置换手术，或比较单髁置换、胫骨高位截骨、全膝关节置换哪种手术更能让患者获益。针对手术量呈几何倍数增长的反式肩关节置换术，智能机器人可开发相应指导模块，辅助术者进行关节盂、肱骨头侧的预处理及后续假体安置。总体而言，未来关节领域智能机器人的发展应涵盖手术适应证分析把控、术前合理规划、术中操作精准引导、合适假体选择等重要功能，同时实现髋、膝、肩、肘、踝关节等重要部位的系统整合，扩大应用范围。

  (三)创伤骨科领域智能机器人的改良与发展

  当前，智能机器人已能辅助创伤骨科实现内固定物的精准、微创置入，但在智能复位机器人研究方面仍处于起步阶段。未来，创伤骨科领域智能机器人的发展趋势是改良复位模块，从损伤机制和骨折移位角度、方向进行深度分析，结合一系列复位工具辅助，实现闭合复位或有限切开复位，进一步推动创伤骨科微创化、精准化治疗发展。

  目前，已有相关技术探索为创伤领域智能机器人发展奠定基础，例如骨盆复位架结合创伤骨科机器人，通过高精度光学定位追踪技术，基于计算机自动规划，在屏幕上实时显示三维骨骼位置及形态，借助可视化位移数字监测完成复位和固定，为骨盆骨折复位及固定开辟新路径。相关实践显示，采用骨盆复位架结合创伤骨科机器人治疗 TileC1 型骨盆骨折，术中复位透视次数明显少于徒手置钉，两组分别为(4.38±1.33)次和(50.69±12.48)次;复位时间也更短，两组分别为(39.77±11.22)min 和(67.46±16.67)min，且具备复位精度高、创伤小、置钉准确、术中出血量少、透视次数少等优点，为创伤领域智能机器人的未来发展提供了良好基础。

  四、智能机器人在骨科领域的应用展望与全篇总结

  当前，智能机器人及导航辅助系统在骨科脊柱、关节和创伤手术的临床应用中已具备一定基础。在先进理念推动和行业人员的共同努力下，未来智能机器人在骨科领域必将实现更快更好的发展;与此同时，骨科医生也需持续保持学习态度，不断提升操作技能、积累实践经验，以更好地适应智能机器人的发展与应用，为患者提供更优质的医疗服务。

  综合来看，智能机器人在骨科领域的发展历经多年沉淀，从早期的技术探索到如今的临床广泛应用，已在脊柱、关节、创伤等多个骨科细分领域展现出显著优势。在脊柱外科，智能机器人有效解决了传统徒手置钉的高风险、高损伤问题，提高了椎弓根螺钉置入的精准性和安全性;在关节外科，其助力提升关节置换手术的效果与统一性，改善患者术后恢复情况;在创伤骨科，特别是骨盆骨折治疗中，实现了微创化突破，降低手术风险与创伤。未来，随着智能机器人在设计、功能等方面的不断改良与完善，其在骨科领域的应用将更加全面、深入，进一步推动骨科手术向更精准、更微创、更安全的方向发展，为骨科医疗事业进步注入强大动力。