基于机器人系统辅助的膝关节置换术综述

吴江天 胡鑫阳

【摘 要】本文介绍机器人系统的分类及操作流程，最终分析出其优势。

【关键词】机器人系统;膝关节置换术;常规手术

机器人系统的分类

机器人系统可分为三大类型：被动型系统，半自动型系统或全自动型系统。⑴被动型系统：医生手动输入患者膝关节各方位的数据，机器人系统返回医生所需要的信息，例如截骨夹角和骨线解剖轴的准确性，医生具有是否采纳信息的决策权。[1]⑵半自动型系统：此类型机器人具备手术安全防御机制，通过视觉的文字信号，听觉的声音信号，触觉的振动信号共同组成触觉反馈。[2]在手术中，系统会测量空间的x轴、y轴和z轴的大小，并将截骨量限制在类似于“安全阀”范围内。[3]⑶全自动型系统：无需操控机械臂，机器人单独操作手术全部流程。

机器人系统在手术中的操作流程

（1）术前膝关节CT扫描[4]：采取膝位仰，令患者仰卧伸膝，CT扫描时射线与膝关节面的机械轴线夹角呈90度，确定解剖轴。（2）术前虚拟植入假体[5-6]：引入MRI扫描更深层细微的软组织，例如髌腱、半月板、侧副韧带、滑膜等。结合CT扫描图像的骨性结构，将上诉数据导入3D模型重构应用程序，测量各个部位的尺寸，利用导航系统测量矢状位，冠状位及旋转对线的精确位置。根据关联数据制作虚拟的个性化假体模型，将其导入至Mimics应用程序中进行虚拟植入。

（3）术中截骨[7]：根据术前向机器人系统预设的方案和数据，由系统全自动操控机器臂，实时规划移动方位，向手术的部位进行亚毫米级精确度的3D截骨。（4）借助机械臂将假体植入患者膝关节内。

机器人系统操作手术的优势

（1）提高手术的精确性：MAKO机器人在测量假体力线时比常规测量方法的精确度高。[8]Hampp等[9]研究发现，机器人系统对膝关节各个位面的定位更趋近于医生的预设值。HyBAR[10]是混聯结构的固位机器人。在手术时，只需固定在患者的肢体上，确保数值浮动率滑向平稳的范畴，提高手术的精确值。⑵加强对软组织的防护：Babar Kayan等[11]研究发现，运用常规和机器人系统的方法对30例膝关节骨关节炎的患者分为两组实施手术，运用MASTI分类系统对两组患者的软骨组织损伤度进行评级，观察两组患者的发炎症状，结果是机器人系统手术对胫骨和股骨的损伤程度明显优于常规手术。Kayani等[12]将30组实施常规方法的TKA与30组实施机器人系统辅助TKA的软骨组织损伤度进行数据化分析，论证出机器人系统对关节损伤度更低。

参考文献：

[1]Lang JE，Mannava S，Floyd AJ，et al. Robotic systems in orthopaedic surgery[J].J Bone Joint Surg Br，2011，93（10）：1296-1299. DOI：10.1302/0301-620X.93B10.27418.

[2]Lang JE，Mannava S，Floyd AJ，et al. Robotic systems in orthopaedic surgery [J] . J Bone Joint Surg Br，2011，93：1296.

[3]DaveySM，CravenMP，MeenanBJ，et al. Surgeon opinion on new technologies in orthopaedic surgery[J]. J Med Eng Technol，2011，35（3-4）：139-148. DOI：10.3109/03091902.2011.554596.

[4]孙振辉，刘军，张宇，等. CT扫描确定全膝关节置换股骨假体旋转力线的研究[J]. 临床骨科杂志，2009，05：501-503.

[5]孙长皎，杨凯，李慧敏，等.机器人系统在膝关节置换中的应用[J]中华医学杂志2018，98（21）：1726-1728.

[6]雷静桃，唐明瑶，王君臣，等. 机器人辅助膝关节置换术的术前规划研究综述[J]. 机械工程学报，2017，17：78-91.

[7]夏润之，童志成，张经纬，等. 国产“鸿鹄”膝关节置换手术机器人的早期临床研究[J]. 实用骨科杂志，2021，02：108-113+117.

[8]Lonner JH，John TK，Conditt MA. Robotic arm-assisted UKA im- proved tibial component alignment：a pilot study [J] .Clin Orthop Relat Res，2010，468（1）：141.

[9]Hampp EL，Chughtai M，Scholl LY，et al. Robotic-arm assisted total knee arthroplasty demonstrated greater accuracy and precision to plan compared with manual techniques [J]. J Knee Surg，2019，32（3）：239-250.

[10]Song s，Mor A，Jaramaz B. HyBAR：hybrid bone-attached robot for joint arthroplasty [J]. The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisteed Surgery，2009，5：223-231.

[11]Kayani B，Tahmassebi J，Ayuob A，et al. A prospective randomized controlled trial comparing the systemic -i nflammatory response in conventional jig-based total knee arthroplasty versus robotic-arm assisted total knee arthroplasty. Bone Joint J. 2021 Jan;103-B（1）：113-122. doi：10.1302/0301-620X.103B1.BJJ-2020-0602.R2. PMID：33380182.

[12]Khlopas A，Chughtai M，Hampp EL，et al. Robotic-arm assisted total knee arthroplasty demonstrated soft tissue protection[J]. Surg Technol Int，2017，30：441-446

（作者单位：山东协和学院）