THETA 种植牙手术机器人系统

看点

种植牙手术

DENTAL IMPLANT SURGERY

可视化导航

VISUAL NAVIGATION

精准医疗

PRECISION MEDICINE

THETA通过双模式多配置一体化设计，实现医院或诊所场景下的高效精准种植，且价格适中，促进口腔医疗普惠。该技术通过机器人和视觉定位实现种植牙手术的全程辅助，从术前规划、术中导航至术后评估，旨在降低手术对医生个人技艺的依赖，推动种植牙手术的普及。核心产品THETA创新性地将所有功能集成于一辆台车，采用对称设计支持双模式：一侧专注纯导航，另一侧结合机械臂实现导航，搭配CYPRESS软件，满足单颗、多颗、全口/半口及无牙颌种植需求。此外，THETA还提供（无机械臂）纯导航版本，作为基础型解决方案，帮助医疗机构逐步过渡至高科技种植牙手术，实现手术的高精度与高效率，同时保持操作灵活性与成本效益。本产品获得2024年中国设计智造大奖（DIA）金奖。

全球种植牙市场经历显著增长，中国年复合增长率达56%，全球超20%，技术创新为背后主要推手，特别是机器人辅助手术的兴起。随着人口老龄化与口腔健康意识提升，种植牙以其逼真度与功能性优势成为优选。机器人技术通过高精度导航和精细操作，大幅提升手术成功率与安全，缩短康复周期，拓宽市场接受范围，促进其由高端市场向大众普及的转变。

THETA结合了机器人与数字手术技术，实现高精度、安全、精细的手术操作。系统采用自主研发的导航定位算法，在配备机械臂的情况下，能够将整体系统精度控制在亚毫米级别。机械臂被设计为手术操作的辅助工具，其运动依赖于口腔医生的监督和干预。机械臂的运动控制系统能够感知病人颌骨的运动和医生手部对机械臂的控制力，结合规划种植体的位置，实时输出反馈力给医生，引导医生进行手术操作。系统软件支持三维图像引导手术操作，并应用了三维实时渲染技术，能够在短时间内处理大量的多模态数据，使高分辨率的患者颌骨和手术工具在毫秒级别内呈现出最新的图像。同时，系统逼真地模拟手术场景中的光照和材质效果，提供真实感和视觉舒适度。

成本与专业人才限制虽存，但机器人辅助技术通过标准化流程降低成本、提升效率，配合经济上行和保险政策调整，逐步消解障碍。未来，THETA将进一步推动种植牙技术的普及，惠及更多群体。随着技术迭代、教育深化和成本策略优化，种植牙将更广泛地贡献于社会健康与经济双重利益。

《设计》

蔡翀、傅恬

THETA主创设计师

《设计》：请简要阐释THETA 种植牙手术机器人系统的研发背景和意义。

蔡翀/傅恬：当前的中国种植牙市场存在很大的挑战和机遇，一方面是口腔种植牙资源的分布不均，表现在专家数量不足，医师水平不一，医疗设备缺乏，且主要资源多集中在大中城市；另一方面是主要市场2025年全年口腔种植需求达到了1210万颗。存在巨大的供需矛盾和分配不均的问题。我们希望通过THETA解决传统种植牙手术对医生技术要求高、操作难度大等问题，同时满足口腔医疗行业对精准性和效率的更高需求，为市场培育更多的种植牙医生，为患者提供更加精准的种植牙服务。

《设计》：THETA系统的自动控制技术采用了哪些先进的控制算法和策略？这些算法如何确保种植过程的精准性和安全性？对不同患者口腔情况的适应性和灵活性？如何确保在各种复杂情况下都能完成精准的种植手术？

蔡翀/傅恬：THETA系统在运动过程中融合了多种先进的控制算法与策略，确保种植手术的精准性与安全性。首先，系统依赖光学相机实时获取手术器械和患者的空间位置信息，通过导航定位算法充分利用这些数据，实现机械臂精准定位到手术规划方案中的指定位置。即使患者在手术过程中存在轻微的身体移动，THETA系统也能通过实时运动跟踪算法，动态调整机械臂的操作路径，确保下钻和种植过程始终保持高度的精准性。

此外，THETA 系统采用了半自动控制策略，强调医生的全程参与，既保留了传统手术操作的灵活性，又通过智能辅助技术提升了精准性。在种植深度控制方面，系统内置虚拟墙功能。当机械臂到达预设种植深度时，虚拟墙会触发反向作用力，阻止机械臂继续向下运动，从而有效避免种植过深的问题，保障患者安全。

针对不同患者的口腔情况，THETA 系统具备高度的适应性和灵活性。通过结合手术规划的个性化参数和实时反馈机制，系统能够在各种复杂的解剖条件下完成精准的种植操作。这种融合了精准定位、动态跟随和深度控制的综合技术，使THETA 系统能够胜任复杂多变的手术场景，为患者提供更高质量的治疗体验。

《设计》：在自动控制过程中，医生如何与机器人进行交互？系统如何根据医生的指令进行灵活调整？

蔡翀/傅恬：在手术准备阶段，医生通过全触屏显示器与THETA系统进行互动，使手术方案的查看和修改变得如同使用智能手机一样简单直接。我们的界面设计特别考虑到了触屏操作的需求，图标清晰、布局合理，方便医生快速上手，确保每位医生都能轻松定制最适合患者的手术计划。

进入手术实施阶段后，THETA 系统引入了一种独特的“半自动”模式，允许医生通过机械臂末端的两个按钮直接控制机械臂的动作：

1. 锁定方向按钮：当按下此按钮时，机械臂将被限定在一个特定的方向上移动，确保手术的安全性和精确度。这一功能对于避免碰撞患者口腔内的其他结构至关重要。

2. 自由移动/ 旋转按钮：另一个按钮则提供更大的灵活性，使医生可以随时调整机械臂的位置和角度，快速进出狭小的操作空间，如口腔内部。这种即时调整能力极大地提升了手术效率，尤其是在清醒状态下可能有微动反应的患者身上。

这两个按钮之间能够迅速切换状态，既保证了手术的安全性，又提供了必要的灵活性，完美适应口腔手术的特点——即空间有限且患者保持清醒状态。此外，这种由医生主导的“半自动”模式不仅增强了医生对手术过程的掌控感，还为患者带来了更好的心理安慰，因为他们感受到的是自己信任的医生在亲自执行手术，而不是完全依赖于机器。

THETA 的设计理念始终围绕着提高用户体验展开。通过将先进的自动控制技术与医生的实际需求紧密结合，我们不仅简化了手术流程，降低了学习曲线，还为医生和患者创造了更加舒适、高效的手术环境。这种以人为本的设计思路，正是THETA 能够在激烈的市场竞争中脱颖而出的关键所在。

《设计》：在工业设计方面，THETA系统有哪些独特之处？

蔡翀/傅恬：在口腔种植领域，THETA系统以其独特的工业设计脱颖而出，它不仅仅是一个医疗设备，更是设计理念、技术创新与用户需求紧密结合的成果。

1. 紧凑设计中的功能集成：THETA 采用了紧凑的一体化机身设计，这不仅是对空间利用的优化，更重要的是，它成功地将复杂的功能集成到一个易于操作的小型平台上。通过最小化的占地空间，实现了包括但不限于所有常见手术术式的覆盖，同时提供纯导航自由手和机械臂辅助两种模式的选择，为不同的临床情况提供了灵活性。这种设计体现了“小而精”的理念，即以有限的物理尺寸承载无限的功能可能性。

2. 用户体验驱动的设计哲学：THETA 的研发过程中，我们始终将用户体验置于首位。基于3 年时间里两代产品迭代和近千例临床测试的经验积累，我们不断调整和完善设计方案，确保每一个细节都符合实际应用的需求。从简明直观的软件界面到温和对称的外观造型，再到合理的内部空间布局，每一处设计都是为了简化工作流程，提高手术效率，降低学习曲线，让医生能够专注于治疗本身，而不是被设备所困扰。“精准种植简单做”的理念已经通过THETA 得到了完美的体现。

3. 美学与实用性的平衡：除了功能性之外，THETA还在美学上进行了深入探索。其设计灵感来源于现代主义的简约风格，追求形式与功能的和谐统一。流畅的线条、柔和的色彩搭配，以及人体工学的操作把手，既提升了产品的视觉吸引力，又增强了使用的舒适度。这样的设计不仅使THETA 成为手术室中的一道亮丽风景线，也反映了当代医疗器械设计的新趋势——兼顾美观与效能。

4. 可持续发展与市场适应性：THETA 系统还考虑到了未来的升级潜力和市场的适应性。模块化设计允许硬件和软件在未来进行便捷更新，保证了设备的长期价值。同时，随着口腔种植技术的发展，THETA 也能迅速响应新的挑战，保持其在行业内的领先地位。

THETA 系统凭借其紧凑高效的设计、以用户为中心的理念、美学上的精益求精以及面向未来的规划，在众多同类产品中独树一帜，为口腔种植领域带来了革命性的变化。

《设计》：如何看待当前口腔种植手术机器人的市场需求？THETA系统如何满足这些需求？

蔡翀/ 傅恬： 随着中国种植牙手术量的快速增加（2021年达到约187.3万台，并预计以21.81%的年复合增长率持续攀升至2026年的502.3万台，最终在2032年达到1，532.5万台），以及机器人辅助种植牙手术量的爆炸式增长（2021年为0.02万台，预计到2026年将增至6.16万台），在未来几年内，这一领域将迎来前所未有的市场扩张。此外，随着种植体集采政策的实施，种植体价格普遍下降，这将进一步刺激更多患者选择种植牙作为长期解决方案，而非传统的假牙。

面对如此庞大的市场需求，行业面临的主要挑战包括：医生短缺。种植牙手术是一项高度专业化的技能，培养一名合格的种植牙医生通常需要多年的时间和丰富的临床经验；手术精度要求高。种植牙手术对精度有极高的要求，微小的偏差都可能影响种植体的成功率和患者的长期健康；学习曲线陡峭。对于新进入该领域的医生来说，掌握种植牙技术是一个复杂且耗时的过程。

THETA 系统通过“精准种植简单做”的设计理念，融合高精度导航技术和实时监控功能，确保了手术的安全性和成功率；同时，它简化了操作流程，降低了医生的学习曲线，使新手能够快速掌握种植牙技术，有效应对行业内的医生短缺问题，并加速专业人才的培养。此外，系统的模块化设计支持便捷的硬件和软件更新，确保了THETA 在未来技术进步中始终保持先进性，满足不断发展的市场需求。

《设计》： 面对市场上其他同类产品的竞争，THETA有哪些独特的竞争优势？

蔡翀/傅恬：在竞争激烈的口腔种植手术机器人市场中，THETA系统通过一系列创新设计和技术突破，确立了其独特的竞争优势：

沉浸式操作体验与绝对手感：THETA 采用高精度机械臂，提供持臂稳定性和手动力学引导，确保医生的操作轨迹能够得到精确辅助，同时恒定的动力输出有效规避了手部微晃动对手术的影响。这种“臂随人动”的设计不仅增强了医生的主导权，还提升了手术的精准度。

模块化分操与人机协同：THETA 引入了手动引导按钮式设计，使医生能够在手持状态下掌握最优种植轨迹，并通过按钮激活植入步骤；结合脚踏控制，实现最佳的种植时机掌控。此外，360°全角度关节设计赋予机械臂高度灵活性，配合力传感传导（精度达0.6N，约等于一颗鸡蛋的重量）和力位耦合精控技术，确保了手术施力的精准性和亚毫米级的深度控制，实现了真正的多维度、高自由度的人机协同工作。

多层次安全保障机制：THETA 配备了多级保障措施，包括软件自动提示和听觉警报，让医生随时了解设备状态；临近预规划界值时自动限制深度（0.1mm 安全限制），保证无忧操作；更值得一提的是，内置UPS 续航功能可以在突发停电情况下保证机器人持续运行十分钟，为手术提供额外的安全屏障。

用户友好的触屏操控界面：THETA 摒弃传统鼠标操作，采用全触屏操控方式，支持直观的手指触控操作，简化了用户界面，降低了学习曲线，提高了工作效率，使得医生可以更加专注于手术本身。

面向未来的模块化设计：系统的模块化架构不仅支持硬件和软件的便捷更新，还确保了THETA 在未来技术进步中始终保持先进性，满足不断发展的市场需求。

《设计》：对于THETA系统的未来发展，团队有哪些规划和展望？未来将向哪个方向迭代？

蔡翀/傅恬：我们将始终坚持打造一台小型、精致的设备，确保THETA系统在便携性与高效性之间达到最佳平衡。在未来的发展中，我们不仅希望THETA能够胜任普通种植手术，还将重点突破复杂种植手术的应用场景，例如上颌窦提升、骨增量等，让THETA在更多高难度手术中提供精准辅助。

此外，我们的目标不仅局限于种植领域。未来，THETA 系统将逐步向修复、正畸，以及颌面外科等方向拓展，覆盖更多适应证，成为一款多功能、全方位的手术机器人平台，为口腔医疗领域带来更全面的技术支持与创新解决方案。