大厂骨科机器人最新进展：史赛克、美敦力、施乐辉、强生、捷迈邦美

文章来源：思宇MedTech

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丹尼斯住在美国佛罗里达州，几周后，他就要更换髋关节了。

他听说机器人手术能够将恢复时间减半。

实际上，这是住在罗德岛州的他妻子的前夫说的。那家伙接受了机器人髋关节置换手术，说是比传统手术好很多。妻子研究了一下，约到了他们所在地区的一位合格的机器人关节置换外科医生罗纳德。会诊后发现，罗纳德竟认识两千公里外给他妻子前夫更换髋关节的医生罗伯特。

这世界真小。

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史赛克Stryker公司的Mako

2013年，Stryker史赛克公司以16.5亿美元收购了手术机器人公司Mako Surgical，比竞争对手更早进入了手术机器人领域。该平台用于全膝关节置换、部分膝关节置换和全髋关节置换。

但Mako最初的推出速度很慢，因为潜在客户和外科医生不愿意接受这项技术。Stryker公司CEO Kevin Lobo记得，收购Mako当时受到了如此严厉的批评，甚至连公司最忠诚的客户都对其提出了质疑。他们说“我们不需要这个产品”，但我总是回答，“这些植入物现在都很好。但问题不是植入物，而是膝盖的平衡程度以及我们破坏了多少软组织。如果我们能做一个侵入性较小的手术，外科医生可以通过3D规划获得更多信息，让手术更个性化，结果会更好。”

对于Lobo来说，这是一场明智的赌博：Mako系统让外科医生能够灵活地定制大型关节植入物，并确保精确的对齐和放置，所有这些都会带来更安全的手术和改善患者预后。

Mako的多种益处已在众多临床研究中得到证实。数据表明，与传统（手动）手术相比，Mako部分膝关节和全膝关节手术具有术后疼痛评分更低、住院时间更短、物理治疗更少和患者满意度更高的优点。试验结果也证明了机器人相对于人类的优越性：与手动植入物相比，机器人辅助的全膝关节置换术在规划胫骨组件对齐方面的精度通常高出47%，在规划胫骨坡度方面的精度高出59%，在规划股骨组件旋转方面的精度高出36%。

“在比较导航式全膝关节修复和机器人辅助全膝关节的临床研究中，我们发现机器人辅助全膝关节显著改善了术后疼痛，减少了对阿片类镇痛剂的需求，并缩短了住院时间，”Stryker机器人副总裁兼总经理Erik Todd说。“研究还表明，与传统的全膝关节应用相比，机器人辅助全膝关节患者在四到六周和六个月的随访中的行走和站立评分显示，他们的功能活动有更大的改善。”

2015年3月，美国食品和药物管理局（FDA）批准了Mako Total Hip的相关证明。研究发现，Mako比手动全髋关节置换术更能准确地将髋关节组件放置在平面上，并通过使用较小的髋臼杯来保存骨骼。

与手动技术相比，Mako等机器人辅助技术允许外科医生以更高的精度、灵活性和控制力进行关节置换。其中许多解决方案使用CT扫描来创建计算机化的3D解剖模型，最终确定角度、旋转、软组织和骨骼的精确测量值，以便精确放置部件。在手术过程中，机械臂根据术前计划将骨骼切割方向控制在几分之一毫米。

与目前市场上的一些解决方案一样，Stryker的Mako系统使用计算机断层扫描来创建术前手术计划模型。但Mako也通过其AccuStop触觉技术将自己与竞争对手区分开来，该技术将骨骼切除限制在预定义的、预先计算的区域。Mako的机械臂会产生阻力，发出声音警告，如果切割工具超出了手术前计划的界限，机械臂最终会停止。

据报道，除了AccuStop触觉技术外，Mako还是唯一一个可以用锯子切割、用毛刺去除毛刺、用铰刀铰孔的机器人骨骼切除系统。

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美敦力Medtronic公司的Mazor

美敦力公司的Mazor X机器人也具有术前规划功能，能够处理来自标准C形臂的二维透视投影，并将其转换为三维立体图像。但Mazor X还配备了一个导航系统，用于在手术过程中跟踪手术器械。据该公司称，S8隐身站包括用于跟踪工具位置的3D摄像机和电磁传感器、用于处理数据的相关跟踪算法和软件，以及合并来自不同成像源的数据以便于引导的能力。

此外，Mazor还使用Midas Rex MR8电动高速钻系统来提高轨迹精度，这从创建先导孔开始。美敦力设计了钻头的附件和解剖工具，以在高达75000转/分的速度下精确钻孔。Midas Rex MR8与StealthStation S8系统集成，可用于脊柱、颅骨、耳鼻喉科和其他外科手术。

2018年，美敦力以17亿美元收购了以色列的手术机器人公司Mazor Robotics，从而获得了Mazor X手术平台。该系统已在加拿大、欧洲和美国获准进行脊柱手术。

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施乐辉Smith+Nephew公司的CORI

施乐辉Smith+Nephew也进入了机器人市场，通过2015年底以2.75亿美元收购Blue Belt Holdings Inc.获得了NAVIO手术系统。NAVIO的手持式机器人辅助膝关节手术方法是该行业独有的（尽管史赛克的Lobo不认同此说法），因为它比具有机械臂平台小得多，成本也更低。

NAVIO延伸到其术前规划计划和植入物对齐能力。该系统通过先进的计算机软件绘制病变骨和软骨的表面，无需CT扫描和髓间棒。

在收购NAVIO技术后的六年里，施乐辉通过CORI增强了其机器人技术平台。CORI是下一代解决方案，其切割量是其前任的两倍，相机速度是前者的四倍。CORI还整合了该公司用于术前规划、手术和术后评估的智能软件。RI.INSIGHTS使外科医生能够在全球范围内对用户的机器人操作体验进行基准测试，以优化手术计划并改进患者报告的结果测量。

RI.INSIGHTS通过一个安全网站收集匿名的术中细节，并提供外科医生病例数据，可以通过独立的术后患者结果进行审查，从而允许外科医生从机器人辅助的手术中获得并随时应用见解。

CORI平台于2020年2月获得FDA 510（k）批准，可用于单室和全膝关节置换术，并在2022年早些时候扩大了全髋关节置换术的适应症。此外，还计划进行更多的注册申请。

“对于施乐辉来说，真正的智能生态系统是一个游戏规则的改变者，”位于凤凰城的骨科研究所的髋关节和膝关节专家、医学博士Jimmy Chow去年秋天说。“作为一名外科医生，我获得了个性化的体验，这给了我信心。我正在进行最精确、最高效的手术……你还能要求什么呢？矫形外科领域正在成为一个技术领域，这套旨在协同工作的术前、术中和术后解决方案真的非常出色。”

该行业的技术变革正在机器人中催生一场数字革命，让它们具备大数据能力、人工智能驱动的解剖分类和预测分析能力，以及远程护理管理能力。

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强生J&J公司的VELYS

强生公司的VELYS机器人得到了VELYS数字手术平台的支持，该平台是一系列旨在改善患者护理的数字工具和数据洞察。该平台的各种功能包括VELYS Insights和ONETRIAL Analysis。前者是一个集成的支持解决方案，将护理团队与实时的、特定于患者的数据连接起来，以帮助在矫形手术前后为决策提供信息。VELYS Insights包括两项关键功能：帮助改善病例管理的护理协调、手术准备和工作流程效率；以及患者路径管理，旨在帮助护理团队在膝关节、髋关节或肩关节置换手术期间使用患者路径移动应用程序对患者进行教育、支持、沟通和远程监控。

除了前路髋关节置换技术的现有功能外，ONETRIAL分析功能还可以为侧位患者提供术中数据驱动的决策。

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捷迈邦美Zimmer Biomet公司的ROSA

捷迈邦美Zimmer Biomet通过其ZBEdge Connected Intelligence Suite和mymobility应用程序连接关节置换患者和护理者。ZBEdge旨在增强患者和提供者的关节置换手术，包括先进的手术机器人（ROSA，获准进行全膝和部分膝关节置换、全髋关节置换、神经和脊柱手术）、以患者为中心的数字应用程序和数据分析软件。

ZEdge套件中包括OrthoIntel骨科智能平台，该平台分析患者数据，并将其与mymobility参与者全球网络的输入进行比较，这些参与者具有相似的解剖结构和/或人口统计学特征。这些信息有助于外科医生更好地了解患者的典型进展，以便他们能够将这些见解应用于当前的关节置换候选者。

ZBEdge的最新功能之一是Persona IQ，它将Zimmer Biomet的Persona膝盖植入物与Canary Medical专有的胫骨伸展传感器技术相结合，用于测量和确定运动范围、步数、步行速度和其他步态指标。一旦植入，该设备将记录并无线传输数据，允许外科医生评估术后恢复进度。

该公司的mymobility应用程序利用Apple Watch和iPhone传感器测量患者活动和术后进展。收集的术前和术后数据与接受ROSA关节置换术的患者的术中统计数据相结合。这些数据由OrthoIntel骨科智能平台进行整合和分析，以获得新的临床见解。

Zimmer Biomet全球机器人技术及技术与数据解决方案总裁Liane Teplitsky说，“将手术治疗与患者术后恢复联系起来的数据代表了一个令人兴奋的机会，可以研究机器人手术系统如何改善患者的预后。”

“来自ROSA和mymobility的数据最近发表在《矫形外科学报》上。作者观察到，在术后第六周，屈膝内侧松弛度小于1mm的患者的步数明显减少，但作为紧绷度的函数，KOOS JR评分没有差异（p>0.05）。随着该数据集的不断成熟，我们很高兴它有可能为外科医生和护理团队用客观数据增强临床决策提供新的思路。”

“机器人手术系统是创建一个由数据提供的骨科护理综合视图的一个组成部分，”她继续说。“机器人系统设计用于根据患者独特的解剖结构将植入物精确定位在精确位置。这是一个信息宝库，将术中数据与术后恢复指标联系起来的能力越来越重要。”

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手术机器人与AI结合

Medtronic从Medicrea（于2020年11月以2.43亿美元购买）获得人工智能驱动的手术规划和预测建模工具，利用这些工具来获取这一数据宝库。这家法国公司的6000个3D图像存储库为临床医生提供手术后最佳曲率数据：这些信息有助于阐明杆和螺钉放置对邻近区域的影响。

Stryker正在利用去年冬天收购Orthosensor的智能植入技术及其RecoveryCOACH应用程序开发大数据存储库。

Todd说：“我们看到了一些有趣的趋势，包括对整个患者的治疗，包括术前、术中和术后计划的管理。”“了解患者生活中可能影响康复的所有因素是关键。Stryker使用名为RecoveryCOACH的应用程序，为外科医生及其团队提供患者信息，如健康和家庭环境，以及可能影响手术前后康复的其他因素。我们现在看到，患者管理的范围在手术前扩大，并通过物理治疗延伸到手术后。”

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“动力”是机器人的关键

——最后看看电机发展

骨科机器人协调所有手术控制装置、机械臂、摄像头和仪器的运动和反馈，以提供更小的切口、精确的植入物定位和最小的骨骼切割（如果可能）。

然而，如果没有这些机器人平台内的电机和运动控制技术，这样的结果即使不是不可能，也是很困难的。虽然手术机器人内部有各种各样的电机，但大多数系统都包含大功率、高精度的直接驱动电机。

机器人解决方案的精度和可操作性不断提高，提高了机器内部成品零件的门槛。位于密歇根州奥本山的自动化技术供应商Acme Manufacturing的高级机器人自动化负责人Dave Marinkovski指出：“新技术使零件更接近成品，需要减少精加工过程。”

不出所料，机器人电机创新最重要的驱动力之一是微型化。较小的工具和机器人（比如Smith+Nephew的NAVIO和CORI手持系统）需要较小的电机和更高的输出功率。

Faulhaber Micromo LLC的控制系统总监John Chandler解释说：“推进骨科手术治疗的主要技术驱动因素之一是手术工具和末端执行器中使用的电机技术的小型化。”Faulhaber Micromo LLC是高精度、高性能定制微动系统解决方案的供应商。

“考虑到更小的电机，设计工程师能够生产出更符合人体工程学的手术工具，减少外科医生的疲劳。或者，如果工具或末端执行器是由机器人控制的，那么更小的工具尺寸和重量随后会减少支撑它所需的所有机器人结构元件的尺寸、质量和成本。简单地说，无论是手持的还是便携式的或者通过机器人控制，在手术工具或末端执行器中安装一个小而强大的电机是值得的。”

瑞士高精度驱动系统制造商和供应商maxon的业务开发经理彼得·范·比克（Peter van Beek）说：“一直以来，人们都在努力使产品体积更小，电池寿命更长，并且更能承受多步清洗过程，包括高压灭菌。”

其电机用于主动植入物、胰岛素泵、外科机器人、电动工具、呼吸器、呼吸机和假肢。“从历史上看，在我在maxon工作的30年里，直径为1英寸的电机所能输出的扭矩现在由直径0.5英寸的电机提供。对于同样大小的体积，功率输出（速度X扭矩）几乎翻了一番。”