假体、机器人与“术式协同”——外科创新之路

文章来源：MedRobot

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在手术机器人日益普及的今天，越来越多厂商试图用“机器人+假体”的组合切入骨科市场。但假体与机器人，仅仅组合在一起，真的足够吗？

实际上，从术前规划、术中执行，到术后评估与反馈，真正影响手术效果的，是整个术式流程中各环节的深度协同。而这类协同，往往必须从产品设计阶段就开始嵌入。

本期MedRobot Decode 聚焦一个很少被讨论，却极具临床与产业价值的问题——假体与机器人，如何共同定义并推动术式的进化？以全球手术量最大的骨科机器人史赛克Mako为例，本文从其经典假体（Triathlon、Accolade II）与 Mako 系统的协同研发出发，拆解：

1. 假体如何反向影响机器人路径与操作方式？

1. 患者数据如何助力机器人和假体研发一体化？

1. 为什么系统共研，比“拼装式组合”更具竞争力？

# 术式协同的起点：从“组合”到“共研”

“机器人系统+第三方假体”的组合路径虽然开发效率高、上手快，但也容易带来一系列临床落地问题：术式路径不一致、假体接口适配性差、机器人操作动作受限，甚至影响术中效率与长期疗效。

从系统性角度来看，手术机器人的真正潜力，在于术式流程标准化、数据化、协同化。而实现这一点，关键在于：假体与机器人从研发起点就协同设计，共同定义术式的动作逻辑、截骨策略与假体固定方式等关键参数。

1. 一体化建模：术前规划更精准，避免术中适配失误；

1. 操作路径优化：截骨导向与假体结构协同匹配；

1. 数据协同：基于临床使用反馈不断优化设计参数，提升术式执行一致性。

# 假体研发的核心挑战：从材料到力学

假体的设计，不仅决定了术后骨整合、稳定性和翻修风险，也直接影响机器人如何规划和执行每一步操作路径。

材料科学：兼顾高耐磨性与初始稳定性

以史赛克广泛应用于Triathlon膝关节系统和Accolade II髋关节系统的 X3® 交联聚乙烯为例，该材料通过三次交联+退火处理，极大降低了磨损率。据独立实验研究，其长期磨损量比传统聚乙烯降低97%

此外，史赛克在部分术式中采用陶瓷-聚乙烯（Ceramic-on-poly）配对方案，在保持良好生物相容性和低磨损的同时，增强假体初始固定的稳定性，为高活动水平患者群体提供更持久、可靠的使用体验。

力学结构：锥度、半径与个体化骨型适配

假体设计是一门精密的工程学

为提高机器人与假体的高度适配性，在假体设计上采取不同的设计方式以应对个体差异，比如：

1. Triathlon膝关节采用“单一弯曲半径”（Single radius）设计，在屈伸过程中维持一致的关节中心，有助于提高术后关节稳定性与活动一致性；

2. 
   

3. Accolade II股骨柄采用“Morphometric Wedge”双曲率设计，并通过SOMA（Stryker Orthopaedic Modeling & Analytics）数据库对25,000余例股骨数据分析，确保其能够匹配不同种族和个体的骨型特征。

数据驱动：SOMA如何定义术式模型？

假体结构的合理性，更来自大数据支持

SOMA系统是目前业界最完整的骨骼形态数据库之一，涵盖全球超过25,000名患者的骨型参数与负重线力学数据。它已成为：

1. 假体研发的形态学依据；

1. 术式建模的起点；

1. 机器人预设路径的标准参数库。

举例：Accolade II为DAA入路提供结构便利

在Mako机器人支持的DAA（Direct Anterior Approach）术式中，Accolade II的双曲率柄体设计不仅符合M/L方向的骨型弯曲趋势，还配合了术中避开肌腱、减小旋转障碍的需求。医生可以在狭窄的术野中完成高精度截骨与柄体植入。

# 机器人研发如何主动适配假体术式

如果说假体定义了术式的“能力边界”，那机器人决定了“术式能否持续、稳定、标准化落地”。

术前建模：基于假体定义术式路径

Mako系统术前规划模块整合了假体几何结构、股骨髓腔形态、软组织张力等多个变量，以此制定个体化的截骨方案与假体植入角度。

Accolade II为例：

1. 术前系统可自动计算柄体嵌入深度、前倾角度、旋转配合及与髓腔匹配程度；

1. 同时模拟骨盆动态变化，判断假体在不同姿势下是否位于功能安全区（Functional Safe Zone）内。

手术执行：让截骨更“对位”，让假体更“耐用”

手术机器人的一项核心能力，是在术前规划中由系统生成“截骨路线图”，包括每一刀的方向、深度、角度和位置，由机器人在术中通过机械臂协助精确执行。医生的手术动作由此获得高精度的定位参考，实现更一致的术式效果。

不同的假体，截骨路径设计完全不同，机器人不仅要“会截”，还要“会识别这个假体适合怎么截”。例如：在Triathlon 膝关节系统中，Mako 可自动识别不同型号的平台高度和假体后翘角，调整胫骨截骨角度与深度，确保术后力线居中。

更重要的是，机器人不仅提升了术中效率，更直接影响假体的长期稳定性和使用寿命

1. 假体选择：机器人通过骨骼模型识别与个体最佳匹配的型号与尺寸，确保假体与骨骼表面的有效覆盖，并恢复理想生理状态。

1. 力学均衡：机器人能根据个体骨型与软组织张力，优化力线与接触点分布，降低边缘加载与局部偏磨；

1. 位置精准：验证假体植入位置与计划一致，确保假体放置在“功能安全区”内，减少因姿态异常导致的脱位和早期松动；

# 协同研发的临床与产业价值

“假体+机器人”的组合能否真正落地，不仅取决于技术先进性，更取决于其对医生、医院与企业价值链的系统提升。史赛克之所以能推动Mako系统的广泛应用，核心在于其一体化研发所带来的协同优势，已经穿透临床、运营与产品生命周期的多个层面。

对医生：更精确、更好学、更一致

医生的术式体验，是衡量任何技术平台能否长期使用的第一指标。

Mako系统与Triathlon、Accolade II等假体的深度适配，使医生能在术前获得个体化规划建议、在术中获得稳定协同的操作反馈。这种体验直接体现在：

1. 学习曲线缩短：术式路径、截骨面定位、假体姿态控制等关键动作系统引导明确，术者上手更快；

1. 操作一致性提升：尤其是在复杂病例或不同体位变化下，机器协同比主观经验更具稳定性；

1. 个体化判断支持增强：通过术中实时反馈（如骨质分布、力线张力、虚拟撞击检测等）辅助决策，减少“术者经验差”带来的波动。

对医院而言，假体和机器人协同所带来的最大优势是——流程标准化和翻修率控制。

以单髁膝关节置换为例，史赛克推出的Restoris MCK 术式，在与Mako协同使用下，术后早期翻修率显著低于传统方法，提升了术后功能恢复的一致性与满意度。

此外，统一的术式模板、配套器械与数据系统使得：

1. 不同医生间的技术差异被压缩，更容易实现跨区域、跨机构的术式一致；

1. 术后并发症发生率更可控，降低整体医疗风险与运营负担；

1. 本地化团队运营与设备维护更简单，系统运转周期更长，医院投资回报率更高。

从产业视角来看，假体与手术机器人的协同，不只是功能整合，更体现为对术式路径、执行流程和操作细节的系统性支持。

随着术式模板和操作策略的不断优化，这类协同关系为设备升级、技术延展和术式持续改进提供了基础，也为企业与临床之间建立起更紧密的沟通机制。

# 术式协同，正在成为医院能力建设的重要支撑

对医院而言，引入一项新技术的价值，不仅在于提升单台手术的精度，更在于能否融入医院自身的培训体系、流程体系和质量管理体系。

Stryker 围绕 Mako 系统及其适配假体，构建了贯穿术前规划、术中执行、术后评估的完整术式路径，使其在提升手术一致性、医生操作稳定性和团队协作效率方面形成了支持：

1. 路径标准化：术式模板统一，机器人辅助执行，提升患者安全性与手术一致性；

1. 培训流程化：多术式共享平台，便于人才复制与梯队建设；

1. 数据结构化：完整数据链条支撑医院质量改进与风险控制；

1. 回报可视化：假体、设备、耗材协同运营，提升系统效率与收益。

对于希望在关键术式上建立技术优势的医院而言，这类术式协同能力，正在成为支撑学科建设和品牌提升的底层能力之一。

未来，医院对手术平台的考量，也将从“技术配置”逐步转向“术式能力”的系统构建。Mako 所代表的协同路径，正提供了一个值得关注的方向。

MedRobot Decode 系列将持续追踪手术机器人系统化演进，提供深度洞察与实践参考。

参考文献

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2 Functional implant positioning in total hip arthroplasty and the role of robotic-arm assistance. DOI: 10.1007/s00264-022-05646-0

3 A patient-specific algorithm for predicting the standing sagittal pelvic tilt one year after total hip arthroplasty. DOI: 10.1302/0301-620X.106B1.BJJ-2023-0640.R1