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点滴创新 |这个清华长庚机器人为韧带重建手术精准导航

时间:2025-11-14 作者:佚名 来源:北京市卫生健康委员会

  

  生命的价值,在于点点滴滴的积累与坚守;医学的精神,在于细致入微的关怀与追求。今年,宣传中心推出“点滴”新闻专题,聚焦医院工作中的每一个细节、每一份努力、每一次挑战、每一步精进、每一次感动……在这里,“点滴”不仅是一个量词,更是一种精神的写照——它承载着医者仁心的温度,彰显着专业精进的高度,传递着生命至上的信念。

  从一滴水珠折射阳光,从一个瞬间见证永恒。“点滴”新闻专题将通过记录医院工作中的点点滴滴,展现我们每一位员工在平凡岗位上不平凡的付出。这些看似微小的努力,正是推动医院不断前行的力量源泉。

  始于细节、成于专注,共勉!

  膝关节交叉韧带

  (前十字韧带ACL和后十字韧带PCL)

  损伤是运动医学中常见的问题之一

  在接触性运动

  (如足球、篮球、橄榄球等)

  和非接触性运动(如滑雪、跆拳道等)

  中尤为常见

  根据行业指南对于完全撕裂

  或伴有明显膝关节不稳

  和膝关节功能障碍的患者

  手术重建是推荐的治疗方法

  以手术后膝关节稳定性更佳、重建韧带结构更接近天生结构的“后交叉韧带(PCL)双束重建手术”为例,医生术中通过关节镜来查看膝关节内部的结构,找到后十字韧带原本附着的位置,并用特殊的固定装置将重建的材料固定在股骨(大腿骨)和胫骨(小腿骨)上,模拟原韧带的走行路径。双束重建意味着医生会分别重建PCL这根韧带的前半部分和后半部分,对于完全断裂的PCL,只有这样才能完整恢复PCL的结构,以便术后更接近正常韧带的功能。

  但这一手术在临床推广应用上仍面临诸多挑战。PCL的股骨与胫骨止点区域骨性标志不明显,尤其在关节镜视野下难以清晰辨识,增加了定位难度;无论在股骨端的重建还是在胫骨端,手术各需精确制备两个独立的骨隧道,任一隧道的角度、深度、高度或位置偏差,均会影响移植物的张力分布和重建后的功能,甚至导致手术失效或术后关节僵硬;此外,PCL毗邻膝关节后方的腘动脉和胫神经等重要结构,在建立胫骨隧道过程中存在钻头过度穿透或导向器放置过深的风险,易造成不可逆的血管神经损伤。

  如何在狭小且高风险的操作空间中精准重建复杂的仿生的(接近天生的)韧带结构,并为重建材料在重塑成熟过程中提供良好的力学和结构支撑等愈合环境,成为亟待解决的核心问题。

  基于此,在清华大学北京清华长庚医院骨科与运动医学中心,常规开展了膝关节前交叉韧带单束、双束、翻修等各种术式的机器人辅助手术以后,中心主任余家阔团队牵头,与合作企业研发了膝关节运动医学手术机器人,可以精准完成后交叉韧带双束重建,助力膝关节交叉韧带手术由原来的单纯依靠手术医生经验,进化到手术医生经验联合机器人精准导航定位的新模式,即让手术机器人给医生安上了一双看得清重建位置的“眼睛”并增加了能精准操作的“机械手”。

  团队采用CT与MRI影像多模态融合技术,对患者膝关节进行三维重建,这种多模态影像融合三维建模的方法,可以在术前模拟手术(学名称之为“术前规划”)中标注并重建出后交叉韧带在骨性附着区的足迹(Footprint),并据此完成骨道的精密术前规划。

  CT与MRI影像多模态融合三维建模技术的应用,让关节软骨面的三维信息清晰可辩,这以关节镜操作为主的运动医学多种依赖关节面三维信息的机器人手术得以进入临床,就像骨科与运动医学中心日常手术这样。

  CT和MRI影像多模态融合三维建模,避免了CT三维重建的关节软骨表面信息缺乏,CT重建的是软骨下骨面,只有穿透关节软骨到软骨下骨面才能完成导航中的配准,但膝关节关节面的软骨厚度最厚可达7mm,会导致机器人操作的严重偏差;同时,CT建模的骨面配准,会导致关节面承受穿刺20多个孔的软骨损伤,关节软骨损伤是很难自己修复的。

  

  术中执行高精度配准,误差被严格控制在0.5毫米以内,为后续操作建立了可靠的空间基础。

  

  在机器人辅助操作过程中,术者与系统形成人机协同操控。机器人提供实时力反馈和视觉反馈,共同保障操作的精准性与安全性。此外,系统设有骨隧道钻深限位功能,避免了钻头过度穿透,保护了后方重要的血管与神经结构。

  

  经术中实时导航与术后影像验证,所有骨道均制备于术前规划的精准位置,重建韧带形态与张力俱佳,顺利恢复膝关节稳定性。

  

  余家阔团队牵头和企业合作研发的该手术机器人于2024年11月在全国骨科大会(COA)上首发,经1年的手术优化与设施完善,现已正式应用于临床,通过实现亚毫米级(<0.5mm)动态实时精度定位,将后交叉韧带(PCL)解剖止点重建从传统的"经验估算"以经验为主,带入"数字导航"时代,降低了手术准入的门槛,缩短了年轻医生的学习曲线,进一步推动膝关节外科中的运动医学韧带重建手术向精准化、个性化、微创化和智能化发展。

  强调基础研究对临床提升的重要作用,余家阔带领骨科与运动医学中心膝关节外科践行骨科与运动医学深度全面融合发展模式,搭建了包括临床诊疗平台、教学平台、科学研究平台、医工交叉平台、院企合作平台、体医融合平台、国家级智慧骨关节伤病诊疗与远程智慧康复示范平台、骨科与运动医学专科联盟医院间合作平台和北京市卫生健康委员会“同种异体运动系统结构性组织移植技术”限制类技术的临床应用平台。

  “我们要将医工交叉和成果转化作为各支撑平台建设和加强的核心,并将AI辅助诊断、AI辅助治疗决策、数字化智慧型术前规划、机器人手术、远程智慧康复和疾病发生、发展、治疗、评估、干预和康复的机制研究贯穿到每一种骨关节伤病的诊疗与康复的全生命周期。”余家阔说。为此,团队人员中,除了膝关节专科的医护士外,还双聘和特聘了人工智能、机器人、数字孪生、新材料、体能训练、体育工程和传感器专家,指导医工交叉和智慧骨与关节伤病诊疗的研发工作。


原文链接:https://wjw.beijing.gov.cn/xwzx_20031/jcdt/202511/t20251114_4280482.html
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