中國報告大廳網(wǎng)訊，近年來，人工智能、導航輔助、機器人等技術逐漸成為外科學領域的前沿熱點，正不斷重塑外科手術的傳統(tǒng)模式。以達芬奇手術機器人為例，自 2000 年通過美國食品和藥物管理局審批后，憑借精準操作與微創(chuàng)優(yōu)勢廣泛應用，如今已成為各大三甲綜合性醫(yī)院的標配，在普外科、泌尿外科、婦科、胸外科等領域成效顯著。不過，達芬奇手術機器人在骨科領域應用較少，為此國內(nèi)外紛紛研發(fā)各類人工智能骨科機器人及導航輔助系統(tǒng)，為骨科脊柱、關節(jié)及創(chuàng)傷手術的精準化、微創(chuàng)化發(fā)展提供有力支撐。
中國報告大廳《2025-2030年中國智能機器人產(chǎn)業(yè)運行態(tài)勢及投資規(guī)劃深度研究報告》指出，智能機器人在骨科領域的發(fā)展可追溯至 1992 年，美國約翰霍普金斯大學開發(fā)出世界上第一臺用于骨科手術的機器人 PROBOT，成為人工智能骨科機器人技術的重要起點。5 年后，第一臺量產(chǎn)化的手術機器人 ROBODOC 在日本上市，進一步推動了智能機器人在骨科領域的發(fā)展進程。2004 年，第一臺脊柱專用機器人 SpineAssist 成功獲得 FDA 批準，這一突破為脊柱手術的精準化治療奠定了重要基礎。2011 年，美敦力公司推出 Mazor 脊柱損傷機器人輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)引入導航功能，能幫助外科醫(yī)生實現(xiàn)更精準操作，成為導航領域的重要里程碑。2020 年后，隨著人工智能、深度學習和導航系統(tǒng)的高速發(fā)展，多種類型的智能機器人相繼問世，促使骨科手術正式邁入超精準、超微創(chuàng)的新時代。
在我國，智能機器人及導航系統(tǒng)在骨科領域的研究起步較晚，但發(fā)展速度迅猛，尤其近 5 年取得了長足進步。目前，國內(nèi)已進入臨床使用的人工智能骨科機器人包括 “天璣” 機器人、“鴻鵠” 機器人、“鑄正佐航 - 300” 機器人、“鑫君特 ORTHBOT” 機器人。其中，“天璣” 系統(tǒng)知名度最高、應用最廣泛，當前已發(fā)展到 “天璣三代” 人工智能骨科機器人全功能平臺系統(tǒng)。
(一)智能機器人在脊柱外科的優(yōu)勢及應用現(xiàn)狀
2004 年，第一臺脊柱外科專用骨科機器人 SpineAssist 在北美進入臨床使用，后續(xù) Mazor 脊柱機器人的出現(xiàn)，將脊柱外科精準化手術治療提升到新高度。當前，智能機器人在脊柱外科領域的主要應用方向是輔助手術醫(yī)生置入椎弓根螺釘。椎弓根螺釘置入術作為脊柱外科的基礎術式，通過椎弓根將螺釘精準置入椎體，為脊柱固定和融合提供堅強支撐，是治療各類脊柱疾病的重要手段。
傳統(tǒng)徒手置釘存在明顯不足，需要剝離暴露較大范圍的軟組織，對肌肉、筋膜損傷較重，術中出血量較多;同時，為確保螺釘不偏內(nèi)(避免進入椎管影響脊髓神經(jīng))或不偏外(保證對椎體有足夠把持力)，需術中反復進行正位及側(cè)位透視。數(shù)據(jù)顯示，徒手置入椎弓根螺釘引發(fā)并發(fā)癥的發(fā)生率為 4.2%~7.8%;且初次置釘失敗后重新置釘，往往會降低螺釘對椎體的把持力，易導致螺釘松動或切出，還會延長手術時間、增加術中出血量。此外，針對畸形脊柱(如側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)、后凸等)、強直性脊柱炎、脊柱腫瘤、上頸椎等疾病，徒手置入椎弓根螺釘?shù)碾y度和風險通常更高。
智能機器人在椎弓根螺釘置入方面具備獨特優(yōu)勢。各類智能機器人和導航系統(tǒng)的配置及原理相近，包含精確定位機器人、3D 手術規(guī)劃系統(tǒng)、手術導航系統(tǒng)及機械操作臂。手術流程如下：術前安放患者手術體位后，先安裝路徑定位器進行初始定位;將患者 CT 資料輸入 3D 手術規(guī)劃系統(tǒng)，圖像經(jīng) 3D 處理后即時傳入智能機器人手術規(guī)劃系統(tǒng);聯(lián)動手術導航系統(tǒng)進行雙圓環(huán)同心定位，確定皮膚小切口，經(jīng)有限切口及少量軟組織剝離后，在機械臂輔助下打入椎弓根螺釘導針;最后進行透視驗證，確保導針位置方向精準無誤，即可通過皮膚微創(chuàng)切口置入椎弓根螺釘。
與傳統(tǒng)開放手術徒手置釘相比，智能機器人介導下的微創(chuàng)手術能避免椎旁肌的廣泛剝離與損傷，有效保護軟組織，實現(xiàn)精準置釘，保證螺釘?shù)姆较颉⒔嵌燃吧疃?，避免對脊髓神?jīng)造成不可逆損傷。尤其針對長節(jié)段、存在嚴重側(cè)彎、旋轉(zhuǎn)、后凸等脊柱畸形的困難置釘患者，智能機器人可大幅提高手術準確性和安全性，同時縮短置釘手術時間、減少術中出血。相關研究表明，在智能機器人輔助下進行手術，時間可平均縮短 20 分鐘，術中出血量減少 100 毫升;對比天璣機器人與傳統(tǒng)透視輔助經(jīng)皮椎弓根釘內(nèi)固定術治療單節(jié)段胸腰椎骨折的效果，使用智能機器人能顯著減少術中透視次數(shù)，兩組分別為(6.05±0.84)次和(12.35±1.09)次，且在療效相當?shù)那闆r下，智能機器人可提高置釘準確率。
(二)智能機器人在關節(jié)外科的優(yōu)勢及應用現(xiàn)狀
關節(jié)外科，尤其是膝關節(jié)外科，是目前智能機器人應用最廣泛的領域。關節(jié)置換術作為終末期骨關節(jié)病的主要治療方法，能有效緩解關節(jié)疼痛、改善關節(jié)活動功能。但數(shù)據(jù)顯示，當前有 8% 的全髖關節(jié)置換(THA)及 20% 的全膝關節(jié)置換(TKA)手術療效欠佳，這與術中下肢力線矯正、截骨方向角度及厚度、軟組織松解、韌帶平衡等因素密切相關。而智能機器人的出現(xiàn)，能提高關節(jié)置換手術的精準性與統(tǒng)一性，尤其在膝關節(jié)置換領域，可實現(xiàn)術前個性化規(guī)劃、術中精準定位截骨以及準確選擇和放置假體。
目前，我國常用的膝關節(jié)置換智能機器人主要有 4 種，分別是 Mako 手術機器人、鴻鵠關節(jié)置換手術機器人、骨圣元化關節(jié)置換手術機器人、HURWA 關節(jié)置換手術機器人，它們均屬于基于 CT 影像學數(shù)據(jù)的手術機器人系統(tǒng)。其手術操作流程為：術前將患肢 CT 及三維重建數(shù)據(jù)導入智能機器人，在構(gòu)建成功的三維模型上選擇解剖標志點和配準點后，系統(tǒng)形成初步術前規(guī)劃;術者術前對患者信息、計劃使用的假體、力線和截骨方案進行確認和初步調(diào)整。麻醉后做常規(guī)膝關節(jié)正中切口，經(jīng)股直肌與髕旁內(nèi)側(cè)入路暴露膝關節(jié)，清除炎性滑膜、病損半月板及交叉韌帶;安裝股骨示蹤器及經(jīng)過示蹤器，完成股骨側(cè)及脛骨側(cè)的測量注冊;咬除脛骨平臺及股骨髁側(cè)骨贅;參考術前規(guī)劃并結(jié)合術中實際情況，進行股骨側(cè)及脛骨側(cè)的截骨，同時觀察機器人實時顯示的關節(jié)間隙及下肢力線，進行相應微調(diào)及軟組織松解平衡。調(diào)整滿意后，安放假體試模，檢查屈伸間隙是否平衡、下肢力線、患肢伸直狀態(tài)及髕骨軌跡是否符合要求，測試并觀察智能機器人上顯示的下肢力線、膝關節(jié)內(nèi)外翻角度，數(shù)值滿意后取出試模，拆除示蹤器，最終安裝股骨及脛骨側(cè)假體和墊片。
當前，國內(nèi)外已廣泛開展智能機器人輔助下的關節(jié)置換手術，且有大量相關研究。對比是否使用智能機器人輔助膝關節(jié)置換的效果發(fā)現(xiàn)，智能機器人輔助下 TKA 患肢的平均膝關節(jié)屈曲度更大，分別為 104.1° 和 93.3°，美國膝關節(jié)協(xié)會評分(KSS)及患肢滿意度也更高。分析智能機器人輔助下膝關節(jié)置換術后并發(fā)癥可知，與傳統(tǒng) TKA 手術相比，智能機器人組在術后感染、下肢深靜脈血栓、假體松動等并發(fā)癥方面未顯著增加。對智能機器人輔助膝關節(jié)置換手術時長的研究顯示，初始開展智能機器人輔助下 TKA 手術的時間長于傳統(tǒng) TKA 組，但隨著術者熟練度提升和操作經(jīng)驗積累，手術時間會明顯縮短。智能機器人輔助 TKA 的平均學習曲線為 15 例，之后平均手術時間為 100 分鐘，雖稍長于傳統(tǒng) TKA 手術的 85 分鐘，但術中出血量無明顯增加。
(三)智能機器人在創(chuàng)傷骨科的優(yōu)勢及應用現(xiàn)狀
智能機器人在創(chuàng)傷骨科，尤其是最高難度的骨盆骨折手術治療中，實現(xiàn)了跨時代突破，讓骨盆骨折微創(chuàng)治療成為可能，為創(chuàng)傷骨科微創(chuàng)化、精準化治療提供了有力支持與保障。目前，智能機器人，特別是 “天璣” 系統(tǒng)，結(jié)合三維 C 臂或 O 臂機，已廣泛應用于創(chuàng)傷骨科，可輔助開展股骨頸骨折閉合復位空心釘置入術、跟骨骨折閉合復位空心釘置入術等手術。相關研究分析天璣機器人輔助空心螺紋釘治療股骨頸骨折的效果發(fā)現(xiàn)，使用智能機器人能減少術中透視次數(shù)，兩組分別為(14.00±3.43)次和(19.30±2.70)次;縮短骨折愈合時間，兩組分別為 6.4 月和 6.9 月;同時減輕患者術后短期疼痛，加快髖關節(jié)早期康復進程。
在骨盆骨折微創(chuàng)手術治療中，智能機器人的優(yōu)勢更為突出。骨盆骨折多由高能量暴力導致，骨折類型多、解剖部位深且復雜，損傷周圍常伴隨豐富的血管神經(jīng)叢，致死率和致殘率較高，常規(guī)手術治療難度大、風險高。隨著智能機器人、導航系統(tǒng)及一系列輔助復位工具的不斷發(fā)展，骨盆骨折治療逐漸向微創(chuàng)手術、精準手術方向邁進。對于單純的恥骨上支骨折，目前無需采用下腹部改良骨盆內(nèi)(Stoppa)入路進行暴露、復位及固定，可通過術前透視并對圖像進行三維處理，連接示蹤器規(guī)劃手術固定方案，明確螺釘固定的角度、方向及長度;同時結(jié)合機械臂進行體表定位，僅需 1 厘米的切口，就能置入通道螺釘固定骨盆損傷中的恥骨上支。在螺釘置入過程中，還能全程可視化觀察螺釘置入路徑，驗證其角度和方向的準確性，實現(xiàn)精準化治療。
對比是否采用智能機器人治療骨盆骨折的效果發(fā)現(xiàn)，借助智能機器人及導航系統(tǒng)輔助，可大幅降低傳統(tǒng) Stoppa 入路手術可能出現(xiàn)的膀胱損傷、術中靜脈叢損傷及大出血等風險，術中平均出血量從 320mL 減少至 20mL，平均手術時間也縮短近 40 分鐘。對于骶骨骨折及骶髂關節(jié)損傷分離不穩(wěn)定的患者，依靠智能機器人及導航系統(tǒng)輔助，通過術前規(guī)劃和術中驗證，也能實現(xiàn)完全可視化置入骶髂螺釘。相關研究顯示，使用智能機器人及導航系統(tǒng)微創(chuàng)手術治療骶骨骨折及骶髂關節(jié)分離患者，能降低損傷骶叢神經(jīng)血管的風險，兩組風險分別為 4% 和 12%;同時減少透視次數(shù)，兩組分別為 9 次和 21 次;縮短手術時間，兩組分別為 42min 和 76min;還能減少術中反復穿刺導針造成的軟組織損傷。
借助智能機器人及導航系統(tǒng)的輔助，脊柱、關節(jié)及創(chuàng)傷骨科手術在微創(chuàng)化、精準化方面已取得顯著進步，但在設計原理、輔助術前規(guī)劃、引導術中操作、輔助手術進行、驗證內(nèi)植物及參數(shù)等方面，仍存在較大改良空間。
(一)脊柱外科領域智能機器人的改良與發(fā)展
當前，脊柱外科常用的智能機器人僅在椎弓根螺釘置入、椎體成形術中穿刺導針置入方面為術者提供指導和幫助，而在更重要的神經(jīng)減壓及椎間融合器置入操作步驟中作用有限。未來，脊柱領域智能機器人的發(fā)展應聚焦這一短板，通過人工智能及大數(shù)據(jù)分析患者術前核磁共振、CT 及肌電圖等資料，制定完善的手術方案供術者參考;輔助術者開展神經(jīng)減壓操作，尤其針對可能出現(xiàn)的硬膜、脊髓醫(yī)源性損傷，在術中提供警示提醒;對于椎間融合器置入，術前可通過影像學分析確定最適合的融合器尺寸，術中規(guī)劃融合器打入深度，進一步提升脊柱手術的精準性和安全性。
(二)關節(jié)外科領域智能機器人的改良與發(fā)展
目前，關節(jié)外科常用的智能機器人主要應用于全膝關節(jié)置換的截骨操作，對復雜先天性髖關節(jié)發(fā)育不良(DDH)患者的全髖關節(jié)置換、單髁關節(jié)置換、肩關節(jié)及反式肩關節(jié)置換、肘關節(jié)置換、踝關節(jié)置換等手術的輔助作用有限。未來，關節(jié)領域智能機器人的發(fā)展和改良需重點突破這些局限。例如，針對 CroweIV 型 DDH 患者，手術難點在于髖臼假體放置位置、股骨側(cè)松解和截骨下拉長度，智能機器人可通過分析術前影像學資料，模擬出理論上最合適的髖臼及股骨假體位置，與術者設計的術前規(guī)劃對比，制定出實際精準的手術方案;同時在術中借助機械臂及導航系統(tǒng)輔助髖臼深度及角度的打磨，輔助股骨側(cè)精準截骨。
對于近年來廣泛關注的單髁關節(jié)置換手術，智能機器人可通過人工智能及大數(shù)據(jù)對患者個體情況進行分析，判斷患者是否適合單髁置換手術，或比較單髁置換、脛骨高位截骨、全膝關節(jié)置換哪種手術更能讓患者獲益。針對手術量呈幾何倍數(shù)增長的反式肩關節(jié)置換術，智能機器人可開發(fā)相應指導模塊，輔助術者進行關節(jié)盂、肱骨頭側(cè)的預處理及后續(xù)假體安置?？傮w而言，未來關節(jié)領域智能機器人的發(fā)展應涵蓋手術適應證分析把控、術前合理規(guī)劃、術中操作精準引導、合適假體選擇等重要功能，同時實現(xiàn)髖、膝、肩、肘、踝關節(jié)等重要部位的系統(tǒng)整合，擴大應用范圍。
(三)創(chuàng)傷骨科領域智能機器人的改良與發(fā)展
當前，智能機器人已能輔助創(chuàng)傷骨科實現(xiàn)內(nèi)固定物的精準、微創(chuàng)置入，但在智能復位機器人研究方面仍處于起步階段。未來，創(chuàng)傷骨科領域智能機器人的發(fā)展趨勢是改良復位模塊，從損傷機制和骨折移位角度、方向進行深度分析，結(jié)合一系列復位工具輔助，實現(xiàn)閉合復位或有限切開復位，進一步推動創(chuàng)傷骨科微創(chuàng)化、精準化治療發(fā)展。
目前，已有相關技術探索為創(chuàng)傷領域智能機器人發(fā)展奠定基礎，例如骨盆復位架結(jié)合創(chuàng)傷骨科機器人，通過高精度光學定位追蹤技術，基于計算機自動規(guī)劃，在屏幕上實時顯示三維骨骼位置及形態(tài)，借助可視化位移數(shù)字監(jiān)測完成復位和固定，為骨盆骨折復位及固定開辟新路徑。相關實踐顯示，采用骨盆復位架結(jié)合創(chuàng)傷骨科機器人治療 TileC1 型骨盆骨折，術中復位透視次數(shù)明顯少于徒手置釘，兩組分別為(4.38±1.33)次和(50.69±12.48)次;復位時間也更短，兩組分別為(39.77±11.22)min 和(67.46±16.67)min，且具備復位精度高、創(chuàng)傷小、置釘準確、術中出血量少、透視次數(shù)少等優(yōu)點，為創(chuàng)傷領域智能機器人的未來發(fā)展提供了良好基礎。
當前，智能機器人及導航輔助系統(tǒng)在骨科脊柱、關節(jié)和創(chuàng)傷手術的臨床應用中已具備一定基礎。在先進理念推動和行業(yè)人員的共同努力下，未來智能機器人在骨科領域必將實現(xiàn)更快更好的發(fā)展;與此同時，骨科醫(yī)生也需持續(xù)保持學習態(tài)度，不斷提升操作技能、積累實踐經(jīng)驗，以更好地適應智能機器人的發(fā)展與應用，為患者提供更優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療服務。
綜合來看，智能機器人在骨科領域的發(fā)展歷經(jīng)多年沉淀，從早期的技術探索到如今的臨床廣泛應用，已在脊柱、關節(jié)、創(chuàng)傷等多個骨科細分領域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在脊柱外科，智能機器人有效解決了傳統(tǒng)徒手置釘?shù)母唢L險、高損傷問題，提高了椎弓根螺釘置入的精準性和安全性;在關節(jié)外科，其助力提升關節(jié)置換手術的效果與統(tǒng)一性，改善患者術后恢復情況;在創(chuàng)傷骨科，特別是骨盆骨折治療中，實現(xiàn)了微創(chuàng)化突破，降低手術風險與創(chuàng)傷。未來，隨著智能機器人在設計、功能等方面的不斷改良與完善，其在骨科領域的應用將更加全面、深入，進一步推動骨科手術向更精準、更微創(chuàng)、更安全的方向發(fā)展，為骨科醫(yī)療事業(yè)進步注入強大動力。
中國報告大廳網(wǎng)訊，智能機器人能夠自主感知、決策、執(zhí)行任務，并在特定環(huán)境下執(zhí)行復雜操作的機器。智能機器人市場發(fā)展主要受到技術的進步和突破，未來前景十分廣闊。以下是2025年智能機器人市場占有率分析。
(一)市場規(guī)模
全球智能機器人市場規(guī)模由2020年的1188億元增加至2024年的2778億元，2020年至2024年的復合年增長率為23.7%?！?strong>2025-2030年中國智能機器人產(chǎn)業(yè)運行態(tài)勢及投資規(guī)劃深度研究報告》預測，2025年全球智能機器人市場規(guī)模將達到3488億元。2024年中國工業(yè)機器人市場規(guī)模約為827億元，較上年增長16.16%。2025年中國工業(yè)機器人市場規(guī)模將達到951億元。
(二)市場發(fā)展態(tài)勢
智能機器人市場占有率分析數(shù)據(jù)顯示截至2024年12月底，全國共有45.17萬家智能機器人產(chǎn)業(yè)企業(yè)，注冊資本共計64445.57億元，企業(yè)數(shù)量較2020年底增長206.73%，較2023年底增長19.39%，呈穩(wěn)健上揚態(tài)勢。從行業(yè)分布來看，智能機器人產(chǎn)業(yè)企業(yè)主要集中在科學研究和技術服務業(yè)，信息傳輸、軟件和信息技術服務業(yè)以及批發(fā)和零售業(yè)，這三個行業(yè)企業(yè)數(shù)量占全部企業(yè)的近八成。
(一)市場產(chǎn)業(yè)鏈
智能機器人市場占有率分析從產(chǎn)業(yè)鏈來看，智能機器人行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游為零部件供應，包括減速器、伺服電機、控制器、芯片、傳感器、滾珠絲杠、機械臂、電池、末端執(zhí)行器等;中游為本體制造及系統(tǒng)集成，包括智能工業(yè)機器人、智能服務機器人和智能特種機器人等;下游為應用領域，包括3C電子、汽車、鋰電池、光伏、半導體等工業(yè)生產(chǎn)領域以及生物醫(yī)學、倉儲物流、商業(yè)服務等。
(二)市場區(qū)域分布
長三角地區(qū)依托汽車制造、電子制造的產(chǎn)業(yè)基礎，形成工業(yè)機器人核心集群，核心零部件國產(chǎn)化率從2024年的35%提升至2025年的45%。珠三角地區(qū)則憑借3C電子、智能家居的消費市場，孵化出全球最大的服務機器人生產(chǎn)基地，家庭清潔機器人滲透率突破38%，掃拖一體、自動集塵功能成為標配。中西部地區(qū)通過“東數(shù)西算”工程構(gòu)建算力網(wǎng)絡，為機器人提供云端訓練支持，某云計算中心已承載超10萬臺機器人的實時數(shù)據(jù)處理需求。
(一)市場需求
在市場需求方面，隨著全球人口老齡化和勞動力短缺問題的加劇，各行業(yè)對自動化、無人化、智能化生產(chǎn)力的需求日益旺盛。智能機器人作為提高生產(chǎn)效率、降低人力成本、保障生產(chǎn)安全的重要手段，將在更多領域發(fā)揮重要作用。特別是在工業(yè)、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、家庭服務等領域，智能機器人的應用前景將更加廣闊。
(二)市場概況
特別是隨著技術的突破和成本的降低，人形機器人有望在2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。特斯拉、微軟、谷歌等科技巨頭紛紛布局人形機器人市場，計劃在未來幾年內(nèi)推出量產(chǎn)產(chǎn)品。同時，國內(nèi)企業(yè)也在加速人形機器人的研發(fā)和應用。可以預見的是，人形機器人的量產(chǎn)將進一步推動智能機器人市場的發(fā)展壯大。
總體看來，隨著機器人技術的不斷進步和人工智能的加持，智能機器人將變得越來越“聰明”，可以更好地適應復雜的任務和環(huán)境變化。
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