手术机器人在种植领域的应用

目前在种植领域研发的手术机器人都是以美国直觉外科公司研发的达芬奇手术机器人为基础的。1999年该公司制造的机器人手术系统获得了欧盟CE市场认证，标志着世界上第一台手术机器人诞生。次年通过了美国FDA市场认证，达芬奇成为了世界上首套可以正式在手术室内使用的手术机器人系统。

经过20年的发展达芬奇机器人已经开发到了第四代，其构成主要包括３部分：医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。

医师控制台是达芬奇系统的控制核心，由计算机系统、监视器、操作手柄及输出设备等组成。主刀医生坐在控制台中，位于手术室无菌区之外，使用双手操作两个主控制器完成相关的手术工作，并通过内窥镜观察患者体腔内的三维图像。

床旁机械臂系统是机器人的操作部件，包括２-３只器械臂及１只摄像臂。医生通过操作手柄将手部动作经计算机传送到机械臂器械末端，可进行上下、左右、旋转等连续动作，甚至比人手更灵活。

成像系统装有机器人的核心处理器以及图象处理设备，其内窥镜为高分辨率3Ｄ镜头，对手术视野具有１０倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内立体高清影像，提升了手术精确度。

在口腔修复领域，手术机器人被广泛研究并设计为种植机器人。目前市面上的种植机器人可被分为自主型和被动型，被动型最早应用于临床的是美国NEOCIS公司研发的Yomi种植机器人。

NEOCIS公司于2017年获得FDA批准的用于牙科种植手术的机器人设备。Yomi种植机器人提供触觉机器人指导，以增强种植团队的临床专业技能和手术精度。其主要功能包括：实现虚拟手术规划、增强的解剖可视化、引导器械放置、增加临床洞察力和医生工作效率，帮助个性化的手术计划。触觉指导系统在整个种植过程中引导医生的手，同时允许根据医生的临床专业知识进行动态调整。它根据物理线索，指导牙科医生的手精确地将手机放置到计划中的种植手术的角度和位置。一旦就位，Yomi会安全地保持手机轨迹，防止意外偏离计划位置。如果病人动了，Yomi会跟踪病人的动作。当钻头达到计划深度时，Yomi为医生提供了终止指令。

有文献研究了对无牙颌患者在yomi种植机器人的辅助下放置种植体的准确度。共选取了5位患者，共植入38颗种植体。在手术前根据每位患者CBCT数据创建了一个虚拟的术前修复和手术计划。

手术前，用直径2.0或2.3 mm螺钉将成品一次性无牙夹板固定在上颌或下颌前部。在CBCT扫描并与先前创建的虚拟手术计划合并，这时一次性夹板就能够为机器人提供患者颌骨的位置，用来跟踪患者的运动。

手术中，一旦种植体植入计划已经确定，机器人辅助在执行计划期间根据所需的位置、角度和深度提供手术器械的3D物理指导。医生操纵连接在机器人引导臂上的Yomi手机处于正确的位置和方向，则机器人不会提供物理阻力。但是，如果手机以任何方式偏离，机器人会将手机约束到计划的位置和方向。计划的深度也是这样规划的。如果手机处于正确的位置和方向，而不是计划的深度，则机器人不会增加阻力。当钻针达到计划深度时，机械臂会停止手机工作，不允许进一步钻入。医生保留在手术过程中随时修改种植体位置计划的权利。

术后进行CBCT扫描，将种植体计划的图像与术后CBCT重叠的图像进行配准。测量种植体角度偏差(a)、长轴偏差(SD)、颈状偏差(C)和根尖偏差(A)。最终数据汇总在这张表格内。光看表格可能不明显，下方柱形图表示了利用机器人的偏差与其他文献中记载的偏差的对比，这些文献均是使用了导板和导航在全口种植手术中所产生的偏差，最左边是手术机器人的数据。对比结果显示，机器人引导种植体的放置至少与导板和导航有相近的准确度。

2017年底四医大和北大联合开发了世界上第一台自主种植机器人（ADIR），可以自主完成种植手术而无需医生过多操作。机器人的构成与yomi机器人类似，设计的基本原理是红外导航结合自主式机械臂操作。

有文献利用ADIR种植机器人在狗的口内进行动物实验：首先对犬头部进行CBCT扫描和口内扫描，将数据导入软件控制系统中，完成CT数据的三维重建和配准。以修复为导向为缺牙间隙设计牙冠并调整位置及长轴方向，再选择种植体，根据修复体位置、结合骨质情况调整种植体的位置和角度。

第二步，在软件控制系统规划种植初始和终止时的种植手机姿态，确定种植体窝洞预备扩孔钻使用顺序。利用狗的尖牙及第一磨牙设计手术定位托盘，通过3D打印制作完成。

第三步，全麻后在狗口内戴入定位托盘并连接参考架。将种植手机从口外拖动至口内种植起点附近，同时视觉系统会跟踪此过程并完成进出口路径规划，使机器人能在口外位置与口内位置间自主运动。

最后在手术中，由系统控制种植手机到达口内位置；医生在导航界面确认后，发出指令使手机沿种植路径以预定速率向种植终止位置运动；系统判断扩孔钻到达终止位置后自主回退至口内初始位置。每级窝洞预备完成后，器械臂自主运动至口外，医师按顺序更换扩孔钻，再重复上述过程，直至窝洞预备完成及种植体植入完成。操作中种植窝洞预备、种植体植入均由系统自主完成，医师仅负责更换扩孔钻与种植体，发出指令并监控机器人运行。

通过CBCT测量两组偏差如下，结果表明在动物实验中种植机器人的偏差比利用导板的偏差小，但是动物是全麻下进行种植手术，而在局麻下患者进行种植手术时是有运动的，这也是自主型种植机器人要改进的地方。

A手术过程 B植入物的位置和角度实时显示在屏幕上

7. 术后评估：结果显示，下颌右第二前磨牙种植体冠状偏差为0.26 mm，顶端偏差为0.28 mm，角度偏差为0.40度，下颌右第一磨牙种植体分别为0.32 mm、0.44 mm、1.16度；

8. 即刻修复：45、46初始种植体稳定性分别为74和72Ncm，试戴临时基台及临时修复体，无需调整即可就位；

A术后即刻X线片检查 B即刻修复

9. 最终修复：术后3月影像学检查显示骨结合良好，进行最终修复。患者对手术和最终修复感到满意。