传统外科需依靠人力和经验
不同于普通的股骨、胫骨等直线型骨骼，骨盆结构特殊，顾名思义，骨盆呈环状，像一个盆一样，一旦骨折，其修复难度可想而知。北京积水潭医院副院长吴新宝说，传统的骨盆修复往往依靠外科手术，要求医生切开骨折部位，在布满血管神经的骨盆部位显露出骨折位置，并通过徒手操作复位骨折，最后使用钢板固定。这种方式创伤大，需要麻醉、输血，且恢复时间长。
随着医学的进步，如今的骨科手术追求的是微创，损伤小、恢复快。在智能化骨折复位机器人发明以前，说起“手动版”的骨盆微创复位手术，吴新宝感慨：“这种手术方式需要多人配合，至少得4个大夫，因为骨盆修复要把骨折线对上，这就需要一定的张力，得有一人负责牵拉上肢，一个人负责牵拉下肢，通过拉伸产生的张力，让骨盆周围的软组织、韧带、肌肉的约束力使骨折自动回位，同时术者还要在X线透视下反复调整骨折位置，一旦判断复位满意，则所有人把持住不动，再由一个有经验的医生打临时固定针，将骨盆结构框住。复位的过程总是让医生累得满头大汗。打好固定针之后，再在放射线的帮助下给破裂的骨缝打上螺钉进行修复固定。手术要做得好，很大程度上得靠主刀医生的经验，整个手术下来，往往需要花费三四个小时，让医生筋疲力尽。”
机器人可自动规划复位路径
在北京积水潭医院的智能骨科实验室内，北京青年报记者看到了这款全球首款智能化骨折复位机器人。只见这款机器人与手术台密切融合，安装在床头的是一套监控系统，相当于机器人的“大脑”，透过NDI跟踪相机，可实时显示术中患者身体的影像数据，规划复位路径、显示手术数据等等。床旁一侧是一套把持系统，可通过末端的把持针固定住患者的骨盆，床的另一侧是一只可移动的机械臂，可通过力度、角度的变化，将错位的骨盆恢复到正常位置。床头还装有一套弹性牵引系统，可与机械臂相互配合，将患者身体进行牵拉，以便于开展手术。
北京积水潭医院创伤骨科主任医师赵春鹏介绍，整个手术过程非常简单快捷，前期先给患者做术前CT，通过系统自动规划复位路径。进手术室全身麻醉后，再给患者安装两个示踪器，可结合NDI跟踪相机用于开展骨盆三维实时导航定位，在骨盆位置打入若干枚固定骨盆用的把持针，将把持针连接到把持臂、机器人机械臂，按照前期规划复位路径，机器人自动开展骨盆复位，完成后再给患者打入固定针，整台手术下来只需一个多小时，术后无需再进重症监护室，第二天就能出院。
突破三个难点找到复位原理
目前，国内能徒手做好骨盆骨折复位手术的医生为数不多。说起这款手术机器人的研发过程，吴新宝打开了话匣子：“考虑到传统手术模式带来的不便，我们一直希望研发一款能够自动复位骨盆的机器人。”早在2007年，吴新宝就萌生了初步想法。但由于骨盆结构的特殊性，复位是最难的，就像要把一个破碎的碗拼回去，机器人的研发过程一波三折。
“破碎的骨茬之间存在一定约束力，只要一块没有对准，另一块就对不上，当时我们问软件工程师，能不能把这种复位方式做出来，而且复位时可能会用到好几个力，因为当时技术所限，怎么都调不出来。”研发了一段时间没有成功，又得使用传统手术方式，这让吴新宝一直“耿耿于怀”。
真正让吴新宝下定决心要做这款手术机器人，是在2014年。在前期的不断探索、思考、积累中，吴新宝突破了几个难点：第一，打破传统思路，放弃徒手把持骨盆的方式，改用金属把持臂通过微创的方式把持住骨盆；第二，将人固定在手术床上，实现自动牵拉，解放人力；第三，放弃追求解剖学意义上骨缝拼接的“严丝合缝”，而是以功能复位为目标，允许一定范围内的误差，术后骨盆自行愈合，结构完整，不影响使用功能即可。
“由于人的骨盆结构是对称的，我们采用镜像原理，如果左侧的骨盆骨折，可以依据右侧骨盆的模型做一个镜像翻版，据此模拟复位时碎裂骨片的回归位置。这个复位原理看似粗糙，但实验过程中，破碎的骨片竟全部严丝合缝地对上了。”吴新宝感慨道。
反复测量机械臂复位力大小
复位时，机械臂的力量到底需多大？此前，国际上无任何先例可循。吴新宝发现，市面上相对适合的医用机械臂力量极限是16公斤。为了测量复位力大小，吴新宝团队开展了多次实验，发现手术中骨折复位时所需力量远不止16公斤，普通的医用机械臂力量是达不到的。复位力的控制又成为研发过程中的“拦路虎”，研发又走进了“死胡同”，所有人一筹莫展。
但执着的吴新宝没有放弃，依然不断实验。“后来我发现，如果加上纵向的牵引力，扭转骨盆所需要的复位力会省很多，那么，在加上弹性牵引的情况下，是不是就能帮机械臂省力？”为了证明这个假设，研发团队进行过无数次实验：用过橡皮筋、弹簧，也用过猪后腿，后来又咬咬牙，花重金从德国买来“人工肌肉”搭建生物力学模型进行测试，经过反复验证，证实在弹性牵引下，复位力可降低50%，这就一下子解决了机械臂的力量问题。
复位平均三维精度达3.41毫米
2018年，样机搭建成功，实验继续开展。每周三，吴新宝都要一头扎进实验室，与工程师反复沟通，工程师经常会换上刷手服进手术室观摩手术，医生也会常常出入位于罗森博特的实验室，双方实现了深度融合。后来，22名患者的科研实验全部成功，平均失血量仅159毫升。2021年11月，选定国内6家医院开展多中心临床实验，两组病例进行随机双盲前瞻对照研究，今年3月5日，92例病例全部完成，病例随访还在进行中，将持续至今年6月。初步的结果令所有人喜出望外：从目前来看，一组患者使用机器人进行手术，目前手术成功率100%；另一组患者为医生徒手牵拉复位，成功率约60%，徒手复位不成功时只能开腹手术。
未来，这款机器人正式上市后，将彻底改变传统的骨盆骨折复位手术。吴新宝说，首先是解放了医生，以前一台手术要四五个人齐上阵，现在，在机器人的帮助下，一个人就能完成复位；其次，对患者来说，可以极大减轻痛苦，不仅实现微创，还能减轻患者的经济负担，更重要的是骨折闭合复位的质量大大提高。国际上专家认为，骨盆骨折通过复位使骨折端的移位能够达到10毫米以内即为优良，而智能化骨折复位机器人的复位操作，平均三维精度达到3.41毫米，明显优于徒手复位的精度。
“现在我脑海中已经有了2.0版的初步模型，我希望打造出一个标准化流程，让更多医生经过系统培训，轻松上手，造福更多患者。在5G技术的搭载下，还能实现远程手术。”对于未来，吴新宝充满了信心。
