口腔种植机器人手术体验和思考

口腔种植机器人手术体验和思考

刘峰

北京大学口腔医院主任医师

数字化口腔产业分会(CSDDI)会长

“长安大道连狭斜，青牛白马七香车”，站在西安的大街上，不自觉便会感受到历史的浩荡。

此次有幸受赵铱民教授及空军军医大学口腔医院数字化中心白石柱主任之邀来到西安，不仅体验了国内首屈一指的自主式种植牙机器人，还参观了颇具盛名的国际口腔医学博物馆。通过这次深入的临床操作体验，我对赵铱民教授团队研发的种植牙机器人有了更为直观的认识；通过和赵铱民教授、白石柱教授以及种植机器人研发团队的深入交流，让我对口腔医学机器人的发展、现状与未来有了更深一层的理解。

本次临床体验的病例是一例下颌后牙区单颗牙缺失的患者，采用ASTRA4.0*11植体，采用不翻瓣种植方式完成。无论是手术流程、操作精度还是术后评价，机器人手术都带来了良好的体验感受。体验后内心中非常希望这一先进的数字化技术能够不断成熟，尽早服务于广大的医生，帮助到更多的患者。

机器人在医学领域的应用

机器人一词最早出现在20世纪二三十年代，联合国标准化组织对其定义为“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统”。

随着计算机和微电子技术的不断发展，机器人技术经历了可编程示教再现到知觉判断，再到智能机器人3个阶段。人机交互技术、图像处理技术、3D建模技术、导航与定位技术等技术的融合使得机器人在医疗领域的应用有了长足的发展和进步。

目前，已有多款商业医疗机器人通过美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）认证，被批准应用于医学临床，如美国直觉外科公司的达芬奇（Da Vinci）机器人系统，美国TransEnterix公司的Senhance微创手术机器人和Zimmer Biomet公司的ROSA ONE Spine机器人等。这些机器人已用于多种科室的检查、手术和康复中。

随着人工智能的发展，自动规划技术正在成为手术路径规划的热点，临床数据驱动下的智能化人机协作正在成为手术机器人领域的技术发展共识。此外，国际上对康复及护理机器人的关注度持续不减，比如提高患者本体感知和穿戴适宜性的人机自然交互控制技术，以及为老年人服务的防跌机器人等。

随着5G时代的到来，远程机器人手术的临床可行性和可推广性也得到了不断的验证。在机器人操作过程中，主端的专家医生实时把控机器人的操作过程，并在关键环节进行介入，这在5G高速通信网络的辅助下已成为可能，我国已多次开展异地远程手术的活体动物实验。这一模式对解决医疗资源的区域不平衡问题具有重要意义。

各类医学机器人

机器人在口腔医学领域的应用

机器人的智能化、高精准度等特点，使其在口腔医学领域的应用具有更加独特优势，目前机器人在口腔医学应用的领域主要包括以下几个：1. 口腔颌面外科学领域：微创，降低手术偏差，增强手术安全性，提高效率；2. 口腔修复学领域：解决口腔操作空间狭小、人手颤动及精准性等问题；3. 口腔正畸学领域：提高操作精度和效率；4. 牙体牙髓病学领域：辅助医师操作，缓解疲劳，节省时间；5. 其他：包括分析咀嚼运动中牙齿受力机器人、口腔教学机器人、以及模拟下颌运动机器人等。

口腔医学领域的机器人研究虽然已经取得了较大的进展，但是还不够完善，主要表现：1. 现阶段智能化水平普遍不高，以辅助医生进行操作为主；2. 功能相对单一；3. 通常结构比较复杂，体积较大。随着人工智能技术、纳米机器人技术和机器人控制理论的不断完善，势必会促使现代口腔诊疗活动向着精准、微创、高效的方向发展。

在我国，目前也有多个研发队伍专注于各类口腔医学机器人的研发，例如北京大学口腔医院郭传瑸教授团队研制的具有自主知识产权的口腔颌面微创精确诊疗手术机器人，该手术机器人实现了人工智能的医学影像处理和自动化的手术规划、术中在线规划、实时三维导航、机器人精准定位、基于神经血管密集空间的运动约束及避障策略、主动主从双模式微创精准安全控制、多层自主安全监控等核心技术问题，研制出了具有自主知识产权、达到国际先进水平的口腔颌面微创诊疗手术辅助机器人系统。

郭传瑸教授团队研发的口腔颌面微创精确诊疗手术机器人

种植手术机器人在口腔医学领域的应用

种植牙被称为“人类的第三副牙齿”，目前，多个国家都在进行机器人在口腔种植领域的相关研究和探索。

美国的Yomi种植手术机器人是国际上最早应用于临床的“主从式”种植手术机器人。在我国，目前也有多个研发队伍专注于种植手术机器人，其中一些已经、或者即将取得医疗器械许可证，成为临床上可以常规应用的辅助设备。

空军军医大学（第四军医大学）军事口腔医学国家重点实验室主任赵铱民教授带领的数字化团队，是最早投身于种植手术机器人的科研团队，其设计基本原理是红外导航结合自助式机械臂操作，最早完成样机研发，最早实现动物手术，并于2017年9月顺利完成了患者真人机器人手术，并被国内外媒体所关注。这一科研成果由雅客智慧（北京）科技有限公司负责产品转化，已经完成了大数量的临床试验，据悉很快将取得医疗产品许可证，即将可以广泛引用于临床。

近年来，“医工结合”一直是医疗界的热门话题之一，这也是数字化产业分会希望能够进一步促进、推动的工作，希望以此更大程度的发挥具有先进理念的口腔医学从业者的能力，快速推进我国口腔数字化产业的发展。

医工结合需要医生和工程人员互相了解、互相渗透，不断尝试创新和寻找创新，高效地生产符合需求的产品。这在赵铱民教授团队和雅客智慧的深度合作中有很好的体现，短短几年时间这对合作伙伴已在口腔种植领域取得多个创新性成果，包括：1. 狭小口腔空间下自主式种植牙机器人的构型设计；2. 基于术前 CT 模型与口内牙列扫描数据融合配准的种植体规划软件及导航系统；3. 基于视觉伺服及力伺服的自主式种植机器人精密操作及机器人出入口腔安全路径装置方法研究；4. 基于自主式种植机器人精密操作的在线标定方法研究；5. 基于自主式种植机器人精准种植定位的种植体植入后的即刻修复方法等等。

赵铱民教授团队和雅客智慧合作开发的

自主式种植手术机器人

赵铱民教授团队最早开发的种植手术机器人样机

采用雅客手术机器人进行口腔种植手术

除了赵铱民教授团队以外，国内还有多个研发团队在进行相关的研发工作。瑞医博口腔手术机器人由柏惠维康公司开发，于2021年4月在国内取得首个种植机器人医疗许可证。其研发团队具有多年的神经外科手术机器人技术积淀，经过几年的努力，结合口腔医疗的特点和需求，将较为成熟的手术机器人技术应用到口腔种植领域，其采用可见光导航结合机械臂操作，可以实现独立规划、自动定位、动态校准、力控种植。

瑞医博口腔手术机器人目前已经可以达到较高的手术精度，同时也在进行进一步的AI智能手术规划研发，也就是由医生制定每颗牙的种植标准（间距、角度、深度等），软件自动分割出每颗牙并按标准生成植体位置，后期还可结合大数据分析、总结不同专家种植规律，自动推出专家设计方案。