前言导读
手术机器人，作为医疗机器人的重要子领域，融合了临床医学、生物力学、机械学、计算机科学以及微电子学等多个学科和高新技术，主要应用于手术影像导航定位及微创手术领域。手术机器人能辅助医生对手术器械进行精准操控，近年来已成为临床手术发展的重要方向。骨科手术机器人是手术机器人中的一个重要分类，也是最早实现临床应用的手术机器人之一，在骨科疾病的治疗中展现出强大的应用潜力，其发展对推动骨科手术精准化、微创化意义重大。
骨科手术机器人是用于辅助骨科手术的设备，可帮助医生精准定制三维术前方案、减少术中器械震颤、提高手术精准度、减少术中X射线辐射影响，还可以减少手术对病患健康骨骼和组织的损伤，帮助病患加快康复、缩短住院时间，具有微创、精准、智能等临床应用优势。1991年，骨科手术机器人RoboDoc完成了全球第一例机器人全髋关节置换术临床试验，随后全球多国相继开展骨科手术机器人的研发和应用探索，已逐渐形成了几类典型产品和临床应用场景。
按照手术类型，骨科手术机器人可分为关节骨科手术机器人、脊柱外科手术机器人和创伤骨科手术机器人3大类。
关节骨科手术机器人主要应用于膝关节、髋关节置换手术，也是目前临床销售较多的机器人，机器人通过术前3D影像进行手术规划，基于配准技术实现定位，并将术前规划信息映射到手术操作区域，由医生和机械臂共同操作手术器械完成手术，在术中实时对操作进行精细调整。传统手术主要依赖医生经验，因医师视野受限，导致手术创伤较大、并发症较多。
脊柱手术机器人通过交互式三维规划和信息系统为医生提供实时图像引导、可视化和导航功能，其椎弓根置钉准确率显著优于传统手术，可缩短手术时间，减少医生和患者受射线辐射影响；通过机械臂末端安装的力反馈系统，能够识别术中力学信号异常，提高手术安全性，提高手术效率。
创伤骨科手术机器人主要用于髓内钉内固定手术、长肢骨骨折复位手术等，相对脊柱和关节手术机器人研究较少。
骨科手术机器人分类
骨科手术机器人组成部分与关键技术
产业发展现状
1.机器人辅助膝关节重建术是增长最快的手术之一
根据 Strategic Market Research 的数据，2021年全球骨科手术机器人市场规模约为 1.2亿美元，预计到2030年将达到6.55亿美元，2021-2030 年复合年增长率为20.75%。预计机器人辅助手术将成为未来最流行的技术。
根据GlobalData 分析，机器人辅助膝关节重建术是增长最快的手术之一，到2030年全球可能达到约700,000 例，2021年至2030年的复合年增长率为8%。2011-2021年间，患者对机器人膝关节和髋关节置换术的兴趣呈指数级增长。
实施手术机器人进行骨科治疗的模式正在发生转变，这极大地推动了市场的增长率。在全球，目前资深的骨科手术机器人公司主要集中在欧美，国内企业布局医疗手术机器人多数处于发展初期，但也在奋起直追。
图：全球骨科手术机器人主要竞争格局一览
数据来源：西南证券研究中心
2.国外骨科手术机器人渗透率高于国内市场，关节置换领域应用最为广泛
在骨科手术机器人中，关节置换手术机器人目前应用最为广泛，主要适用于人工全髋关节、初次全膝关节、单髋膝关节等置换手术。关节置换手术通常依赖医生的经验和手术技巧，而手术机器人的辅助将进一步提高假体植入的精准度。
据Frost&Sullivan统计，2020年全球关节置换手术机器人市场规模7.3亿美元，美国是主要市场其规模达到5.3亿美元，占全球份额的73%，预计2026年规模将达17.5亿美元。我国2016年后才引进关节置换手术机器人，市场规模相对较小，2020年市场规模为1480万美元，仅有17台关节置换手术机器人，预计2026年市场规模达到3.3亿美元，关节置换手术机器人累计数量有望达近800台。据Frost&Sullivan统计，2020年美国市场使用关节置换手术机器人的手术数量约10万例，渗透率为7.6%，预计2026年手术量增至40万例，渗透率将达19.4%。相比之下，2020年国内使用机器人辅助关节置换手术的数量仅为243例，渗透率为0.03%，预计2026年手术量约8万例，渗透率为3%，总体市场渗透率较低。
2015-2026E中国机器人辅助关节置换术例数及渗透率
脊柱手术机器人的市场规模较小 ，据Transparency Market Research 报告统计，2017年全球脊柱手术机器人规模为0.75亿美元，2020年全球规模约为1.2亿美元，预计2026年规模增至3.2亿美元，2017~2026年复合增长率为17.5%。比起医生徒手置钉与穿刺，脊柱手术机器人在提升锥弓根置钉准确度、减少并发症和医患辐射时间等方面具有优势。但由于脊柱手术机器人当前使用场景有限，对手术室空间要求高，手术费用较高，术前规划建模受医生主观影响，其应用案例还不多。据统计，全球每年进行约近500万例脊柱手术，其中美国近140万例，2017年中国为57万例，但MAZOR、ROSA、Globus Medical、天玑等手术机器人产品自上市至2021年植入量累计在1~4万例不等，其市场渗透率不是很高。
3.国际龙头企业占据市场主导地位，国内骨科机器人企业加快布局
关节机器人领域，全球代表性企业有MAKO Surgical、MEDTECH、Bluebelt、Orthotaxy、Think Surgical、Acrobot、OMNI等。国内主要企业有微创的鸿鹄、键嘉、元化智能科技、和华瑞博、天智航、北京长木谷医疗等。其中，美国MAKO的RIO是目前国内主流产品。国内企业中，杭州键嘉髋关节置换手术、骨圣元化全膝关节置换手术、微创“鸿鹄” 膝关节置换手术的导航定位系统近期均已获得国家药品监督管理局（NMPA）的上市批准。
脊柱机器人领域，全球代表性企业和产品包括MAZOR Robotics的MAZOR系列MEDTECH的Rosa one, Globus Medical的 Excelsius GPS等，其中MAZOR和ROSA市场占有率达80%左右。国内脊柱外科手术机器人研究起步较晚，代表性研究机构包括中科院深圳先进技术研究院、北京航空航天大学等，主要产品有天智航的“天玑”脊柱手术机器人、鑫君特的ORTHBOT机器人等。“天玑”机器人于2016年上市，2017年成功完成全球首例骨科手术 机器人导航的胸腰段骨折手术、寰枢椎经关节突内固定手术，截止2020年底已在国内100多家医院累计完成超10000例手术，鑫君特的ORTHBOT机器人于2021年获批上市，具备自动置针功能。近期苏州铸正脊柱外科手术导航定位设备获得NMPA批准上市。
创伤机器人领域，天智航的“天玑”骨科手术导航定位机器人是通用型产品，能够覆盖骨盆、髋臼、四肢等部位的创伤手术。目前，国内哈工大已研制出6-PTRT型并联机器人系统用于骨干骨折复位。北航研制出用于股骨干骨折的复位双平面导航机器人系统，针对胫骨钉手术、股骨髓内钉手术、骨盆骶髂关节螺钉手术和股骨颈空心钉手术正在开展临床应用研究。301医院构建了基于Stewart平台的长骨骨折复位机器人系统和基于UR机械臂的通用定位机器人系统，已完成模型及标本试验。
全球代表性骨科手术机器人发展情况总览
来源：火石创造根据公开资料整理
4.发展前景
全球骨科手术机器人行业中的主要企业，如美敦力、史赛克、捷迈邦美、施乐辉等大型医疗器械公司正在加速占领医疗器械市场，竞争进一步激烈。史赛克在2013年以12亿美元的价格收购了Mako Surgical及其全膝关节或膝关节单髁置换手术机器人系统RIO，施乐辉在2016年收购了BlueBelt公司并在次年研制出NAVIO辅助关节置换系统，2017年强生收购脊柱外科手术公司Sentio 并且在2019收购了关节骨科手术机器人公司Orthotaxy，美敦力在2018 年以16.4亿美元收购了Mazor Robotics公司，获得了该公司的机器人辅助脊柱手术平台Mazor，捷迈邦美用1.32亿美元的价格收购Medtech及其ROSA平台。国外骨科机器人公司拥有雄厚的资金、技术以及更高的品牌知名度，对国产骨科机器人研发和产业化带来模仿跟踪的同时，也从技术上带来极大的挑战。
国外医疗器械产品解析
1 、Mazor X™
美敦力公司
美敦力是全球领先的医疗科技公司，成立于1949年，总部位于美国明尼苏达州明尼阿波利斯市。公司业务已遍布全球150多个国家和地区，拓展至70余种疾病领域，覆盖心血管、外科业务、神经科学与糖尿病等领域。总体而言，骨科在美敦力的业务占比不大，但公司在全球脊椎类产品方面是全球领导者。
美敦力公司的MAZOR是全球脊柱机器人开创者；2004年，第一代MAZOR脊柱机器人SpineAssit获得CE&FDA认证，标志着机器人脊柱手术的开端。MAZOR手术机器人在国外已经有18年的临床历史，MAZOR X是其最新一代产品。
2021年8月29日，美敦力宣布旗下脊柱外科智能导航机器人MAZOR X在中国正式上市。据悉，该产品于2021年4月获得国家药监局的上市批准。针对MAZOR X的产品效能，美敦力表示，根据临床研究结果，MAZOR X辅助的手术可帮助患者减少47.8%的术中出血，并缩短超过57.2%的住院时间。
美敦力MAZOR™ X脊椎机器人的上市定义了脊柱智能手术机器人的标准。与传统脊椎手术相比，MAZOR™ X能够为外科医生提供术前规划及匹配，术中执行可视化，智能控制，操作便捷，导航精准。作为全球首个实现全程可视化操作的脊柱手术机器人，MAZOR™ X脊柱外科智能导航机器人能够实现术中导航全程可视，MAZOR™ X的机械臂通过3D空间扫描技术扫描重建手术区域，实现全自动高效定位突破传统术中视野局限、操作盲区等难题，提升手术安全性和精准度。
MAZOR X脊柱外科智能导航机器人
作为人体第二条生命线，脊柱肩负人体躯干的中轴骨骼、神经传导的枢纽职责，包绕着复杂的神经和血管，其临床手术高复杂性与风险性对手术前中后影像印证、手术设备、术者经验与操作技术等提出了更高的要求。
在传统术式中，由于“盲区”会在脊柱手术中埋下潜在的安全风险，并因此带来术后并发症，导致临床治疗的整体效果不佳从而影响患者的身体恢复和治疗体验。同时，传统术式由于过多地依赖于术中扫描影像及医生的临床经验，使骨科医生学习曲线过长，人才培养也因此受限。
而这一短板可以通过AI数字化、导航等先进技术进行弥补，大大降低术中风险并达到更好的手术效果。基于国外18年临床经验，美敦力脊柱外科智能导航机器人MAZOR X，集AI术前手术规划、机器人术中精准操作、导航手术可视化等技术于一身，辅助脊柱临床医生实现可预见、高精准、全程可视的手术目标。
在这之中，AI应用是MAZOR X的一个重要特点，它基于前期大数据的积累，并通过人工智能制定出详实全面的手术规划。以往的手术规划大多需要依赖于脊柱医生根据患者CT影像和实操经验在脑内进行推算计划，有了AI这一特殊的“大脑”后，医生通过人工智能软件就能提前进行全面的术前规划。
人工智能软件能直观地在电脑屏幕上还原病人真实的生理特征与骨骼排列，并且可以通过软件直接模拟置入虚拟植入物（如螺钉）、手术切口、模拟术后的矫形效果，减少神经损伤带来的并发症。同时也能让患者在手术前便可清晰地了解手术方式，并对手术效果有一个形象直观的认知，减轻心理负担，实现更好的医患沟通。
据悉，MAZOR平台目前已有18年循证历史，全球累计成功完成5万多例手术，相应的螺钉植入有20多万颗。
MAZOR系列机器人积累了丰富且系统的临床数据，这一整套数据，帮助我们推进术前规划功能的开发和完善，这是MAZOR X非常重要的优势。数据是机器学习和人工智能不断进化的关键，相信结合日益充分的数据支持，MAZOR X的功能将会变得更好、更全。
2、ROSA机器人
捷迈邦美
捷迈邦美成立于1927年，总部设立在美国印第安纳州华沙镇，是骨骼肌肉保健行业的全球领导者。捷迈邦美的产品领域包括骨骼重建、运动医学、创伤、脊柱、牙科植入以及其他外科产品。
在2016年时，捷迈邦美以不低于1.32亿美元的价格收购了法国手术机器人公司Medtech，拥有了ROSA Brain和ROSA Spine机器人辅助手术平台的所有权。
捷迈邦美在业务量最大的膝关节和髋关节领域，也开发了手术机器人ROSA® KneeSystem、ROSA® Partial Knee System和ROSA® Hip System。截至2019年Q1，捷迈邦美的Rosa Knee和Rosa One均获得FDA批准，Rosa Knee正式进入膝关节市场，捷迈邦美也因此成为了第一个在手术机器人市场上获得脑、脊柱、膝关节FDA批准的公司。
ROSA®骨科手术机器人系列产品
图源：捷迈邦美官网
1.ROSA Knee 膝关节手术机器人
ROSA Knee是一个机器人平台，旨在协助矫形外科医生进行骨切除，并评估软组织状态，以便在全膝关节置换术中定位植入物。外科医生可以在术前使用手术规划软件规划植入物的位置和大小。外科医生也可使用ROSA膝关节系统内的无图像选项，以实现与基于图像的病例相同的目标。该设备由两个单元组成，分别位于手术台的两侧，分别为：由紧凑的机械臂和触摸屏组成的机器人单元和光学系统、触摸屏。同时，ROSA Partial Knee手术过程简单，为医生进行部分膝关节置换术（PKA）提供了信心。
2.ROSA® Partial Knee
RosaPartial Knee系统的设计是为了与Zimmer Biomet的Persona Partial膝关节兼容。它具有2D和3D X-Atlas成像技术，实时收集术中软组织和骨骼解剖数据，提高骨切割精度和运动间隙分析范围。
产品优势：
1）以外科医生为中心
◆ 简单的工作流程界面，使部分膝关节置换术更有信心
◆ RosaPartial Knee系统通过协作模式来适应外科医生
◆ 外科医生控制手术锯，从而消除触觉
◆ 与获得临床验证的个性化膝关节系统Persona Partial Knee兼容
2）精确性
◆ 通过精确和可重复的手术提高患者满意度
◆ RosaPartial Knee系统通过切割流和确认性提供外科医生的精度和准确性，旨在确保实时正确对齐
◆ Rosa Partial Knee系统胫骨切除术已被证明比使用传统器械更具准确性和可重复性
3）高效
◆ 简化操作步骤，更具灵活性和易用性
◆ 专有的2D到3D X-Atlas™成像技术，可在界面中查看患者骨骼模型或无图像选项，以提高临床效率
◆ 与传统PKA相比，ROSAPKA需要更少的胫骨切割，从而潜在地提高手术效率
4）数据支持
◆ RosaPartial Knee系统是ZBEdge的基石。ZBEdge是Zimmer Biomet公司的集成数字和机器人技术，旨在为患者全程提供数据驱动的临床洞察。这些集成的数字和机器人技术包括RosaPartial Knee、mymobility®with Apple Watch和OrthoIntel骨科智能平台
◆ OrthoIntel骨科智能平台将通过mymobility应用程序和RosaPartial Knee系统收集的术前、术中和术后数据连接起来，以帮助揭示整个护理过程中的临床见解
3.ROSA Hip髋关节手术机器人
ROSA Hip是一个个性化的机器人系统，使外科医生能够根据实时反馈和患者的解剖结构评估和执行手术计划，同时无缝集成到外科医生的工作流程中。该系统是由外科医生为外科医生设计的，作为一种准确、高效的手术助手，也可以生成数据。
3、Rio MAKO robot
MAKO Surgical 公司
MAKO Surgical 公司是于2004年成立，主要研发和销售关节置换机器人，于2013年12月被史赛克收购。
MAKO Surgical公司的主要产品是RIO机器人，应用于关节置换手术。RIO机器人于2009年获得FDA认证，适应证包括膝关节和髋关节置换手术。2010年获得的FDA注册证显示，其适应证拓展至全髋关节置换手术（THA）。2014年11月，RIO机器人获得CFDA认证，并于2019年11月获得国家药监局（NMPA）认证。
截至目前，Mako骨科手术机器人全球装机量在1500台左右，其在全球范围内的手术总量已经超过100万例。
Mako机器人基于两大核心技术：智能手术规划技术和智能辅助截骨技术。
智能手术规划技术基于CT进行3D的智能建模，为患者生成个性化的手术方案，同时提供术中动态调整，最大程度的将关节手术推向精准化、个性化。
智能辅助截骨技术采用创新高效的截骨模块，能够实现高速磨钻、摆锯和动力手机的集成，同时在术中实现毫米级精确截骨控制和制动巡航截骨保护，为术者赋能，实现微创化、精细化的截骨控制。
4、Cori机器人
Smith+Nephew 施乐辉
施乐辉Smith+Nephew (LSE:SN，NYSE:SNN)是全球骨科龙头企业，成立于1856年，总部位于英国伦敦。2022财年，施乐辉销售额达52亿美元（约365亿人民币）。施乐辉在骨科关节重建、先进伤口管理、运动医学和创伤四大领域处于世界领先地位，占据运动医学领域全球第一。
Cori平台于2020年2月获得FDA 510（k）批准，可用于单室和全膝关节置换术，并在2022年扩大了全髋关节置换术的适应症。于2021年在加拿大、印度、澳大利亚、新西兰和英国推出该手术机器人。
CORI手术系统是一种先进且高效的手持机器人辅助平台，用于全膝关节和单室膝关节置换术。Cori手术机器人有助于根据患者特定的解剖结构和疾病状况放置和调整植入物的大小和平衡间隙，由施乐辉（Smith & Nephew）开发，并由该公司的Real Intelligence数字解决方案提供支持。
施乐辉称CORI手术系统是当今市场上最小、最便携和价格合理的机器人系统之一。与其他机器人系统不同，CORI系统使用无图像智能映射来构建手术中患者特定的解剖结构3D模型，从而减少了与术前CT成像的时间、成本和辐射暴露。
Cori手术机器人
图源：施乐辉官网
2023年4月24日，施乐辉推出用于机器人膝关节手术的新型Cori数字化张力测量装置。这是一种专用设备，用于在切割骨骼之前测量膝盖的韧带张力。它使外科医生能够量化原生膝盖的关节松弛度，并获得最佳的韧带张力。
据施乐辉介绍，Cori数字化张力测量装置有助于减少手术中平衡膝盖时的可变性，使手术计划与其他商业上可用的替代方案相比更加客观。它可以产生外科医生定义的、可量化的力，以分散膝关节的注意力。它对韧带施加一致的张力，并为手术计划和执行提供客观的间隙数据。施乐辉表示，一个小型临床病例系列显示，与手动技术相比，张力变异性降低了64%。
Cori数字张紧器
施乐辉介绍，这是机器人辅助手术中第一个也是唯一一个韧带张力测量装置。用于在进行骨切除前评估原生膝关节的松弛度，它还能够在整个运动范围内以指定的力自动收集间隙数据。同时，该系统使用软件界面，允许外科医生选择他们首选的目标力值。
该装置具有无图像智能映射功能，可在手术中构建关节的3D模型（无需CT/MRI扫描）、个性化手术的实时规划、手持式精密铣削和术中间隙平衡。三大特点：
1. 更智能
具备无图像智能映射和实时间隙，评估旨在帮助优化对齐和平衡。
2. 更高效
采用符合人体工程学的手柄特点，其带有毛刺设计，可实现两倍的切割体积和提升29%的切除速度。高级跟踪系统提供了458%的刷新率，并且增强的工作流程需要更少的步骤，旨在帮助节省手术室的时间。
3. 植入物兼容性
Cori系统扩大了全膝关节系统、部分膝关节系统和翻修膝关节系统的兼容性，包括骨水泥和非骨水泥初级膝关节植入技术。此外，CORI系统与全髋关节置换术的植入物和入路兼容。
2022年9月26日，施乐辉Smith+Nephew(NYSE:SNN)宣布使用Cori手术机器人对接受过全膝关节置换术的患者，进行了首次机器人引导的翻修手术。
据报道，这是FDA批准进行的骨科机器人第一次翻修手术。施乐辉表示，Cori现在可以解决全膝关节置换术、部分和翻修膝关节置换术，以及机器人引导的全髋关节置换术。
5、VELYS机器人
强生公司
2021年1月19日，强生旗下DePuy Synthes公司宣布，其机器人辅助骨科手术平台产品VELYS已获得美国食品药品监督管理局（FDA）510（K）许可，批准用于全膝关节置换手术。强生公司正致力于将VELYS平台打造成跨各种外科专科的互联、集成的整套数字医疗生态系统，而机器人辅助解决方案只是其中的一部分。
VELYS平台的技术来源于强生2018年初所收购的法国私人手术技术软件开发公司Orthotaxy。
VELYS 机器人辅助解决方案是首创的安装在手术台上的解决方案，可适应外科医生的工作流程。它利用先进的规划能力、专有技术和下一代设计，帮助外科医生准确切除骨骼，在全膝关节置换术期间相对于软组织对齐和定位植入物，而无需术前成像。高效而紧凑的设计可以集成到任何手术室中，并且占地面积更小，不到其他一些机器人辅助解决方案的一半。
VELYS 机器人辅助手术平台：
旨在帮助外科医生可视化和预测关节稳定性的间隙平衡数据；
直观的集成设计旨在为外科医生提供他们习惯的控制，同时优化日常手术室流程；
旨在提供准确、一致的计划执行，支持 ATTUNE™ Knee 提供更好的患者手术效果。
对于VELYS平台，我们可以看到强生在手术机器人领域的小型化、简易化和通用化的研发战略。一方面在之前的技术基础之上完成精准的平面切割控制与实时手术评估，一方面与DePuy Synthes的人工膝关节Attune、膝关节置换手术方案TruMatch、干细胞人工髋关节ACTIS、人工球窝PINNACLE、髋关节置换手术方案KINCISE等配套产品相适应配合，构成一整套强生骨科手术的产品生态。这其中少不了Verb Surgical的在围绕术前、术中和术后整个治疗周期之中的数据分析与监测，打造全方位的手术平台而不是焦距局限于手术室中的医生操作。
VELYS优势
1. 多功能
集成的设计，让骨科医生在优化日常手术流程，同时保持他们手术习惯；
NATURAL控制技术，保持锯切平面，实现执行精确，与骨科医生亲手操作一样；
友好用户界面，清晰的界面、精简的临床应用程序、适应性强的工作流程和快速的注册流程，大幅提高手术效率
综合性操作平台，VELYS能与ATTUNE Total Knee System集成，有助于简化手术过程。
2. 有价值的建议
平衡间隙数据有助于骨科医生可视化和预测关节稳定性。
3. 性能验证
准确、一致执行规划，并支持协ATTUNE关节，同时给患者提供更好疗效。
12月13日，强生医疗DePuy Synthes骨科事业部，在悉尼Mater医院进行了澳大利亚首个采用VELYS机器人辅助解决方案的临床病例。VELYS机器人辅助解决方案适用于ATTUNE全膝关节系统，进行全膝关节置换手术。
6、ExcelsiusGPS®系统
Globus Medical公司
Globus Medical是一家全球领先的肌肉骨骼解决方案公司，总部位于美国宾夕法尼亚州奥杜邦。该公司成立于2003年，由一个经验丰富并有共同愿景的专业团队组成，旨在创造能帮助外科医生促进肌肉骨骼疾病患者康复的产品。2017年公司推出了脊柱手术机器人ExcelsiusGPS，正式进入骨科手术机器人市场。
ExcelsiusGPS®系统——先进的技术和智能手术解决方案
1. 小切口：外科医生通过脊柱上的小缺口进行手术。
2. 减少组织损伤：微创技术允许外科医生分离脊柱周围的肌肉，而不是切开。
3. 更短的住院时间：更少的组织损伤和更小的切口使得住院时间更短，并获得更好的恢复效果。
ExcelsiusGPS® 机器人导航系统
图源：Globus Medical公司官网
ExcelsiusGPS®系统构成
1. 导航摄像头
内聚集成导向摄像机跟踪所有的主动和被动导航列阵整个过程。
2. 机械臂
刚性机械臂对准手术计划的轨迹，并保持位置。
3. 终端执行器
主动导航终端执行器允许实时轨迹对齐和相对运动跟踪。
4. 触屏显示器
触屏显示器直观地概述了工作流程的精简和高效的程序，实时可视化，计划和导航。
5. 机器人基站
移动和紧凑的基站使得进出手术室很容易，一旦定位，稳定器迅速开启以确保基站固定于地板
ExcelsiusGPS®系统脊柱手术工作原理
ExcelsiusGPS®系统用于脊柱手术，比如脊柱后路椎弓根棒固定。在手术当天，患者医学影像图像导入ExcelsiusGPS®系统。这些图像被医生用来确定椎弓根钉大小和位置，并根据患者的解剖结构创建一个手术计划。手术计划将刚性机械臂引导到脊柱的特定区域，类似于GPS上的计划路线或路径。外科医生使用这一路径来使用器械准确放置椎弓根钉。在整个手术过程中，手术器械和植入物会连续显示在显示器屏幕上，供外科医生和工作人员监控，这个显示器允许外科医生在手术过程中查看实时反馈。
ExcelsiusGPS®系统优点
在一项评估椎弓根钉放置准确性，放置时间和辐射剂量的研究中，10名具有2~23年经验的外科医生在微创和常规开放式手术中使用ExcelsiusGPS®系统和传统技术共放置了160枚椎弓根钉。
1.提供螺钉放置精度
在研究中使用ExcelsiusGPS®系统放置的螺钉100%都是0级断裂，即没有任何椎弓根断裂。
2.减少辐射暴露
在研究中使用ExcelsiusGPS®系统没有任何传统微创手术固有的辐射暴露。
3.提高微创手术效率
ExcelsiusGPS®系统与传统微创技术相比减少了整体手术时间。
ExcelsiusGPS®机器人导航系统显著缩短了脊柱椎弓根钉放置的时间，平均每个螺钉用时3.6分钟，而传统的微创手术平均每个螺钉放置时间7.7分钟。
2022年5月，Globus Medical公司使用Excelsius GPS的手术机器人完成了其首次Excelsius 3D三合一成像的脊柱手术。这一突破使其骨科手术机器人可以进行立体定向颅骨手术，且ExcelsiusGPS® CranialSolutions颅骨解决方案是市场上唯一的透视到CT配准模式，可帮助外科医生有效配准骨骼解剖结构。
7 、Lantern
OrthAlign公司
OrthAlign是一家总部位于美国的私营医疗设备公司，为骨科医生提供先进的精密计算机辅助技术，旨在为关节置换患者提供更健康、更无痛的生活方式。
2021年11月，该公司推出了其最新技术 Lantern®，该技术建立在OrthAlign 的临床成功基础之上；它已成为该公司的旗舰产品。它为骨科医生提供了最先进的设备，用于改善全膝关节和部分膝关节置换手术的结果。
Lantern®是一种直观、手持式导航器械，用于全膝关节和部分膝关节手术，可实现精确、个性化的组件定位，旨在通过高效简单的工作流程改善手术效果。
Lantern拥有强大的惯性传感器,高分辨率LCD触摸屏,Android操作系统,双核ARM处理器,锂离子电池,无线通信,磁性接口,并且重量极轻仅有196g。
产品特点如下:
8、Pulse ™手术机器人系统
纽瓦索公司（NuVasive）
纽瓦索器材公司NuVasive创立于1997年，总部位于美国加州San Diego，是一家创新的医疗设备公司，致力于开发颠覆性的微创手术产品和类颈椎置换器械，用于保持脊柱颈部区域的运动。NuVasive 的产品包括用于手术计划和监控的软件系统、访问仪器和可植入硬件。NuVasive 产品帮助治疗的病症包括：退行性椎间盘疾病、腰椎管狭窄、退行性脊椎滑脱、颈椎间盘退变、早发性脊柱侧弯和肢体长度差异。
2023年8月28日，NuVasive因计划出售给 Globus Medical（纽约证券交易所股票）收到纳斯达克的退市通知。该交易于9月1日完成，NUVA退市。
2019年NuVasive公司推出了Pulse脊柱外科手术系统。该系统融合了多项技术，包括神经功能监测、全局排列、杆弯曲、减少成像放射量和导航等，以帮助外科医生进行脊柱手术。
Pluse脊柱外科手术系统
这套系统可以在任何脊柱手术中发挥核心作用，提高手术的速度、准确度和效率。
有了这些相关模块，Pulse的工作流程得到了完善，同时，可扩展的软件体系还能兼容未来的机器人和其他升级功能。
1.2D/3D成像和导航：集新型摄像头、阵列和工作流程技术于一身的影像传输功能，有助于提高手术室内的视野、易用性和手术效率。通过NuVasive公司与西门子医疗公司的“脊柱精准伙伴关系™”（Spine Precision Partnership™ ），Pulse采用了最新的CiosSpin 3D移动C型臂。
2.利用一体化全局排列®（iGA®）制定手术计划：手术前计划软件，整合排列参数、植入集成、手术建模和其他工具，以帮助医生在走进手术室之前制定可靠的手术计划。一体化全局排列是市场上唯一一个能够在手术过程中通过实时数据评估手术方法及其对脊柱排列所产生效果的系统。
3.神经功能监测：神经功能自动监测系统，具备标准设置和临床验证报警功能，可帮助降低易变性，并提高对神经信息的解读速度。
4.LessRay®低辐射量智能成像系统：能够进行低质量、低剂量成像，然后提高影像质量，使其达到传统全剂量影像的水平。显著降低手术室内的辐射暴露量，降幅可达标准荧光镜检查的80%。
5.Bendini®杆弯曲：脊柱杆弯曲技术，为患者量身定制脊柱杆，精准匹配植入物的位置，在无需离开手术室的情况下，利用计算机弯曲指令，加快脊柱杆的人工操作速度。
9、Tsolution
Think Surgical公司
THINK Surgical, Inc.创立于2007年，总部位于美国加州旧金山湾区（硅谷），是一家医疗设备公司，致力于开发、制造和销售用于整形外科的有源机器人手术系统。THINK Surgical®, Inc.，是一家美国私有医疗设备和技术公司，开发，制造和销售用于膝关节置换手术的主动机器人。公司的TSolution One® Total Knee Application（全膝关节应用程序）可以自动准备骨骼和关节表面，并支持一个多功能的开放式平台，为外科医生提供了使用各种植入物的灵活性。
TSolution One是全球唯一一款提供全自动植入物适配的骨科机器人。TSolution One不仅允许医生为每个病人创建一个定制化的手术计划，而且TSolution One的准确性和精确度还可以根据手术计划为植入物的精确放置准备关节。此外，开放式植入物平台使医生可以自由选择医生认为对每个患者而言都是最佳选择的植入物。
TSolution One Total Knee Application系统由TPLAN®（3D手术前计划工作站）和TCAT®（主动机器人）组成，该机器人可以帮助外科医生执行每个患者的个体术前计划，并获得一致的结果。这些进化技术正在推进全关节置换手术。
TPLAN 3D Planning Workstation允许外科医生在一个虚拟环境中设计和准备患者独特的关节置换计划，使用可选择的植入物选项。
TCAT Computer-Assisted Tool帮助外科医生执行精确控制的术前计划，自由切割骨头，精确放置植入物。其他已上市的骨科机器人只是指导外科医生。
TSolution One
TSolution One演示
植入物选配：
手术操作：
TSolutionOne具有几个独特的优势：个性化术前计划；外科医生通过开发的植入物库，提前虚拟适配植入物；开放平台手术平台；超高精度：亚毫米尺寸精度；非光学技术。
10、SpineAssist/Renaissance
Mazor Robotics公司
Mazor Robotics创立于2000年，全称Mazor Surgical Technologies Ltd.,2010年改为现用名，总部位于以色列Caesarea，是一家医疗机器人公司，连同其子公司，致力于在美国及国际上开发、生产和销售用于支持骨科和神经外科领域的外科手术医疗器械。
SpineAssist/Renaissance
SpineAssist®脊柱手术机器人（Mazor Robotics）是美国食品药品监督管理局（FDA）在2004年批准的首款用于脊柱外科手术的机器人。SpineAssist系统属于微型并联机器人，它是基于术前CT的半主动式机器人系统，具有6个自由度的机械臂，可用于胸腰椎螺钉内固定术。SpineAssist可自动将其机械臂沿着预定的轨迹定位，然后由医生按照指定的通道进行置钉等操作。
Renaissance®是Mazor公司在2011年推出的第二代脊柱手术机器人，它在前一代机器人的基础上做了部分优化。临床研究显示，使用Renaissance机器人辅助置入胸腰椎椎弓根螺钉中，螺钉位置可接受率为98.9%。
Renaissance主要应用于脊柱侧弯矫形术、截骨矫形术等手术以及微创及经皮穿刺各种手术；对于复杂手术，不过分依赖解剖标志；同时手术机器人还可以用于病理活检，引导穿刺针将大大较少辐射量，穿刺更加精准。
该机器人系统由计划软件、工作站和引导装置三部分构成。
手术前，医生团队可以将患者资料传输到计划软件中，病人的CT经扫描可在电脑上重建出3D的脊柱模型，医生一目了然地从360度看到患者解剖结构和手术难点等，并由此最终制定出合理的手术方案。工作站可以将手术蓝图重建成虚拟模型，进行手术的预演和进行评估，并发布操作指令。引导装置是可固定在患者脊柱上的小型六自由度并联机构，其直径50毫米，高80 mm，重量仅为250g ，它可以帮助医生准确找到手术点的位置，引导医生准确进行手术。
11、 iBlock
OMNIlife公司
iBlock系统于2010年通过FDA认证用于全膝关节置换手术。该系统虽然是自动型手术机器人，但考虑到其工作方式，称其为自动切割辅助机器人更为合适。
iBlock系统无需术前CT进行定位和注册，但需要植入骨定位组件，同时借助关节表面解剖标志点完成注册。该系统工作时，需要视切割部位固定在股骨或胫骨上，固定完成后切割辅助模块会完成角度选择；术者只需使用切割工具，在辅助模块的精准限制下分次完成关节表面塑形。该系统特殊的切割模式决定了其属于封闭式系统，只能使用OMNI公司的APEX系列关节假体。
它的使用，使得膝关节置换手术中的股骨截骨精确性大为提高，整体手术时间，相当于是在医生日常操作的基础上增加了15%左右，不过这种机器人截骨装置的问世时间还不太长，长期效果如何，还有待更多的临床证据验证。
iBlock智能截骨模块
该系统的临床应用报告相对较少。曾有早期的尸体实验证实，由于其独特的切割模式，使用iBlock模块完成的骨切割较传统导航手段精度更高。
参考：中国骨与关节外科杂志、智慧医械、器械之家、Bone打听、动脉网、MedRobot、MEDTF、创库学堂、各大产品官网。
