可提高機(jī)器人全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的準(zhǔn)確性和效率

新聞要點(diǎn)：

一種用于機(jī)器人全膝關(guān)節(jié)置換(rTKR)的人工智能算法獲得了國(guó)際專利合作條約(PCT)專利，保護(hù)機(jī)器人全膝關(guān)節(jié)置換的計(jì)算算法的獨(dú)特性，新穎性和專有權(quán)。該專利自2024年八月起在150多個(gè)成員國(guó)申請(qǐng)專利保護(hù)，迄今為止，通過(guò)獨(dú)立專利機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格審查和大量收據(jù)探索，尚未發(fā)現(xiàn)其他類似的概念或技術(shù)。早在2023年10月，團(tuán)隊(duì)已獲取新加坡的專利。

自2023年8月以來(lái)，約有200名患者從這一創(chuàng)新方法中受益。該算法在植入物定位方面的精度高達(dá)約0.5毫米，而此前人工規(guī)劃的rTKR手術(shù)精度僅為2毫米，從而顯著提高了手術(shù)規(guī)劃的精確度，降低了錯(cuò)位風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)將手術(shù)期間的人工調(diào)整替換為人工智能技術(shù)，手術(shù)時(shí)間縮短了約15分鐘，整體手術(shù)效率得到提升，并可能帶來(lái)更好的功能效果、更高的患者安全性和滿意度。

生產(chǎn)效率：使用該算法的手術(shù)比依靠人工規(guī)劃的手術(shù)快約48%。

新加坡2025年2月12日 /美通社/ -- 亞歷山大醫(yī)院(AH)骨科手術(shù)團(tuán)隊(duì)獲得了由世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織(WIPO)管理的國(guó)際專利合作條約(PCT)，該條約保護(hù)了機(jī)器人全膝關(guān)節(jié)置換(rTKR)算法的獨(dú)特性，新穎性和專有權(quán)。自2024年8月在150多個(gè)成員國(guó)申請(qǐng)專利保護(hù)以來(lái)，通過(guò)獨(dú)立專利機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格審查和大量數(shù)據(jù)檢索，迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)其他類似概念或技術(shù)。新加坡的專利在2023年10月就已申請(qǐng)并獲得，并已確定這種計(jì)算算法，在提高機(jī)器人全膝關(guān)節(jié)置換(rTKR)的準(zhǔn)確性和效率，是獨(dú)一無(wú)二的。

亞歷山大醫(yī)院(AH)的骨科手術(shù)顧問(wèn)醫(yī)生廖子強(qiáng)與當(dāng)時(shí)還是醫(yī)學(xué)生的陸煒強(qiáng)(中)和黃頌平醫(yī)生共同開發(fā)了新加坡首個(gè)獲得就機(jī)器人全膝換術(shù)人工智能(A.I.)的算法的全球?qū)＠?/p>

該算法由亞歷山大醫(yī)院的骨科手術(shù)顧問(wèn)醫(yī)生廖子強(qiáng)與黃頌平醫(yī)生和陸煒強(qiáng)先生共同開發(fā)。后二者在參與該項(xiàng)目時(shí)還是醫(yī)學(xué)生。 這項(xiàng)人工智能驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新技術(shù)通過(guò)在rTKR手術(shù)中創(chuàng)建符合每位患者獨(dú)特膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)的個(gè)性化植入物定位精度，優(yōu)化了rTKR手術(shù)中的個(gè)性化植入物定位。 這種創(chuàng)新方法解決了手術(shù)期間手動(dòng)規(guī)劃的問(wèn)題，幫助外科醫(yī)生精確對(duì)齊膝關(guān)節(jié)組件，從而可能帶來(lái)更好的術(shù)后效果和植入物壽命，并縮短手術(shù)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，堪稱該領(lǐng)域的顛覆性創(chuàng)新。自2023年8月以來(lái)，已有約200名患者使用這種新方法接受了手術(shù)。

克服當(dāng)前rTKR方法的挑戰(zhàn)：

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKR)是最常見(jiàn)的骨科手術(shù)之一，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從1999年的每10萬(wàn)名65歲及以上患者中有187名患者接受手術(shù)，到2019年的499名患者。在此期間，患病率增加了2.7倍[1]。對(duì)于因骨關(guān)節(jié)炎等各種退行性疾病而出現(xiàn)嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)疼痛的患者，全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)(TKR)為他們提供了恢復(fù)無(wú)痛活動(dòng)能力的機(jī)會(huì)，從而改善他們的生活質(zhì)量。在過(guò)去的五年中，機(jī)器人全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)(rTKR)因其精確性和改善患者預(yù)后的潛力而變得越來(lái)越受歡迎。

然而，挑戰(zhàn)依然存在。在機(jī)器人膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，找到滿足外科醫(yī)生目標(biāo)和患者解剖結(jié)構(gòu)的最佳解決方案可能是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，因?yàn)槊總€(gè)人的骨骼和韌帶結(jié)構(gòu)都是獨(dú)一無(wú)二的。植入物的準(zhǔn)確定位對(duì)于術(shù)后膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)功能、患者的舒適度和手術(shù)的成功至關(guān)重要。

目前，rTKR外科醫(yī)生在手術(shù)中手動(dòng)計(jì)劃和調(diào)整股骨和脛骨植入物的定位。這可能是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，因?yàn)樗枰辽僭?個(gè)運(yùn)動(dòng)軸/自由度上對(duì)兩個(gè)植入物進(jìn)行三維考慮。由于每個(gè)自由度都會(huì)影響其他自由度，因此為每位患者找到最理想的植入物位置可能具有挑戰(zhàn)性。這可能需要外科醫(yī)生考慮上千種可能性，并多次重復(fù)鋸骨和松解軟組織。目前，在手術(shù)室中，這項(xiàng)工作需要手動(dòng)完成，耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)15分鐘。在時(shí)間壓力下，外科醫(yī)生在確定實(shí)施方案之前，探索更多可能性的時(shí)間有限。因此，手動(dòng)規(guī)劃可能耗時(shí)較長(zhǎng)，并可能影響手術(shù)結(jié)果。

新算法和方案的特點(diǎn)：

這種新穎的人工智能算法集成在切割機(jī)器人的軟件界面中，經(jīng)證實(shí)能夠應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，提高手術(shù)規(guī)劃的精確度，縮短手術(shù)時(shí)間。它考慮了定位中至少8個(gè)自由度及其相互關(guān)系(即每個(gè)自由度如何影響其他自由度)。該算法計(jì)算了數(shù)千種排列組合，以確定理想的優(yōu)化植入物規(guī)劃定位，精度高達(dá)±0.5mm，用時(shí)不到0.1秒(點(diǎn)擊鏈接：亞歷山大醫(yī)院的動(dòng)畫視頻)，最大限度地減少了手術(shù)期間手動(dòng)調(diào)整所需的時(shí)間。

臨床益處和未來(lái)前景：

該算法已被證明可顯著提高TKR植入物計(jì)劃的準(zhǔn)確性，并節(jié)省手術(shù)時(shí)間，從而減少失血量和縮短麻醉時(shí)間。目前正在進(jìn)行進(jìn)一步的長(zhǎng)期研究，以調(diào)查這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)通過(guò)降低植入位置不理想、不必要的手術(shù)時(shí)間、失血量和感染率，從而改善患者預(yù)后和安全性。通過(guò)提高計(jì)劃精度，還可以降低術(shù)后并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，如松動(dòng)、磨損和不穩(wěn)定，減少所需的翻修手術(shù)次數(shù)，并有助于提高長(zhǎng)期植入物的功能和壽命，從而節(jié)省長(zhǎng)期成本。

提高精確度：根據(jù)患者獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)和外科醫(yī)生的個(gè)人理念，實(shí)現(xiàn)植入物計(jì)劃定位精度為±0.5mm。

計(jì)算效率：在0.1秒內(nèi)(以前需要15分鐘，包括重做骨鋸切割和軟組織釋放)，算法可解決數(shù)千個(gè)解決方案的超平面，并有效排列最佳解決方案。

縮短手術(shù)時(shí)間：最大限度地減少術(shù)中計(jì)劃所需的時(shí)間，從而縮短手術(shù)總時(shí)間。

手術(shù)效率：使用該算法的手術(shù)比依賴人工計(jì)劃的手術(shù)大約快48%[2]。

患者擇期手術(shù)的等待時(shí)間可能縮短。

AH團(tuán)隊(duì)曾進(jìn)行了一項(xiàng)研究，評(píng)估該算法的有效性，結(jié)果表明有望提高精確度并縮短手術(shù)時(shí)間。該研究項(xiàng)目在2024年新加坡骨科協(xié)會(huì)年度科學(xué)會(huì)議上獲得了P Balasubramaniam獎(jiǎng)，并在2024年國(guó)際人工關(guān)節(jié)置換技術(shù)學(xué)會(huì)(ISTA)科學(xué)大會(huì)上進(jìn)行了展示。

一項(xiàng)涉及2021年11月至2023年12月期間接受rTKR手術(shù)的67名連續(xù)患者的預(yù)期研究證明了該算法的有效性。在這些患者中，25名在手術(shù)中使用了該算法，而42名沒(méi)有使用：

提高精確度：使用該算法的rTKR患者中，92%的手術(shù)間隙在±1.5mm以內(nèi)，而未使用該算法的手動(dòng)手術(shù)組中，只有52%的手術(shù)間隙在±1.5mm以內(nèi)。

輸出一致性：手術(shù)效果不受患者年齡、性別、身高或膝關(guān)節(jié)退化程度等變量的影響。

更高的患者滿意度：由于對(duì)齊效果更好且并發(fā)癥更少，患者對(duì)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的滿意度往往更高。

"我熱衷于采用創(chuàng)新解決方案來(lái)提高患者治療效果。"廖子強(qiáng)顧問(wèn)醫(yī)生說(shuō)道。他補(bǔ)充道："看到我的患者術(shù)后生活質(zhì)量顯著提高，我感到非常高興和滿足。通過(guò)持續(xù)研究來(lái)驗(yàn)證其長(zhǎng)期影響，這種人工智能驅(qū)動(dòng)的方法有可能為機(jī)器人輔助骨科手術(shù)樹立新的標(biāo)準(zhǔn)，最終惠及全球的患者和外科醫(yī)生。"

[1] 新加坡衛(wèi)生部管理醫(yī)療成本增加

[2] 從平均一小時(shí)以上縮短到40分鐘以內(nèi)。