据《2023年中国退行性脊柱健康报告》显示,我国脊柱疾病潜在患病人群超2亿。传统开放手术创伤大、并发症多,而单侧双通道脊柱内镜技术(UBE)因其“双孔入路、灵活操作”的特点,成为微创领域的焦点。然而,现有UBE技术依赖医生手动操作,存在器械灵活性不足、术中辐射风险高等难题。在此背景下,山东大学杜孟辉团队联合深圳鑫君特医疗,通过“刚柔共融设计”“智能协同控制”等核心技术突破,研发出全球首套整合式单侧双通道脊柱内镜手术机器人系统,为脊柱微创手术的精准化与智能化注入新动能。

单侧双通道脊柱内镜技术(UBE)本身由国内外多团队推动发展。例如,上海第十人民医院贺石生团队研发的“V型双通道脊柱内镜系统”聚焦内镜器械创新411,而深圳鑫君特公司的ORTHBOT机器人则专注于导航定位。相比之下,杜孟辉团队的核心贡献在于手术执行器与智能协同操作的整合,将机器人技术与UBE术式深度融合,解决了传统手术器械在狭窄骨性腔道中的操作难题,填补了国内在该领域的空白,推动了脊柱微创手术向智能化、精准化发展 。

杜孟辉团队的主要创新点包括:可变刚度连续体机械臂、模块化快换手术执行器与高维约束空间下的智能协同控制。可变刚度连续体机械臂基于驱动丝与张紧丝的独立调控机制,机械臂可在“柔性避障”与“刚性支撑”模式间实时切换,突破传统器械“非软即硬”的局限。模块化快换手术执行器首创塔形快换装置,支持磨削、夹持、凝血等6类工具的5秒级切换,效率较传统方式提升5倍。高维约束空间下的智能协同控制基于包围盒算法与阻抗控制,机器人可实时构建虚拟安全边界,在靠近神经或血管时自动限位,并通过主从映射框架实现医生操作力度的动态修正,误差控制小于0.3毫米。

从腰椎到颈椎,UBE机器人拓展着微创边界。UBE技术自20世纪90年代发展至今,已从腰椎间盘突出症逐步拓展至颈椎病、胸椎管狭窄等复杂病症。而杜孟辉团队的机器人系统进一步突破了应用场景限制。针对复发性腰椎间盘突出症,机器人可精准分离神经周围粘连组织,将手术时间缩短至179分钟,出血量降低至132毫升,术后卧床时间仅1.5天。通过后路单侧入路双侧减压,机器人实现颈椎管狭窄的精准解压,术后患者颈部功能障碍指数(NDI)从术前40分降至6.8分,硬膜撕裂等并发症发生率低于2%。团队正探索UBE技术在胸椎黄韧带骨化及腰椎转移性肿瘤中的应用,初步案例显示,患者疼痛VAS评分改善率达80%,且无术中神经损伤。

当前全球脊柱手术机器人市场由美国捷迈邦美(ROSA One)、美敦力(MAZOR X)主导,但其功能缺乏执行器与操作系统的深度整合。杜孟辉团队通过“机械臂-执行器-导航”一体化设计,率先实现从术前规划到术中操作的全流程智能化,填补国内高端UBE医疗设备技术空白。目前,该系统已申请发明专利4项,并与深圳鑫君特医疗启动临床试验,预计2年内落地应用。据测算,其产业化后将降低40%手术成本,推动我国脊柱微创手术渗透率提升至30%以上。

杜孟辉团队的技术突破,不仅标志着国产高端医疗装备的自主创新实力,更为全球脊柱微创手术提供了新范式。未来,随着UBE机器人技术的普及,更多患者将受益于精准、安全的智能化医疗解决方案,中国智慧亦将在全球医疗科技竞争中占据重要一席。