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电子发声挂图近年来，人工智能与骨科机器人作为医疗领域的研究热点以及重要发展方向，为骨科手术提供了精确的术前规划以及手术导航。人工智能与骨科机器人可以真正实现关节置换手术精准化。人工智能在关节疾病影像诊断、图像分割、术前规划等方面具有巨大的优势，通过更加精确的智能图像分割、更加快捷准确的术前规划可有效降低复杂初次关节置换及翻修术的手术难度，降低临床医生与工程师的沟通成本，理论上可以提高假体选择的准确性。骨科机器人基于X线片或CT扫描信息，在精准术前规划的基础上进行术中的精准骨骼操作，避免术者经验及操作带来的偏差，实现不同级别医生手术水平的同质化，降低关节置换手术的学习曲线，在复杂手术中具有理论上的优势。 时至今日，人工关节置换术已成为各种终末期关节疾病的有效手术方法。随着生活水平的日益提高，患者对人工关节置换术后疗效的要求也在逐渐提高。近年来，通过对手术技术、假体设计和材料的改进，关节置换术后患者的关节功能得到明显提升[1]。尽管在过去的几十年中人工关节置换术已取得了巨大的进步，但仍有部分患者对手术效果不满意。
传统的手术方式高度依赖术者的经验，因此存在可重复性低以及精确度不足等问题[2]。为了应对这些难题，人工智能（artificial intelligence，AI）
以及机器人辅助手术系统应运而生并被应用于关节置换手术中[3,4]。理论上AI以及手术机器人可以取得更好的手术效果，但目前在骨科领域中有成熟应用案例的多为国外产品，包括Surgical Synergy骨科手术智能规划软件（美敦力，美国）、Cuptimize智能规划软件（强生，美国），以及目前关节置换领域使用最广、装机量最大的MAKO机器人系统（史塞克，美国）。但这些产品均存在使用成本较高、数据传输不便、存在数据泄露风险以及不符合中国医生使用习惯等问题。 国内AI以及机器人的研发起步较晚，但也取得了明显的进步。本文就国产AI以及骨科机器人的应用现状及前景作一介绍。
甲烷制氢一、国产AI在人工关节置换术中的应用现状
AI是一个迭代过程，机器通过捕捉信息并将其转化为知识。据文献报道，AI在医疗行业中的应用具有巨大的潜力，其改变日常临床实践的方式具有可行性[5]。AI的机器学习和深度学习已在人工关节置换手术中广泛应用，并取得了一定的效果。例如，机器学习可以用于预测全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）中的假体尺寸[6]；深度学习的算法被用于关节置换术的设计以及区分不同的假体植入物类型[7,8]。AI可以稳定识别基于骨性结构病变的CT图像，适用于关节疾病的诊断以及术前规划；利用AI技术还可以迅速且准确地识别解剖位点、匹配相应的关节假体型号、降低关节置换术后并发症的发生率及改善手术效果[9]。目前，临床中最常使用的软件为HipPlan（Symbios公司，瑞典）和ZedHip/ZedKnee（Lexi
公司，日本）[10]，但均具有复杂性高、耗时长等缺点。吴东等[10]在研究中提出，中国人民解放军总医院第一医学中心骨科首次将AI应用于全髋关节置换（total hip arthroplasty，THA）术前规划中，基于深度学习构建了人工智能髋关节置换系统（AIHIP，北京长木谷医疗科技有限公司，中国）。其最终结果提示AIHIP系统与传统二维模板测量方法相比具有更高的准确性和有效性，同时大幅缩短了术前规划的时间。宋平等[11]使用AIKNEE手术系统（北京长木谷医疗科技有限公司，中国）进行术前规划，对比传统三维术前规划系统，该系统可在3 min内完成术前规划，并具备较高的精确度。
本期文章"三维术前规划辅助全髋关节置换术发育性髋关节发育不良继发骨关节炎"通过使用北京长木谷医疗科技有限公司研发的软件对80例患者进行了分析，比较了三维规划组与常规规划组患者的手术时间、术中出血量、双下肢长度差、假体型号、Harris髋关节功能评分、髋关节偏心距差及并发症等。结果证实三维规划在术中假体型号的选择、肢体重建与术前规划的准确率、手术时间、术后双下肢长度差以及术后1周时Harris 髋关节功能评分方面均有明显的优势。本期的另一篇文章"深度学习卷积神经网络在髋关节翻修术前CT分割领域的研发与初步应用"通过新开发的transformer_unet网络有效地对需要行髋关节翻修术患者的CT影像中股骨、骨盆及假体进行快速、精准分割及三维重建，并且在此基础上初步构建髋关节翻修手术规划系统，为术者提供精准、高效的髋关节翻修手术规划，在临床应用中具有其有效性和实用性。
尽管AI技术在人工关节置换领域中的研究证实了其自身的优越性，但目前可规划的手术范围仍然有限，
对部分复杂病例仍无法识别规划。因此，对已在临床推广应用的AIHIP和AIKNEE等国产AI规划软件应继续扩大规划病种，以实现更为个性化、精确化的术前规划。
二、国产骨科机器人在人工关节置换术中的应用现状
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机器人辅助骨科手术系统已在临床上应用了20多年，可以通过手术的可重复性来改善人工关节置换术，从而更好地恢复关节功能。当前的各种手术机器人系统包括主动、半主动和被动式控制系统等多种不同导航方式。综合考虑骨科手术特点、操作安全性以及手术医生习惯等因素，半主动式机器人系统现已成为主流，该系统可提供一个触觉窗口，外科医生通过该窗口提供的术前规划参数来完成一台人工关节置换术[12]。被动式机器人系统是在外科医生的连续及直接控制下进行一部分外科手术操作，该系统监测手术的进展，并在整个手术过程中提供详细信息，如截骨或磨锉的准确性，术中仍使用常规工具，且医生可根据其判断提出推翻系统的建议。半主动式机器人系统以MAKO（史塞克，美国）为代表；主动式机器人系统以ROBODOC（ISS，美国）、CASPAR（Ortomaquet，德国）和MBARS （卡内基梅隆大学，美国）系统为代表。这两类系统均包含电脑辅助术前计划、机械臂截骨、导航定位监测三个模块。其区别主要体现在半主动式机器人系统是一种触觉反馈系统，由外科医生驱动，负责磨锉和截骨，同时又通过触觉或听觉反馈系统限制空间切割深度来限制截骨量；而主动式机器人则基于患者的术前规划，自行进行切割磨削等工作，术中无须医生
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操作，外科医生只是做很少的信息输入工作，更多的作用是按下紧急关闭按钮。目前，国内即将或已经上市的关节置换机器人包括"鸿鹄"机器人（苏州微创畅行机器人有限公司，中国）、骨圣元化机器人[骨圣元化机器人（深圳）有限公司，中国]、"键嘉"机器人（杭州键嘉机器人有限公司，中国）等，均为半主动式机器人系统。
机器人辅助人工关节置换系统可以通过术前CT扫描创建独特的3D骨模型，协助医生在术前确定合适的假体型号和尺寸、在术中使用机械臂以准确完成术前规划并调整假体安放位置[13]。近年来，已经有大量的研究观察了机器人辅助关节置换的手术疗效。其中多数研究是针对MAKO机器人系统（史塞克，美国）、Navio系统（施乐辉公司，英国）以及ROSA 机器人系统（捷迈公司，美国）。然而由于其技术复杂、存在学习曲线、功能性不足以及手术时间增加而限制了在临床的应用。Batailler等[14]总结了使用MAKO机器人辅助系统行TKA的临床及影像学结果。发现与传统TKA相比，机器人辅助系统在恢复下肢力线与假体对准的精确度上更具有优越性。Li等[15]通过使用HURWA机器人（北京和华瑞博医疗科技有限公司，中国）辅助TKA，发现该机器人辅助系统在恢复下肢力线方面较传统方法更具优势，但患者在术后短期内获得的膝关节功能与传统手术方法的结果相似。Xia等[16]在一项前瞻性研究中证实了"鸿鹄"手术机器人用于TKA可以获得良好的截骨精度，并能很好地达到术前规划角度。这一结果与本期文章"机器人辅助全膝关节置换术的多中心临床研究"的结果一致。其通过比较术前规划与术后测量的髋-膝-踝角、股骨远端外侧角、胫骨近
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