骨科机器人辅助脊柱畸形矫正手术智能规划与精准操作关键技术研究

20240115

卫生和社会工作

本项目已经达到6级成熟度，完成专利估值，科技成果评估

该技术经过查新验证和科技成果评价为：在手术机器人领域取得关键技术突破，达到了国内领先水平，填补了国内本专业的技术空白。 并完成样机制作，

可国（境）内外转让

项目的商业模式： 微型智能导航机器人整装100~150万/套，主要使用科室包括使用到穿刺定位操作的外科系统和内科系统以及血管外科、肿瘤、介入、放疗科等待。这样本产品与C臂一样全院可以共用，并可以实现一院多台设备的情况。本项目依托医疗资源与产业资源的双优势，先与全国20家头部医院展开深度合作，开发手术器械终端，将本产品平台化，然后再依托这20家医院向各腹地延伸。运营中心由全国医疗资源聚集地北京延伸覆盖全国地级市。本团队负责人来自于临床一线，更加了解医患需求和市场需求，同时将产品打造为医生研发集团不断壮大产品管线的同时开辟机器人应用市场。 市场规模及前景： 国内手术机器人行业发展仍存有制约因素，行业产业链上游核心零部件仍无法自主生产，跨专业性的专业人才缺口巨大；国内发展仍处在初期，临床数据积累仍需时日，这些都是未来行业发展需进一步克服的难题。 1.规模：2020年，全球手术机器人市场规模约为560亿人民币，预期近年复合增速超19%。而中国为全球最大的应用市场且发展迅猛，预计2030年中国手术机器人的市场规模将达至人民币584亿元，年复合增长率为34.9%。 2.市场空间：无论从政府的政策支持还是终端需求，还是约3300家三级医院的市场规模均在全球处于领先地位，不算国际一线品牌厂家，国内大型机器人赛道已有约20家生产研发企业，而微型化仍处于商业蓝海，市场空间极具想象力。 3.本项目市场分析：截止2022年末，我国三级以上医院3000余家，假设三甲医院平均将拥有3.5台（18003.5）微型定位机器人，其余三级医院拥有2台（12002），二甲医院平均拥有1台（6957*1）共计市场总容量将达到15657台。设备售价：150万/台；耗材售价：1000元/套；每年每台机器人300套耗材，该产品总价值225亿元，耗材年总价值47亿元。

北京市自然科学基金海淀重点研究专题

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

课题一：完成脊柱畸形CT影像数据库的建立及智能学习机制研究报告一份；完成成熟可嵌入机器人系统的脊柱疾病诊断算法开发；完成发明专利授权4项，实用新型专利4项，发表文章SCI文章6篇，核心期刊2篇。 课题二：完成复杂脊柱畸形特征的影像监测采集分析的算法运算；完成基于CCD/ICCD图像识别和术中术野光学图像实时配准。申报发明专利2项，发表论文4篇。 课题三：针对羊胫骨、羊脊柱、猪头骨以及人体脊柱骨等对象，进行了激光能量与穿透深度实验，成功实现骨切削效率大于1mm3/s。通过机器学习确定激光加工参数与钻骨效率关系，实现了可加工范围及最佳钻骨效率的预测。利用在线监测设备如光谱仪等，精准识别并划分周边骨组织。通过传感器反馈信号实现激光聚焦的精确控制，完成参数关联性调控算法，确保骨切削的安全性，最终实现各种安全高效的典型骨切削样品。项目申请专利2项，发表论文6篇。 课题四：进行了医学影像数据采集与脊柱组织三维建模，深入研究了脊柱复杂结构的形态特征，获取了各结构的精确形态参数并进行三维形态建模；设计搭建组织生物力学实验测试平台，开展组织变形建模仿真分析，建立脊柱重要组织与植入器械耦合力学模型，开展组织变形建模仿真分析；基于机械臂实现脊柱椎板切除手术的安全控制策略研究，实现了机械臂自动椎板切除控制技术。相关成果发表SCI论文4篇，中文核心1篇，专利2项，软件著作权1项。