近年來，腰椎手術機器人的作用已經很顯著。它可以輔助醫生完成術中導航、螺釘植入和影像定位。

但面對真正狹窄、彎曲的手術空間，機器人能不能把器械送進去，沿著狹窄而復雜的路徑抵達傳統工具難以觸及的位置，再完成切除和止血？

這仍然是一道難題。

近日，四川大學華西醫院手術機器人研究團隊，研發出一套名為 MicroSpine 的微創脊柱手術機器人系統。它最特別的地方，不是機械臂更大，而是足夠小。這是目前外徑最小，自由度最多的手術機器人系統。

系統將三根外徑僅 2 毫米的細長機械臂，集成進一根外徑 8 毫米的套管。三根機械臂分別搭載內窺鏡、抓鉗和銩激光光纖，可以沿側前方入路進入狹窄椎間隙，再向后方彎曲，嘗試完成神經減壓。

相關論文于近日發表在機器人領域頂級期刊《Science Robotics》，題為《A minimally invasive robotic spinal surgical system for anterior lumbar nerve decompression》。

01.

從前方進入很微創，但未必能減壓徹底

腰椎退行性疾病的核心問題并不復雜。

椎間盤突出、骨贅形成、黃韌帶肥厚等病變組織，會擠壓椎管內的神經，引發腰痛、腿痛甚至活動障礙。手術的目標，是切除這些壓迫組織，釋放神經。

傳統后路手術的優勢，是醫生可以從背部直接抵達病灶，充分處理后方組織。

代價也很明顯。需要切開皮膚、分離椎旁肌肉，創傷和出血相對較大。論文引用的既有研究顯示，傳統后路減壓術的癥狀緩解率可以超過 85%，但術中出血量通常為 300至500毫升，相關并發癥風險為21.6%。

另一種路徑，是從腰椎側前方進入。

斜外側腰椎椎間融合術，也就是OLIF（Oblique Lateral Interbody Fusion），可以利用腹膜后天然解剖間隙建立手術通道，減少對背部肌肉的損傷。論文引用的研究數據顯示，其術中出血量通常約為 30 毫升。

然而，問題在于，傳統OLIF更多依賴“間接減壓”。

醫生植入融合器，撐開椎間隙，為神經爭取空間。但面對后方的骨贅、肥厚關節突等病變組織，筆直而剛性的器械很難繞過去直接切除。

論文援引既有臨床研究指出，OLIF對中央椎管狹窄的有效率為 65%至78%，術后殘留癥狀比例可達32.4%。器械到不了，是一個重要原因。

MicroSpine 想解決的，正是這個問題。它試圖保留前路手術創傷較小的優勢，同時把減壓方式從“撐開空間”變成“直接切除”。

02.

三根機械臂，擠進一根8毫米套管

人的腰椎椎間隙通常只有8至13毫米高。

在如此狹窄的空間里，醫生不僅要看清組織，還要同時完成牽拉、切除和止血。常規手術器械尺寸較大，末端又缺乏靈活性，很難完成這種多工具協同。

MicroSpine 的解決思路，是把器械做得更細、更靈活。

三根機械臂外徑均為 2毫米，內徑為 0.9 毫米。每根機械臂擁有 6 個自由度，總計 18 個自由度。三根機械臂被集成在一根外徑 8 毫米的套管內，分別承擔不同任務。

一根搭載可調彎內窺鏡，負責觀察手術區域；一根搭載抓鉗，用于牽拉神經、剝離組織和取出切除物；另一根搭載銩激光光纖，用于切除組織和止血。

套管內部還設置了固定攝像頭、沖洗通道和吸引通道。生理鹽水持續循環，一邊清潔鏡頭，一邊帶走組織碎屑，并輔助維持清晰視野。

真正關鍵的，是機械臂本身的結構。

研究團隊采用了一種同心推拉機器人結構，英文簡稱 CPPR（Concentric Push-Pull Robot）。簡單理解，每個可轉向段由兩根同心嵌套的薄壁空心鋼管構成。鋼管表面加工出精細的榫卯式切縫，通過內外管之間的相對推拉，機械臂前端可以發生彎曲。它的材料就是常見的醫療級不銹鋼。

近端和遠端兩段機械臂的最大彎曲角度，分別達到98度和120 度。這讓它不只是“向前伸”，而是可以在進入椎間隙后繼續轉彎，繞到脊柱后方。

榫卯結構還有另一個作用。機械臂彎曲時，切縫之間會逐漸咬合，從而提高剛度。處理神經附近的軟組織時，可以保留一定柔順性；面對需要牽拉的組織時，又可以提高支撐力。

在單臂的操作力測試中，近端和遠端結構能夠產生的最大末端作用力分別為 4.4N和 2.6 N。開放環路徑跟蹤測試中，系統的均方根位置誤差為0.9 mm，最大誤差為1.65mm。

它不是單純追求“柔”，而是在狹窄空間里尋找靈活性與剛度之間的平衡。

03.

機械臂能不能繞到后方？先用3D打印脊柱測試

為了驗證系統能否抵達傳統器械難以觸及的位置，研究團隊首先制作了一套3D打印的人體腰椎模型。模型來自真實患者的CT數據，覆蓋 L3 至 L5 腰椎區域，并模擬了椎間盤突出等病變結構。

實驗重點不是切得多快，而是看三根機械臂能不能真正穿過狹窄椎間隙，到達六個關鍵區域：左右兩側的上、下關節突，以及 L4、L5 椎體后方中線區域。

結果顯示，在 20 次重復實驗中，機械臂到達左后方區域的成功率為100%，到達右后方區域的成功率為 95%。

唯一一次失敗發生在首次實驗中，原因是操作者對解剖位置判斷不準確。此后的測試均成功完成。

MicroSpine 的價值并不在于替代融合器，而在于補上OLIF 的短板。從前側方進入之后，器械仍然能夠跨過中線，繞到脊柱后方，對兩側關節突附近的病變組織進行直接處理。

04.

激光既負責切除，也負責止血

機械臂足夠細，也帶來了新的問題。

直徑只有 2 毫米，意味著器械本身能夠提供的機械切削力有限。面對骨性組織，僅靠微型抓鉗很難完成有效切除。研究團隊因此引入了銩激光。在豬脊柱活體實驗中，團隊測試了不同激光參數，用于處理纖維環、髓核、關節突和靜脈出血。

實驗過程中，研究人員首先以2焦耳、20 瓦的參數嘗試切除堅韌的纖維組織，但能量不足。將參數調整為 4 焦耳、40 瓦后，激光可以有效切除纖維環。

在出現短暫出血后，團隊再次將激光參數切換至 2焦耳、20瓦，用于靜脈止血。配合生理鹽水循環，渾濁液體被快速吸走，視野重新恢復清晰。

論文記錄顯示，這次出血持續約10 秒，估算總出血量約為 5 毫升。完成椎間盤切除后，研究人員將激光調整至 4焦耳、60 瓦，對右側上、下關節突進行處理，耗時約 2 分鐘。

激光在這里承擔了兩個任務：既是切除工具，也是止血工具。醫生不需要頻繁更換器械，三根機械臂可以在狹窄空間內持續協同工作。

但這項實驗也有明確邊界。豬腰椎椎間隙高度只有約 3 毫米，明顯窄于人體腰椎。受空間限制，機械臂幾乎無法進入左后方區域；其中一根機械臂末端也沒有安裝抓鉗，僅用于剝離組織。

因此，這一階段主要驗證的是銩激光切除、即時止血和機械臂操作能力。

05.

尸體標本實驗：約3厘米切口，減壓流程約15分鐘

隨后，團隊進一步開展了“大體老師”標本實驗。

研究人員沿用標準 OLIF 手術路徑，在標本側腰部建立約 3 厘米長的切口，通過腹膜后通道抵達 L3 至 L4 椎間隙。

側方撐開器將椎間空間擴大至約 8 毫米。醫生在椎間盤上手動建立一個 7 毫米×16 毫米的入口，隨后將三根機械臂送入。

進入椎間隙后，銩激光首先切除椎間盤組織，建立一條通往后方的路徑。可轉向內窺鏡隨后穿過通道，對后方區域進行觀察。

激光機械臂和抓鉗機械臂繼續向左右兩側移動，抵達上、下關節突附近。抓鉗負責剝離組織，激光負責處理骨性結構。完成減壓后，醫生再手動植入融合器，恢復脊柱穩定性。

論文記錄顯示，整個減壓流程從切除椎間盤開始，到套管退出撐開器結束，耗時約15 鐘。其中相當一部分時間用于通過錐形束 CT 確認手術位置。

但這一數據需要謹慎理解。

這不是臨床手術。尸體標本本身并未被診斷為腰椎退行性疾病，而且已冷藏保存超過一年，因此實驗無法真實反映活體組織出血、術后恢復和并發癥情況。

它證明的是，三支機械臂可以進入狹窄椎間隙，抵達左右兩側后方區域，并完成組織切除。距離真正進入臨床，還有很長的一段路。

06.

脊柱手術機器人，開始從“導航”走向“操作”

目前，MicroSpine 仍是一套實驗階段的機器人系統。

論文也明確指出了它的局限。由于機械臂內部空間有限，系統尚未集成末端傳感器，目前仍采用開環控制。醫生主要依靠內窺鏡畫面判斷器械位置，無法獲得觸覺反饋。

現有的人機交互界面也不夠直觀，操作效率仍有提升空間。微型內窺鏡的畫面分辨率只有 400×400 像素，焦距約5 毫米，距離高質量臨床成像仍有差距。

研究團隊計劃進一步集成光纖布拉格光柵傳感器，為機械臂增加本體感知能力；同時引入多模態大語言模型，融合術前影像、機器人運動學信息和實時內窺鏡視頻，輔助醫生理解術中場景并作出決策。

MicroSpine 的意義，不在于已經解決了所有問題。

它展示了一種值得關注的變化：脊柱手術機器人正在嘗試從“輔助定位”走向“進入體內完成操作”。

當機械臂縮小到毫米級，可以進入過去難以抵達的空間；當器械末端具備足夠的彎曲能力，可以繞開直線工具的局限；當內窺鏡、抓鉗和激光被壓縮進同一條微創通道，機器人就不再只是導航儀，而開始成為醫生伸進人體深處的一雙手。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adu0590