近年来，腰椎手术机器人的作用已经很显著。它可以辅助医生完成术中导航、螺钉植入和影像定位。

但面对真正狭窄、弯曲的手术空间，机器人能不能把器械送进去，沿着狭窄而复杂的路径抵达传统工具难以触及的位置，再完成切除和止血？

这仍然是一道难题。

近日，四川大学华西医院手术机器人研究团队，研发出一套名为 MicroSpine 的微创脊柱手术机器人系统。它最特别的地方，不是机械臂更大，而是足够小。这是目前外径最小，自由度最多的手术机器人系统。

系统将三根外径仅 2 毫米的细长机械臂，集成进一根外径 8 毫米的套管。三根机械臂分别搭载内窥镜、抓钳和铥激光光纤，可以沿侧前方入路进入狭窄椎间隙，再向后方弯曲，尝试完成神经减压。

相关论文于近日发表在机器人领域顶级期刊《Science Robotics》，题为《A minimally invasive robotic spinal surgical system for anterior lumbar nerve decompression》。

01.

从前方进入很微创，但未必能减压彻底

腰椎退行性疾病的核心问题并不复杂。

椎间盘突出、骨赘形成、黄韧带肥厚等病变组织，会挤压椎管内的神经，引发腰痛、腿痛甚至活动障碍。手术的目标，是切除这些压迫组织，释放神经。

传统后路手术的优势，是医生可以从背部直接抵达病灶，充分处理后方组织。

代价也很明显。需要切开皮肤、分离椎旁肌肉，创伤和出血相对较大。论文引用的既有研究显示，传统后路减压术的症状缓解率可以超过 85%，但术中出血量通常为 300至500毫升，相关并发症风险为21.6%。

另一种路径，是从腰椎侧前方进入。

斜外侧腰椎椎间融合术，也就是OLIF（Oblique Lateral Interbody Fusion），可以利用腹膜后天然解剖间隙建立手术通道，减少对背部肌肉的损伤。论文引用的研究数据显示，其术中出血量通常约为 30 毫升。

然而，问题在于，传统OLIF更多依赖“间接减压”。

医生植入融合器，撑开椎间隙，为神经争取空间。但面对后方的骨赘、肥厚关节突等病变组织，笔直而刚性的器械很难绕过去直接切除。

论文援引既有临床研究指出，OLIF对中央椎管狭窄的有效率为 65%至78%，术后残留症状比例可达32.4%。器械到不了，是一个重要原因。

MicroSpine 想解决的，正是这个问题。它试图保留前路手术创伤较小的优势，同时把减压方式从“撑开空间”变成“直接切除”。

02.

三根机械臂，挤进一根8毫米套管

人的腰椎椎间隙通常只有8至13毫米高。

在如此狭窄的空间里，医生不仅要看清组织，还要同时完成牵拉、切除和止血。常规手术器械尺寸较大，末端又缺乏灵活性，很难完成这种多工具协同。

MicroSpine 的解决思路，是把器械做得更细、更灵活。

三根机械臂外径均为 2毫米，内径为 0.9 毫米。每根机械臂拥有 6 个自由度，总计 18 个自由度。三根机械臂被集成在一根外径 8 毫米的套管内，分别承担不同任务。

一根搭载可调弯内窥镜，负责观察手术区域；一根搭载抓钳，用于牵拉神经、剥离组织和取出切除物；另一根搭载铥激光光纤，用于切除组织和止血。

套管内部还设置了固定摄像头、冲洗通道和吸引通道。生理盐水持续循环，一边清洁镜头，一边带走组织碎屑，并辅助维持清晰视野。

真正关键的，是机械臂本身的结构。

研究团队采用了一种同心推拉机器人结构，英文简称 CPPR（Concentric Push-Pull Robot）。简单理解，每个可转向段由两根同心嵌套的薄壁空心钢管构成。钢管表面加工出精细的榫卯式切缝，通过内外管之间的相对推拉，机械臂前端可以发生弯曲。它的材料就是常见的医疗级不锈钢。

近端和远端两段机械臂的最大弯曲角度，分别达到98度和120 度。这让它不只是“向前伸”，而是可以在进入椎间隙后继续转弯，绕到脊柱后方。

榫卯结构还有另一个作用。机械臂弯曲时，切缝之间会逐渐咬合，从而提高刚度。处理神经附近的软组织时，可以保留一定柔顺性；面对需要牵拉的组织时，又可以提高支撑力。

在单臂的操作力测试中，近端和远端结构能够产生的最大末端作用力分别为 4.4N和 2.6 N。开放环路径跟踪测试中，系统的均方根位置误差为0.9 mm，最大误差为1.65mm。

它不是单纯追求“柔”，而是在狭窄空间里寻找灵活性与刚度之间的平衡。

03.

机械臂能不能绕到后方？先用3D打印脊柱测试

为了验证系统能否抵达传统器械难以触及的位置，研究团队首先制作了一套3D打印的人体腰椎模型。模型来自真实患者的CT数据，覆盖 L3 至 L5 腰椎区域，并模拟了椎间盘突出等病变结构。

实验重点不是切得多快，而是看三根机械臂能不能真正穿过狭窄椎间隙，到达六个关键区域：左右两侧的上、下关节突，以及 L4、L5 椎体后方中线区域。

结果显示，在 20 次重复实验中，机械臂到达左后方区域的成功率为100%，到达右后方区域的成功率为 95%。

唯一一次失败发生在首次实验中，原因是操作者对解剖位置判断不准确。此后的测试均成功完成。

MicroSpine 的价值并不在于替代融合器，而在于补上OLIF 的短板。从前侧方进入之后，器械仍然能够跨过中线，绕到脊柱后方，对两侧关节突附近的病变组织进行直接处理。

04.

激光既负责切除，也负责止血

机械臂足够细，也带来了新的问题。

直径只有 2 毫米，意味着器械本身能够提供的机械切削力有限。面对骨性组织，仅靠微型抓钳很难完成有效切除。研究团队因此引入了铥激光。在猪脊柱活体实验中，团队测试了不同激光参数，用于处理纤维环、髓核、关节突和静脉出血。

实验过程中，研究人员首先以2焦耳、20 瓦的参数尝试切除坚韧的纤维组织，但能量不足。将参数调整为 4 焦耳、40 瓦后，激光可以有效切除纤维环。

在出现短暂出血后，团队再次将激光参数切换至 2焦耳、20瓦，用于静脉止血。配合生理盐水循环，浑浊液体被快速吸走，视野重新恢复清晰。

论文记录显示，这次出血持续约10 秒，估算总出血量约为 5 毫升。完成椎间盘切除后，研究人员将激光调整至 4焦耳、60 瓦，对右侧上、下关节突进行处理，耗时约 2 分钟。

激光在这里承担了两个任务：既是切除工具，也是止血工具。医生不需要频繁更换器械，三根机械臂可以在狭窄空间内持续协同工作。

但这项实验也有明确边界。猪腰椎椎间隙高度只有约 3 毫米，明显窄于人体腰椎。受空间限制，机械臂几乎无法进入左后方区域；其中一根机械臂末端也没有安装抓钳，仅用于剥离组织。

因此，这一阶段主要验证的是铥激光切除、即时止血和机械臂操作能力。

05.

尸体标本实验：约3厘米切口，减压流程约15分钟

随后，团队进一步开展了“大体老师”标本实验。

研究人员沿用标准 OLIF 手术路径，在标本侧腰部建立约 3 厘米长的切口，通过腹膜后通道抵达 L3 至 L4 椎间隙。

侧方撑开器将椎间空间扩大至约 8 毫米。医生在椎间盘上手动建立一个 7 毫米×16 毫米的入口，随后将三根机械臂送入。

进入椎间隙后，铥激光首先切除椎间盘组织，建立一条通往后方的路径。可转向内窥镜随后穿过通道，对后方区域进行观察。

激光机械臂和抓钳机械臂继续向左右两侧移动，抵达上、下关节突附近。抓钳负责剥离组织，激光负责处理骨性结构。完成减压后，医生再手动植入融合器，恢复脊柱稳定性。

论文记录显示，整个减压流程从切除椎间盘开始，到套管退出撑开器结束，耗时约15 钟。其中相当一部分时间用于通过锥形束 CT 确认手术位置。

但这一数据需要谨慎理解。

这不是临床手术。尸体标本本身并未被诊断为腰椎退行性疾病，而且已冷藏保存超过一年，因此实验无法真实反映活体组织出血、术后恢复和并发症情况。

它证明的是，三支机械臂可以进入狭窄椎间隙，抵达左右两侧后方区域，并完成组织切除。距离真正进入临床，还有很长的一段路。

06.

脊柱手术机器人，开始从“导航”走向“操作”

目前，MicroSpine 仍是一套实验阶段的机器人系统。

论文也明确指出了它的局限。由于机械臂内部空间有限，系统尚未集成末端传感器，目前仍采用开环控制。医生主要依靠内窥镜画面判断器械位置，无法获得触觉反馈。

现有的人机交互界面也不够直观，操作效率仍有提升空间。微型内窥镜的画面分辨率只有 400×400 像素，焦距约5 毫米，距离高质量临床成像仍有差距。

研究团队计划进一步集成光纤布拉格光栅传感器，为机械臂增加本体感知能力；同时引入多模态大语言模型，融合术前影像、机器人运动学信息和实时内窥镜视频，辅助医生理解术中场景并作出决策。

MicroSpine 的意义，不在于已经解决了所有问题。

它展示了一种值得关注的变化：脊柱手术机器人正在尝试从“辅助定位”走向“进入体内完成操作”。

当机械臂缩小到毫米级，可以进入过去难以抵达的空间；当器械末端具备足够的弯曲能力，可以绕开直线工具的局限；当内窥镜、抓钳和激光被压缩进同一条微创通道，机器人就不再只是导航仪，而开始成为医生伸进人体深处的一双手。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adu0590