【编者按】上海交通大学与上海第二医科大学强强合并20年来，学校专门设立“医工交叉”研究基金，通过持续搭建平台、探索机制，实现了医学与理工科的深度交叉，培育出多项国家级科研成果，为学校整体实力和学科建设水平实现跨越式提升提供了有力支撑。为反映全校在医工交叉领域的探索经验和取得的不凡成就，新闻网将陆续刊发其中的优秀案例，以期梳理发展历程、总结实践真知，进一步激励广大教职医务工作者深耕交叉融合领域，为推动科技创新、医学发展，早日实现健康中国战略作出新的更大贡献。

李慧武，医学博士，主任医师，博士研究生导师，上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科行政副主任，国家“十三五”重点专项负责人。先后担任中华医学会骨科分会关节学组委员、中华医学会骨科分会青年委员会委员、中国医师协会骨科医师分会数字医学学组副组长、中国研究型医院学会关节外科学专业委员会常务委员、上海生物医学工程学会骨关节工程专委会主任委员、上海医师协会骨科医师分会关节学组执行组长、上海市医学会骨科分会“浦菁会”关节学组组长等26个职务。他提出髋关节翻修新的分型系统——九院分型，主持及参与国家高技术研究发展计划(简称863计划)重大项目等国家级及省部级科研项20余项。主编及参编《外科学》等专著17部，发表论文132篇，其中在The Journal of Bone and Joint Surgery、Clinical Orthopaedics and Related Research、Journal of Arthroplasty等国际权威杂志发表SCI论文90篇。授权专利55项。

作为一名关节外科医生，李慧武一年主刀600～700台手术，由此观察到膝关节炎晚期置换术患者满意度不高。为了降低手术风险和减轻患者痛苦，李慧武投入手术机器人“鸿鹄”的研发中，在机器人的辅助下，手术精度大大提高，手术时间缩短约一半，出血量减少30%以上。“鸿鹄”也成为目前唯一同时获得中国、美国、欧洲、巴西、澳大利亚五地注册认证的国产手术机器人。

膝关节置换难精准，“鸿鹄”问世将误差控制到微米级别

据统计，我国骨关节炎患者数量高达1.2亿人，因疾病进展而需接受人工关节置换者超过500万人。关节结构精密，膝关节作为人们行走的重要依靠，情况更为复杂，对于手术精度的要求尤其高。过去，这个精度仅靠医生的肉眼来控制，很难“打包票”，这导致做完这个手术以后有10%～17%的患者会在10年内出现膝关节问题。目睹患者的痛苦，李慧武常常想，手术为什么会失败？有什么办法能提高成功率？他坦言：“一条腿大概一米多长，膝关节置换要求把误差控制在2毫米，角度控制在2°~3°，人的肉眼是很难精准分辨的，特别对于一些体型相对来说比较壮硕的患者，更加难以精确控制。”

李慧武(左一)进行膝关节置换手术

怎样才能精确？如果直接购买国外设备，一台机器人的售价高达数千万元，几乎不可能在使用过程中调整改进。于是，李慧武决定寻找一种创新的解决方案，走自主研发道路。他设想，如果能根据术前测量的数据，把导板精准地摆到手术位置，就能规避靠肉眼判断的误差，能把误差控制到微米级别。李慧武团队坚定地认为，手术机器人就是解决问题的关键。

为此，李慧武开始四处寻找能够实现这一想法的技术支持。在这个过程中，他遇到了一个棘手的问题：“机器人是个复杂的系统，它的研发需要懂导航和影像系统的人、懂机械工程学知识的人、懂医学的人共同参与。”他将目光投向医院的转化办，请他们将不同领域的人聚集在一起，坐下来交流。2015年的一天下午，李慧武参加了转化办组织的一次聊天，遇到了上海微创医疗机器人(集团)股份有限公司总裁何超博士等。“做一台国内医院买得起、患者用得起的膝关节置换手术机器人”成了双方一拍即合的想法。李慧武把机器人在临床上存在的问题告诉了他们，再根据获得的建议记录下每一个步骤，明确需要做什么样的机器人。安全、效率、准确是它的核心要素，融合这些要素，团队很快形成了初步的“标书”，全力打造中国人的第一台关节手术机器人。

2016年，李慧武负责的“髋膝兼容、安全、高效微创关节置换手术机器人系统研发”项目获批“十三五”国家重点研发计划数字诊疗装备研发专项。同时，上海微创医疗机器人(集团)股份有限公司成立全新子公司——苏州微创畅行机器人有限公司，产学研融合，共同推动国产手术机器人的技术攻关及产业化落地。经过无数次的试验和改进，他们终于研发出一种高精度的手术机器人。这种机器人可以在术前扫描患者的下肢，生成详细的数据模型，并在手术过程中精确地指导医生进行切割，将误差控制在微米级别。这一突破性的技术大大提高了膝关节置换手术的成功率，极大地减轻了患者的痛苦。

李慧武(右二)为国外同行演示国产手术机器人操作

医工交叉要有想法，还要有“牵线人”

回顾“鸿鹄”研发的过程，李慧武感慨：“提出问题，想出解决方法，再去找资源和帮助，这样一条医工交叉的道路就走出来了。”从最初的膝关节置换手术难题的提出，李慧武找到手术失败率高的关键所在，将目标转向代替人眼识别和减小误差的机器人，到集结团队申请项目，直至膝关节置换手术机器人的最终落地，他走出了一条属于自己的医工交叉之路。

“在临床过程中，我们有太多的东西需要改进。”作为医生，能够在第一现场看到现代医学的发展，但同时也会看到其局限性。李慧武希望年轻的医学生在思考临床问题的对策时要敢于尝试。他说：“要允许犯错，也许有一个想法出来，哪怕知道八九成会失败，但是十个项目中只要还有一两个是成功的，那就足够了。”医生在临床实践中发现问题后，为了解决这个问题，要思考通过什么样的路径来实现，需要什么样的资源，需要什么样的人来帮助自己。他表示：“这个过程需要多学科的支持。”李慧武始终强调，医工交叉是为解决特定临床问题服务的，在现代医学发展中日益显现出巨大潜力和重要性。

李慧武深感“牵线人”的重要性。“我一生基本都在临床上，很难接触到不同领域的专家，那就需要有一个‘牵线人’，知道谁擅长什么，能够帮助你‘组局’。”李慧武表示，正是上海交通大学提供了关键助力。通过学校的组织协调，让不同专业领域的人共同解决问题。上海交通大学在各个学科领域的综合实力都很强，有这样得天独厚的优势加持，很多问题在学校内部就解决了。“有了想法、基金支持和管理部门协调，就有更多的时间去研发产品、做出成果。出了成果，还需要有人帮助你转化落地，学校出面和企业沟通、申请专利、临床推广，对我们来说帮助是非常大的。”李慧武由衷感叹。

李慧武团队庆祝手术成功

做前沿原创产品，解骨科临床难题

李慧武认为，在最开始做研发时就要考虑好定位和目标，这点很关键。他们在最开始对机器人的要求就是不只能在本院临床上成功做手术，还要产业化发展，因此在研发机器人的同时也在做临床试验、拿产品注册证，然后建厂生产、销售。在这样的目标和视野下，就需要找一个有共同价值观、真正有情怀的企业合作、共同布局。每做一个零件，都要实现原创，再去申请专利保护，这条路走得很艰辛。

“鸿鹄”起步的最初几年，哪怕小到一根固定带、一颗钉子，都需要反复试验，完成原创设计。那段时间，在第九人民医院骨科手术室里，时不时会出现几名身着白大褂的工程师，站在手术台边细心拆解、揣摩医生护士的动作。“走原创道路很难，但一旦走出来以后，这些产品就可以在全球推广，申请全世界的注册证。”“鸿鹄”手术机器人已在美国、欧洲销售，美国麻省总医院等近10家医院已使用它为患者实施膝关节置换手术。“让美国的教授用中国人制造的高端医疗设备去给美国患者做手术，我觉得这是一个挺了不起的事情。”

“用上了手术机器人，我们才发现其应用场景有多么广。”如外翻膝、石骨症等原本无法通过传统方式手术治疗的病症，现在可通过精细三维建模配合“鸿鹄”手术机器人实现精准操作。2021年，项目团队成立了第九人民医院-微创机器人骨科临床研发中心，持续拓展“鸿鹄”骨科手术机器人的研发应用。中心广邀医学界、工程界乃至基础医学研究等各方专家担任顾问，共同为机器人的创新迭代出谋划策。2022年，该中心启动了国产化髋膝兼容机器人研发项目，作为首个搭载自研机械臂的国产髋膝一体骨科手术机器人，这台机器人已于2023年完成首例全髋关节置换手术。目前，中心正围绕手术机器人开展一系列数字骨科技术研究，促进前沿技术与手术机器人融合。“我们将分阶段实现机器人的远程操控、多功能执行和智能化决策能力。”李慧武表示，希望在未来5～10年，使我国骨科手术机器人达到国际领先水平。

(摘编自《交叉融合 医工同行 上海交通大学医工交叉二十年》 上海交通大学出版社 2025年11月第一版 主编 曾小勤 郑俊克 李冬凉）