醫(yī)療手術(shù)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀盤點

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發(fā)展歷史

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現(xiàn)況盤點

隨著運用場景的不斷拓寬，在高難度手術(shù)或簡單手術(shù)中越來越被重視，手術(shù)機器人具備消費升級屬性，滲透各科領(lǐng)域，許多產(chǎn)品不斷商業(yè)化，形成潛力巨大的市場，其中腔鏡手術(shù)機器人是商業(yè)化最成功的代表，在未來骨科手術(shù)機器人有望成為下一個廣泛被使用輔助手術(shù)的機器人。

與發(fā)達國家相比，我國醫(yī)療機器人產(chǎn)業(yè)起步較晚，雖然國內(nèi)醫(yī)療布局機器人領(lǐng)域的公司迅速增加，但大多企業(yè)仍處于研發(fā)或臨床試驗階段。目前國產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)積累（系統(tǒng)和手臂方面）、臨床數(shù)據(jù)、專利、國際化能力、核心零部件等方面與國際龍頭存在差距，但國產(chǎn)手術(shù)機器人在國內(nèi)新技術(shù)的支持下——5G與遠程、AR技術(shù)、人工智能，彎道超車指日可待。

放眼全球，北美、歐洲和亞太地區(qū)是醫(yī)療機器人的主要市場。其中，北美市場較為成熟，發(fā)達歐洲國家緊跟其后。隨著醫(yī)療機器人在美國市場的發(fā)展逐漸步入成熟期，市場重心逐漸向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，亞太地區(qū)的醫(yī)療機器人裝機量和承接手術(shù)量快速增長。截至2020年世界已經(jīng)開展了超過850萬臺機器人手術(shù)，每26s就有一位患者進行機器人手術(shù)，并以每年20%的比例在增長，中國的臨床需求量更大。中國人口基數(shù)大、手術(shù)市場需求大且醫(yī)療機器人起步晚、增長空間大。由此可見，我國手術(shù)機器人的發(fā)展具有巨大潛力。

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國際國內(nèi)典型的手術(shù)機器人情況

Intuitive Surgical公司——達芬奇系統(tǒng)(da Vinci Surgical System)，目前全球最先進的醫(yī)療機器人。達芬奇系統(tǒng)主要由醫(yī)生操作控制臺、三維成像視頻影像平臺和機械臂，攝像臂和手術(shù)器械組成移動平臺等三部分組成。在實施手術(shù)時，主刀醫(yī)生通過三維視覺系統(tǒng)和動作定標系統(tǒng)操作控制，由機械臂以及手術(shù)器械模擬完成醫(yī)生的手術(shù)操作。通過這臺精密的機器人，醫(yī)生可以進行更加精準的手術(shù)，病人損傷更小，出血量更少。

CMR Surgical公司——腹腔鏡手術(shù)機器人系統(tǒng)Versius，儀器體積小，易于轉(zhuǎn)移及運送，設(shè)置和調(diào)試時間僅需要15分鐘，可以允許外科醫(yī)生進行最小通路手術(shù)。Versius手術(shù)機器人可以模仿人類手臂，進行各種腹腔鏡手術(shù)，包括疝修補手術(shù)，結(jié)腸直腸手術(shù)，前列腺和耳鼻喉手術(shù)，做手術(shù)時需要切出一些小口子，這樣就可以避免實施傳統(tǒng)的開放性手術(shù)。

Titan Medical公司——SPORT Surgical System，一款多功能的單端口高級機器人手術(shù)系統(tǒng)，由外科醫(yī)生控制的患者推車組成，具有用于執(zhí)行MIS程序的多關(guān)節(jié)儀器和3D高清晰度可視化平板顯示器，配備了符合人體工程學(xué)的開放式工作站，同時支持單象限和多象限手術(shù)的廣泛應(yīng)用。主要聚焦普通外科、婦科和泌尿科三種手術(shù)類型。

天智航——天璣?骨科手術(shù)機器人，系統(tǒng)由機械臂主機、光學(xué)跟蹤系統(tǒng)、主控臺車構(gòu)成。光學(xué)跟蹤系統(tǒng)不僅幫助醫(yī)生洞察骨骼的每一個深處，還實時監(jiān)控每一個手術(shù)環(huán)節(jié)；機械臂運動靈活、操作穩(wěn)定，能達到亞毫米的精度；而主控電腦系統(tǒng)將醫(yī)生的想法傳達給機械臂主機和光學(xué)跟蹤系統(tǒng)。

微創(chuàng)公司——圖邁?腔鏡手術(shù)機器人，實現(xiàn)首例完全由中國自主研發(fā)的腔鏡手術(shù)機器人完成的機器人輔助腔鏡前列腺根治術(shù)，在狹窄空間下完成尿道重建；順利開展了多例高難度腎部分切除術(shù)，3D腔鏡系統(tǒng)提供立體真實的手術(shù)視野，直覺式主從遙操作靈敏易上手，從而簡化手術(shù)操作，縮短手術(shù)時間，具有極高的臨床優(yōu)勢。圖邁?成功應(yīng)用于各類高難度泌尿外科手術(shù)，標志著國產(chǎn)手術(shù)機器人具有在狹窄解剖空間內(nèi)輔助醫(yī)生完成復(fù)雜手術(shù)的能力。

柏惠維康——“睿米”神經(jīng)外科手術(shù)機器人，借助自主研發(fā)軟件和算法、獨立的光學(xué)跟蹤導(dǎo)航系統(tǒng)、自動識別的無創(chuàng)標志物及“腦”“眼”“手”完美配合，實現(xiàn)精準的全顱腦定位，綜合導(dǎo)航定位精度0.5mm以內(nèi)，全自動注冊時間2分鐘以內(nèi)，是神經(jīng)外科手術(shù)機器人中唯一可以實現(xiàn)術(shù)中實時光學(xué)導(dǎo)航的產(chǎn)品。

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為什么醫(yī)療AI 沒有走通，

而手術(shù)機器人能夠走通產(chǎn)業(yè)化通道？

以達芬奇手術(shù)機器人的成功路徑為例：

● 手術(shù)機器人突破了非標準化障礙：

人工智能——其三要素為算力、算法、數(shù)據(jù)。算力提供硬件支持，近年來云計算推動了算力突破；算法抓取高質(zhì)量數(shù)據(jù)建模并不斷學(xué)習(xí)與優(yōu)化，近年來進化迅速。由于傳統(tǒng)手術(shù)的主觀操作性，使得手術(shù)操作無法被量化，無法產(chǎn)生有效的標準化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)非標準化阻礙了手術(shù)的數(shù)字化與智能化發(fā)展進程。

手術(shù)機器人——定量化手術(shù)方式的締造者。手術(shù)機器人應(yīng)用時手術(shù)操作通過電信號傳達機械臂，對患者進行定位與微創(chuàng)手術(shù)操作。此過程一方面使得手術(shù)操作可以量化并轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)；另一方面通過數(shù)據(jù)的優(yōu)化與分析，反過來又進一步優(yōu)化手術(shù)流程，實現(xiàn)手術(shù)數(shù)字化；最后通過人工智能的反復(fù)學(xué)習(xí)，達到智能輔助甚至未來全智能的目的。

非標準化是其醫(yī)療AI產(chǎn)業(yè)化的核心阻礙。但手術(shù)機器人不僅能使手術(shù)更精準、更微創(chuàng)、更簡便，還能使傳統(tǒng)手術(shù)從一個定性的動作轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远康臉藴驶瘮?shù)據(jù)，為手術(shù)數(shù)字化與智能化提供可能，是手術(shù)機器人的產(chǎn)業(yè)化前提條件。

● 研發(fā)創(chuàng)造價值，專利鑄高設(shè)備壁壘。

團隊專注提升自我，砥志研思，“達芬奇”不斷進化，達芬奇”陸續(xù)更新了6代產(chǎn)品，每一次迭代的背后，都是大量專家總結(jié)出的臨床案例和實操經(jīng)驗，這是最厲害的競爭力。雖然最早進入市場的不是“達芬奇”，但是達芬奇以人工智能程序——簡單的保護性動作反饋，率先開創(chuàng)了更貼近現(xiàn)實世界的虛擬遙控動作+現(xiàn)實操作反饋的3D新紀元，也從此奠定了手術(shù)機器人行業(yè)龍頭老大的地位，領(lǐng)跑全球20年。

專利研究成果豐富，獲得國家相關(guān)專業(yè)機構(gòu)批準，運用場景從泌尿外科延伸到普通外科等領(lǐng)域。達芬奇取得高銷量離不開專利成果——在美國專利局的數(shù)據(jù)庫里，達芬奇手術(shù)系統(tǒng)擁有相關(guān)專利2000多項，包括多自由度手術(shù)機械臂、前端手術(shù)器械、三維立體視覺定位、人機交互等等，幾乎覆蓋了現(xiàn)有同類外科手術(shù)機器人的所有技術(shù)保護點。20年的專利保護期，已經(jīng)為“達芬奇”筑起了一條足夠?qū)挸ǖ淖o城河。

● 進行市場教育，提升大眾對產(chǎn)品的的認知度和接受度:

早期國內(nèi)大多數(shù)醫(yī)生更傾向于根據(jù)自己經(jīng)驗來進行手術(shù)，而沒有機會或意向性學(xué)習(xí)掌握這種高端醫(yī)療手術(shù)設(shè)備。直覺手術(shù)機器人公司為了拓寬亞洲尤其是在中國地區(qū)的市場，在我國進行了長期的市場教育，通過每年定期提供免費去學(xué)習(xí)掌握這種醫(yī)療設(shè)備的使用方法，支持醫(yī)生通過使用其設(shè)備進行學(xué)術(shù)研究等方式，促使“達芬奇”進入中國市場。

● “刀架與刀片”商業(yè)模式:

達芬奇手術(shù)機器人設(shè)備不斷進化中，耗材收入開始逐步占主導(dǎo)地位。公司早期收入以設(shè)備為主，后期耗材為主。耗材為主的商業(yè)模式有助于緩和高價設(shè)備銷售的業(yè)績波動性，設(shè)備存量越多耗材收入長期成長性越穩(wěn)定。

高額的售價與毛利之外，直覺外科公司的商業(yè)模式是通過機器人搭售排他性質(zhì)的高值耗材——機械臂。在手術(shù)中，實際進行手術(shù)動作的是達芬奇手術(shù)機器人的4條機械操作臂，而這4條機械臂最多只能用十次就要更換，且客戶只能選擇直覺外科公司的機械臂，一個機械臂的價格約2000美元。在“刀架與刀片”模式下，每賣出一臺達芬奇機器人，就會有源源不斷的耗材銷售，除此之外還有高額的維護費、開機費，這些保證了直覺外科公司每年的收入增長。

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國際手術(shù)機器人的創(chuàng)新前沿

▌從技術(shù)方向——前沿技術(shù)突破與運用

√ AR技術(shù)

√ 半自動手術(shù)技術(shù)

√ 觸覺反饋技術(shù)（多感知人機交互）

√ 遠程手術(shù)技術(shù)（高速遠程通訊+全系影像技術(shù)）

√ 手術(shù)器械傳動原理開發(fā)或抗排斥材料方向

▌從產(chǎn)品方向——小型化、輕型化、模塊化

√ 單孔手術(shù)機器人

√ 骨科機器人

√ 經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人

√ 體內(nèi)手術(shù)機器人

√ 納米機器人

例如：

ZAP-X?陀螺儀放射外科平臺——無屏蔽外墻的SRS交付系統(tǒng)，不再需要供應(yīng)商建造成本高昂的屏蔽放射治療的地堡。利用現(xiàn)代線性加速器產(chǎn)生射線，唯一一個不需要鈷-60放射源的專用放射外科系統(tǒng)。不再需要耗費在許可證、固定和定期更換放射性同位素方面的巨大成本。

CMR surgical分體式機器人——機器人輔助心臟手術(shù)，如經(jīng)皮二尖瓣修復(fù)手術(shù)具有微創(chuàng)、無需開胸的優(yōu)勢。術(shù)后因為不涉及到胸壁收回縫合，疼痛感大幅降低，大大降低了感染和出血風(fēng)險，縮短了康復(fù)時間。

Monarch?系統(tǒng)——有別于過去傳統(tǒng)內(nèi)視鏡系統(tǒng)的單手操作界面，該系統(tǒng)以類似游戲遙控器的界面，使醫(yī)生能更直接的操控該設(shè)備，并集合機器人、軟件、數(shù)據(jù)科學(xué)、視覺成像等先進技術(shù)，使內(nèi)視鏡視野有更廣的觸及范圍。

NeuroBlate系統(tǒng)——用于治療腦腫瘤和癲癇，唯一使用MRI引導(dǎo)的神經(jīng)外科機器人激光消融微創(chuàng)系統(tǒng)?？蔀榛颊咛峁┚_的腦部病變消融，無需采用開放式神經(jīng)外科手術(shù)，而且手術(shù)過程最大程度減少對附近健康組織的傷害。