作者：藥鏈圈

醫(yī)療機器人的發(fā)展是國家實現(xiàn)工業(yè)化戰(zhàn)略目標的重要環(huán)節(jié)，同時我國醫(yī)療終端的市場規(guī)模將隨著老齡化社會的到來快速擴大，分級診療的推進和基層醫(yī)生的巨大缺口也成為了機器人研發(fā)的強勁動力，其中手術機器人是技術難度最大，臨床意義最強，并擁有卡脖子環(huán)節(jié)的醫(yī)療機器人。

一、手術機器人的基本特點及主要分類

手術機器人是20世紀80年代以來，伴隨著微創(chuàng)外科手術的發(fā)展而逐步出現(xiàn)并且發(fā)展起來的高端醫(yī)療設備，主要用于以微創(chuàng)的手段來消除手術造成的大面積創(chuàng)傷對患者的不利影響，進而達到減少患者痛苦和加快術后恢復速度等目的，同時還可以降低常規(guī)手術中因醫(yī)生手部震顫等造成的不可控的手術風險。此外，對于對精度要求很高的骨科、神經(jīng)外科及口腔科等外科手術，手術機器人還具有精準定位、手術規(guī)劃、精準成像等功能，并且能大幅減少手術中醫(yī)生所受輻射傷害和感染風險。

從涉及的學科上看，手術機器人是集臨床醫(yī)學、生物力學、機械學、計算機科學、微電子學等諸多學科為一體的新型醫(yī)療器械。通過其清晰的成像系統(tǒng)和靈活的機械臂，以微創(chuàng)的手術形式，協(xié)助醫(yī)生實施復雜的外科手術，完成術中定位、切斷、穿刺、止血、縫合等操作。

從自動化水平上看，現(xiàn)階段的手術機器人仍處于以輔助醫(yī)生手術為主要功能的半自動化階段，已應用于普腹外科、泌尿外科、心血管外科、胸心外科、婦科、骨科、神經(jīng)外科、口腔科等多個領域。

按照手術部位機器人產(chǎn)品可分為腹腔鏡手術機器人、骨科手術機器人、神經(jīng)外科手術機器人、血管介入手術機器人和口腔手術機器人等；按照產(chǎn)品功能則可分為操作類手術機器人和定位類手術機器人。

圖：手術機器人分類

數(shù)據(jù)來源：根據(jù)公開資料整理

（一）腹腔鏡手術機器人

腹腔鏡手術機器人廣泛應用于外科手術中具有手術創(chuàng)口小、操作精度高、靈活性強、重復性好以及不受疲勞和情緒等人體生理因素影響等優(yōu)點。當前在美國約90%的前列腺切除手術和約80%子宮癌手術均由手術機器人輔助完成，是當前應用范圍最廣、市場接受度最高的手術機器人。

從關鍵組成部件上看，主要包括醫(yī)生控制系統(tǒng)，3D成像視頻影像平臺，以及由機械臂，攝像臂和手術器械組成的移動平臺。3D成像視頻影像平臺可以為醫(yī)生提供具有沉浸感且清晰細致的解剖組織結(jié)構(gòu)圖像提升手術的視覺感。機械臂可實現(xiàn)抓持、鉗夾、縫合等各項手術操作，并且比人手的活動自由度更廣。實施手術時，主刀醫(yī)師不與病人直接接觸，而是通過三維視覺系統(tǒng)和動作定標系統(tǒng)操作控制，并通過機械臂以及手術器械完成醫(yī)生的技術動作和手術操作。

從適應癥上看，可應用于心臟外科、普通外科、泌尿外科、胸外科、肝膽胰外科、胃腸外科、婦科等相關的微創(chuàng)手術。

從主要的競爭企業(yè)及其產(chǎn)品看，美國直覺外科公司的達芬奇手術機器人是絕對的行業(yè)龍頭，其他國外競爭者還包括加拿大Titan Medical公司的SPORT手術機器人系統(tǒng)，加拿大TransEnterix公司的Senhance和SurgiBot手術機器人，英國CMR Surgical公司的Versius機器人。國內(nèi)主要有威高集團和天津大學聯(lián)合開發(fā)的“妙手S”手術機器人，精峰醫(yī)療的單孔手術機器人及微創(chuàng)醫(yī)療旗下微創(chuàng)醫(yī)療機器人的圖邁Toumai腔鏡手術機器。

（二）骨科手術機器人

骨科手術機器人可應用于膝關節(jié)手術和髖關節(jié)手術和脊柱外科手術中。傳統(tǒng)的骨科手術存在手術風險高、定位困難、植入精度低、復雜術式難普及、智能設備匱乏、手術創(chuàng)傷大、并發(fā)癥多等問題。而骨科手術機器人可利用術前的三維CT影像對病灶進行準確測量，根據(jù)病灶大小及植入假體形狀進行術中組織的精確判斷和操作。

從關鍵組成部件上看，主要包括機械系統(tǒng)、影像系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)。其中，機械系統(tǒng)中的機械臂是手術的核心執(zhí)行模塊，末端的反饋結(jié)構(gòu)具有視覺、力覺、觸覺等模態(tài)。影像系統(tǒng)能夠給施術醫(yī)生提供更加清晰的影像資料，幫助患處定位和導航。計算機系統(tǒng)是骨科機器人的中樞，主要輔助醫(yī)生進行手術方案設計和實現(xiàn)路徑規(guī)劃，幫助醫(yī)生進行手術，此外還能對手術設備進行管理，包括對機械系統(tǒng)各部位的損耗情況進行自檢和智能評估。

從主要的競爭企業(yè)及其產(chǎn)品看，國外的競爭者主要包括美國MAKO公司的RIO機器人，Mazor公司的SpineAssist機器人，以及我國天智航的“天璣”骨科手術機器人。

（三）神經(jīng)外科手術機器人

神經(jīng)外科手術主要指針對腦部、脊髓和神經(jīng)的手術，在操作上具有手術空間小、定位困難等難點。神經(jīng)外科手術機器人主要通過對腦部病灶位置精確的空間定位，輔助醫(yī)生夾持和固定手術器械等，并完成如活檢手術、深腦刺激、經(jīng)顱磁刺激、立體定向腦電圖、神經(jīng)內(nèi)窺手術等的神經(jīng)外科手術。

從關鍵組成部件上看，主要包括術前規(guī)劃軟件、導航定向系統(tǒng)、機器人輔助器械定位和操作系統(tǒng)。其中，手術規(guī)劃軟件是神經(jīng)外科手術機器人的核心技術，幫助醫(yī)生進行手術方案的規(guī)劃，在手術前獲得患者病灶處的圖像，結(jié)合醫(yī)生的解剖學和病理學知識，進行包括手術方法，手術流程，手術切口與路徑等方面的規(guī)劃。導航定向系統(tǒng)是通過以CT/MRI等影像設備掃描圖像建立的三維模型作為參考，對手術進行規(guī)劃與虛擬仿真操作。機器人機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是機器人系統(tǒng)的執(zhí)行和操作單元，要求機器人末端的誤差盡可能小，同時確保各個關節(jié)能夠按照規(guī)劃的軌跡進行運動。

從適應癥上看，神經(jīng)外科手術機器人可應用于包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥疾病、帕金森病和癲癇病在內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腦血管病和腦梗死，應用市場廣闊。

從主要的競爭企業(yè)及其產(chǎn)品看，國外的主要競爭者包括美國Prosurgics公司的Pathfinder，法國Medtech公司的ROSA系列機器人和英國Renishaw公司的NeuroMate機器人系統(tǒng)，國內(nèi)的則主要有柏惠維康的Remebot機器人，華科精準的“SR1”和“NS1”，以及華志微創(chuàng)“CAS-R-2 型”手術機器人系統(tǒng)。

（四）血管介入手術機器人

血管介入機器人主要是在血管介入手術（主要是心血管介入手術）中實施導管的推進和導航，在術前和術中依據(jù)影像數(shù)據(jù)構(gòu)建病患血管的三維形態(tài)圖和分析血管交叉口、彎道、彈性、斑塊的特征，從而實現(xiàn)在手術過程中對手術器械的跟蹤和定位，有助于大幅提升手術的精準度，同時降低醫(yī)務人員的勞動強度，也在一定程度上減少了手術對于醫(yī)生個人技術熟練度的依賴。

從關鍵組成部件上看，主要包括圖像導航系統(tǒng)、機械裝置與控制系統(tǒng)和力反饋系統(tǒng)等。其中，圖像導航系統(tǒng)能夠集成顯示導絲和血管，并通過三維血管模型構(gòu)建確保手術安全性。機械裝置與控制系統(tǒng)負責導管的推進與旋轉(zhuǎn)運動，由主刀醫(yī)生操作和操控。力反饋系統(tǒng)可以準確地感受到導絲在血管中的受力情況，確保在引導圖像不夠直觀的情況下也可以保證導絲的安全介入。

唯邁醫(yī)療是我國血管介入手術機器人研發(fā)領域的領先企業(yè)，擁有15年以上的數(shù)字血管造影系統(tǒng)設計和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗，具備全系列介入解決方案的介入診療設備。其最新獲批上市的全新一代落地式智能平板DSA設備“極光”實現(xiàn)了國產(chǎn)高端DSA醫(yī)療設備從0到1的突破，打破了國際品牌在我國長期壟斷的市場格局。

二、手術機器人的發(fā)展歷程

機器人在外科手術中的應用起源于1985年的美國，洛杉磯醫(yī)院的醫(yī)生使用工業(yè)機械臂Puma 560 完成了全球首個機器人輔助的外科手術——機器人輔助定位的神經(jīng)外科腦部活檢手術。80年代末，斯坦福大學研究院（SRI）是最早進行外科手術機器人研發(fā)的機構(gòu)，此后在1992年由IT公司IBM和加州大學聯(lián)合推出了全球首個醫(yī)療手術機器人ROBODOC用于骨科手術中的關節(jié)置換。到1995年，出身于斯坦福大學研究院（SRI）的Frederic Moll博士創(chuàng)立了當今全球最為出名的醫(yī)療手術機器人公司——直覺外科公司（Intuitive Surgical），并開啟了手術機器人領域的商業(yè)化道路。而此時的中國才剛剛開始在手術機器人領域的探索，研發(fā)制造進度較美國滯后了十年以上。1999年全球首個可正式應用于手術室中的手術機器人系統(tǒng)達芬奇手術機器人率先在歐洲獲批上市，這是一款由美國直覺外科公司研發(fā)制造的腹腔鏡手術機器人。

2010年我國上市了首款國產(chǎn)手術機器人，是由天智航研發(fā)制造的骨科手術機器人，從產(chǎn)品上市角度看，我國同樣滯后于美國十年，但是在2010年以后，發(fā)展進程明顯加快，到目前為止，已上市的國產(chǎn)手術機器人產(chǎn)品數(shù)量已達9個，包含2個骨科手術機器人，5個神經(jīng)外科手術機器人和1個口腔手術機器人。我國手術機器人是以“定位類”機器人為開端，在“操作類”機器人的推廣中走向大眾，并逐步在更細分的領域中進化升級。

圖：國內(nèi)外手術機器人發(fā)展歷程

資料來源：藥鏈圈根據(jù)公開資料整理

從行業(yè)發(fā)展進程上看，美國手術機器人的發(fā)展大體經(jīng)歷了3個階段，從以高校或醫(yī)院牽頭研究，到企業(yè)與高?；蜥t(yī)院聯(lián)合開發(fā)，最后到企業(yè)主導產(chǎn)業(yè)化的歷程。中國的發(fā)展進程與之類似，但是當前正處于第2到第3階段的過渡階段中，尚未進入完全的企業(yè)主導產(chǎn)業(yè)化階段，行業(yè)整體對高校和醫(yī)院技術依賴還比較強。當前我國整體以“產(chǎn)學研醫(yī)”的創(chuàng)新研發(fā)模式為基礎，形成了以領先企業(yè)產(chǎn)品上市和技術升級加速為引領，中小創(chuàng)新企業(yè)積極布局，并以外部融資為基礎加速技術探索和產(chǎn)品儲備的國產(chǎn)品牌的行業(yè)競爭格局。

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