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复盘医疗手术机器人,如何走通医疗创新之路?

发布时间:2022-09-19 来源:医健未来 字号:【加大】【减小】 手机上观看

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医疗手术机器人产业发展的历史和现状盘点

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发展历史

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现况盘点

随着运用场景的不断拓宽,在高难度手术或简单手术中越来越被重视,手术机器人具备消费升级属性,渗透各科领域,许多产品不断商业化,形成潜力巨大的市场,其中腔镜手术机器人是商业化最成功的代表,在未来骨科手术机器人有望成为下一个广泛被使用辅助手术的机器人。

与发达国家相比,我国医疗机器人产业起步较晚,虽然国内医疗布局机器人领域的公司迅速增加,但大多企业仍处于研发或临床试验阶段。目前国产企业在技术积累(系统和手臂方面)、临床数据、专利、国际化能力、核心零部件等方面与国际龙头存在差距,但国产手术机器人在国内新技术的支持下——5G与远程、AR技术、人工智能,弯道超车指日可待。

放眼全球,北美、欧洲和亚太地区是医疗机器人的主要市场。其中,北美市场较为成熟,发达欧洲国家紧跟其后。随着医疗机器人在美国市场的发展逐渐步入成熟期,市场重心逐渐向亚太地区转移,亚太地区的医疗机器人装机量和承接手术量快速增长。截至2020年世界已经开展了超过850万台机器人手术,每26s就有一位患者进行机器人手术,并以每年20%的比例在增长,中国的临床需求量更大。中国人口基数大、手术市场需求大且医疗机器人起步晚、增长空间大。由此可见,我国手术机器人的发展具有巨大潜力。

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国际国内典型的手术机器人情况

Intuitive Surgical公司——达芬奇系统(da Vinci Surgical System),目前全球最先进的医疗机器人。达芬奇系统主要由医生操作控制台、三维成像视频影像平台和机械臂,摄像臂和手术器械组成移动平台等三部分组成。在实施手术时,主刀医生通过三维视觉系统和动作定标系统操作控制,由机械臂以及手术器械模拟完成医生的手术操作。通过这台精密的机器人,医生可以进行更加精准的手术,病人损伤更小,出血量更少。

CMR Surgical公司——腹腔镜手术机器人系统Versius,仪器体积小,易于转移及运送,设置和调试时间仅需要15分钟,可以允许外科医生进行最小通路手术。Versius手术机器人可以模仿人类手臂,进行各种腹腔镜手术,包括疝修补手术,结肠直肠手术,前列腺和耳鼻喉手术,做手术时需要切出一些小口子,这样就可以避免实施传统的开放性手术。

Titan Medical公司——SPORT Surgical System,一款多功能的单端口高级机器人手术系统,由外科医生控制的患者推车组成,具有用于执行MIS程序的多关节仪器和3D高清晰度可视化平板显示器,配备了符合人体工程学的开放式工作站,同时支持单象限和多象限手术的广泛应用。主要聚焦普通外科、妇科和泌尿科三种手术类型。

天智航——天玑®骨科手术机器人,系统由机械臂主机、光学跟踪系统、主控台车构成。光学跟踪系统不仅帮助医生洞察骨骼的每一个深处,还实时监控每一个手术环节;机械臂运动灵活、操作稳定,能达到亚毫米的精度;而主控电脑系统将医生的想法传达给机械臂主机和光学跟踪系统。

微创公司——图迈®腔镜手术机器人,实现首例完全由中国自主研发的腔镜手术机器人完成的机器人辅助腔镜前列腺根治术,在狭窄空间下完成尿道重建;顺利开展了多例高难度肾部分切除术,3D腔镜系统提供立体真实的手术视野,直觉式主从遥操作灵敏易上手,从而简化手术操作,缩短手术时间,具有极高的临床优势。图迈®成功应用于各类高难度泌尿外科手术,标志着国产手术机器人具有在狭窄解剖空间内辅助医生完成复杂手术的能力。

柏惠维康——“睿米”神经外科手术机器人,借助自主研发软件和算法、独立的光学跟踪导航系统、自动识别的无创标志物及“脑”“眼”“手”完美配合,实现精准的全颅脑定位,综合导航定位精度0.5mm以内,全自动注册时间2分钟以内,是神经外科手术机器人中唯一可以实现术中实时光学导航的产品。

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为什么医疗AI 没有走通,

而手术机器人能够走通产业化通道?

以达芬奇手术机器人的成功路径为例:

● 手术机器人突破了非标准化障碍:

人工智能——其三要素为算力、算法、数据。算力提供硬件支持,近年来云计算推动了算力突破;算法抓取高质量数据建模并不断学习与优化,近年来进化迅速。由于传统手术的主观操作性,使得手术操作无法被量化,无法产生有效的标准化数据,数据非标准化阻碍了手术的数字化与智能化发展进程。

手术机器人——定量化手术方式的缔造者。手术机器人应用时手术操作通过电信号传达机械臂,对患者进行定位与微创手术操作。此过程一方面使得手术操作可以量化并转换为数据;另一方面通过数据的优化与分析,反过来又进一步优化手术流程,实现手术数字化;最后通过人工智能的反复学习,达到智能辅助甚至未来全智能的目的。

非标准化是其医疗AI产业化的核心阻碍。但手术机器人不仅能使手术更精准、更微创、更简便,还能使传统手术从一个定性的动作转变为可以定量的标准化数据,为手术数字化与智能化提供可能,是手术机器人的产业化前提条件。

● 研发创造价值,专利铸高设备壁垒。

团队专注提升自我,砥志研思,“达芬奇”不断进化,达芬奇”陆续更新了6代产品,每一次迭代的背后,都是大量专家总结出的临床案例和实操经验,这是最厉害的竞争力。虽然最早进入市场的不是“达芬奇”,但是达芬奇以人工智能程序——简单的保护性动作反馈,率先开创了更贴近现实世界的虚拟遥控动作+现实操作反馈的3D新纪元,也从此奠定了手术机器人行业龙头老大的地位,领跑全球20年。

专利研究成果丰富,获得国家相关专业机构批准,运用场景从泌尿外科延伸到普通外科等领域。达芬奇取得高销量离不开专利成果——在美国专利局的数据库里,达芬奇手术系统拥有相关专利2000多项,包括多自由度手术机械臂、前端手术器械、三维立体视觉定位、人机交互等等,几乎覆盖了现有同类外科手术机器人的所有技术保护点。20年的专利保护期,已经为“达芬奇”筑起了一条足够宽敞的护城河。

● 进行市场教育,提升大众对产品的的认知度和接受度:

早期国内大多数医生更倾向于根据自己经验来进行手术,而没有机会或意向性学习掌握这种高端医疗手术设备。直觉手术机器人公司为了拓宽亚洲尤其是在中国地区的市场,在我国进行了长期的市场教育,通过每年定期提供免费去学习掌握这种医疗设备的使用方法,支持医生通过使用其设备进行学术研究等方式,促使“达芬奇”进入中国市场。

● “刀架与刀片”商业模式:

达芬奇手术机器人设备不断进化中,耗材收入开始逐步占主导地位。公司早期收入以设备为主,后期耗材为主。耗材为主的商业模式有助于缓和高价设备销售的业绩波动性,设备存量越多耗材收入长期成长性越稳定。

高额的售价与毛利之外,直觉外科公司的商业模式是通过机器人搭售排他性质的高值耗材——机械臂。在手术中,实际进行手术动作的是达芬奇手术机器人的4条机械操作臂,而这4条机械臂最多只能用十次就要更换,且客户只能选择直觉外科公司的机械臂,一个机械臂的价格约2000美元。在“刀架与刀片”模式下,每卖出一台达芬奇机器人,就会有源源不断的耗材销售,除此之外还有高额的维护费、开机费,这些保证了直觉外科公司每年的收入增长。

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国际手术机器人的创新前沿

▌从技术方向——前沿技术突破与运用

√ AR技术

√ 半自动手术技术

√ 触觉反馈技术(多感知人机交互)

√ 远程手术技术(高速远程通讯+全系影像技术)

√ 手术器械传动原理开发或抗排斥材料方向

▌从产品方向——小型化、轻型化、模块化

√ 单孔手术机器人

√ 骨科机器人

√ 经自然腔道手术机器人

√ 体内手术机器人

√ 纳米机器人

例如:

ZAP-X®陀螺仪放射外科平台——无屏蔽外墙的SRS交付系统,不再需要供应商建造成本高昂的屏蔽放射治疗的地堡。利用现代线性加速器产生射线,唯一一个不需要钴-60放射源的专用放射外科系统。不再需要耗费在许可证、固定和定期更换放射性同位素方面的巨大成本。

CMR surgical分体式机器人——机器人辅助心脏手术,如经皮二尖瓣修复手术具有微创、无需开胸的优势。术后因为不涉及到胸壁收回缝合,疼痛感大幅降低,大大降低了感染和出血风险,缩短了康复时间。

Monarch™系统——有别于过去传统内视镜系统的单手操作界面,该系统以类似游戏遥控器的界面,使医生能更直接的操控该设备,并集合机器人、软件、数据科学、视觉成像等先进技术,使内视镜视野有更广的触及范围。

NeuroBlate系统——用于治疗脑肿瘤和癫痫,唯一使用MRI引导的神经外科机器人激光消融微创系统。可为患者提供精确的脑部病变消融,无需采用开放式神经外科手术,而且手术过程最大程度减少对附近健康组织的伤害。


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