深瞳工作室出品
科技日報記者 崔爽 張強 實習(xí)記者 李詔宇 策劃 劉莉 李坤
隨著國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)一步成熟，國產(chǎn)化的優(yōu)勢必定會凸顯，性價比更高的國貨將會推動整個手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)甚至全球的發(fā)展。
“這里有四只手一起剝生鵪鶉蛋！”
2023年服貿(mào)會展覽入口處，一臺正在剝鵪鶉蛋的機(jī)器人被好奇的觀眾團(tuán)團(tuán)圍住。它在不遠(yuǎn)處工作人員的遙控下，把手臂通過直徑幾厘米的圓孔伸進(jìn)容器，用比人的手指略長的蛇形機(jī)械手，剝離蛋殼。剝完后，薄如蟬翼的蛋膜完好無損。
隨后，工作人員換上一個破損的鵪鶉蛋膜后，機(jī)械手又像手術(shù)縫合一樣把蛋膜縫好，蛋液不再流出。
小朋友在2023中關(guān)村論壇展覽（科博會）上觀看單孔腔鏡手術(shù)機(jī)器人剝一枚生鵪鶉蛋。
這只是“炫技”，機(jī)器人真正大展身手的地方在醫(yī)院。機(jī)械手可以在長2.5厘米的皮膚創(chuàng)口內(nèi)進(jìn)行各項腹腔手術(shù)操作，實現(xiàn)0.07—0.1毫米精度的操作，以最少的傷害完成手術(shù)。
這臺名為“術(shù)銳”的腹腔鏡單孔手術(shù)機(jī)器人，是打破美國達(dá)芬奇SP單孔腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人壟斷地位的國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人代表。
作為被列為我國“十四五”規(guī)劃重點發(fā)展的高端醫(yī)療器械，腔鏡手術(shù)機(jī)器人是手術(shù)機(jī)器人中目前市場規(guī)模最大的一種，其比例高達(dá)63%。
在這個領(lǐng)域，物美價廉的國產(chǎn)品牌相繼出現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，2021年底以來，包括威高的妙手S腔鏡手術(shù)機(jī)器人、微創(chuàng)醫(yī)療的Toumai腔鏡手術(shù)機(jī)器人、精鋒醫(yī)療的多孔腔鏡手術(shù)機(jī)器人等在內(nèi)，已有至少6款國產(chǎn)腔鏡機(jī)器人獲批。
在這片長期被國外品牌遮得密不透風(fēng)的市場，國貨走了20年，才終于撕開一道口子。
外科醫(yī)生的“得力助手”
達(dá)·芬奇是誰？文藝復(fù)興三杰之一、《蒙娜麗莎的微笑》的作者。
同樣的問題拋給外科醫(yī)生，他們的第一反應(yīng)可能是一臺機(jī)器。
500多年前，達(dá)·芬奇設(shè)計了一個名為“機(jī)器武士”的機(jī)器人。當(dāng)然，他的設(shè)計停留在圖紙上。1999年，真正的“神器”——達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人橫空出世，風(fēng)靡全球。
這臺由美國直觀外科（Intuitive Surgical）公司（以下簡稱直觀外科）設(shè)計的手術(shù)機(jī)器人，為紀(jì)念達(dá)·芬奇為機(jī)器人技術(shù)的啟蒙而得名。
醫(yī)生借助達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人查找患者體內(nèi)病變處。
說是機(jī)器人，其實和科幻電影里常出現(xiàn)的、完全自主的“三頭六臂”不同，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人實際上是由幾根機(jī)械臂、操作臺、成像系統(tǒng)組成的精密醫(yī)療器械，依靠醫(yī)生操控，通過微創(chuàng)的方法，實施復(fù)雜的外科手術(shù)。
手術(shù)機(jī)器人是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“皇冠上的明珠”。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會的分類，以臨床應(yīng)用來劃分，可分為腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人、骨科手術(shù)機(jī)器人、神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人、血管介入手術(shù)機(jī)器人等不同類型。
它的工作原理類似“皮影戲”。“手術(shù)機(jī)器人是個約定俗成的說法，嚴(yán)格意義上應(yīng)該稱之為協(xié)助外科醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)的機(jī)器人。它只是外科醫(yī)生的助手，而非真正的主刀者?！鄙虾＝煌ù髮W(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院教授徐凱對科技日報記者強調(diào)。
但它的確是一把利刃。
以第四代達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人為例，它由床旁機(jī)械臂系統(tǒng)、外科醫(yī)生控制臺及成像系統(tǒng)構(gòu)成。有它參與的手術(shù)，一般是這樣的流程：醫(yī)生在患者肚子上切一個長約8毫米的切口，插入一根攝影臂（即內(nèi)窺鏡）；根據(jù)術(shù)前評估和精準(zhǔn)計算，分別切口并插入另外三個機(jī)械臂。
機(jī)器人準(zhǔn)備完畢后，主刀醫(yī)生坐在控制臺旁，腳踩踏板，將兩手的拇指和中指伸進(jìn)感應(yīng)指套里，像操作游戲手柄一樣，遙控病人體內(nèi)的4支機(jī)械臂，完成手術(shù)。
“它最初被引入泌尿?qū)W領(lǐng)域，醫(yī)生在切除前列腺后需要進(jìn)行膀胱、尿道的縫合重建。這兩個器官又在盆腔深處。最早的外科手術(shù)，這一步基本靠醫(yī)生的手感進(jìn)行。發(fā)展到腹腔鏡時代，雖然視野得到大幅拓展，但是醫(yī)生操作仍然受限——腹腔鏡器械無法轉(zhuǎn)彎，對于深層血管的縫合不夠精準(zhǔn)，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率居高不下。而到了機(jī)械臂手里，這些難題迎刃而解?！焙＼娷娽t(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院泌尿外科主任任善成解釋。
如今，北歐國家超過一半的前列腺癌根治手術(shù)由手術(shù)機(jī)器人完成。在美國，這一比例更是高達(dá)90%。
“手術(shù)之王”發(fā)展迅速
因在前列腺手術(shù)中可讓患者受到更少的傷害，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人迅速崛起。
醫(yī)生坐著做手術(shù)，手臂有支撐，大大減輕疲勞。3D成像效果好，高清分辨率再加立體視覺，手術(shù)視野放大10—15倍，仿佛打開了“上帝視角”。機(jī)械臂可以任意角度扭動，遠(yuǎn)勝人手的關(guān)節(jié)自由度，上面甚至裝有可以自動濾除人為顫抖的穩(wěn)定器，讓它具有人手無法比擬的穩(wěn)定性和精確度。
這樣的表現(xiàn)征服了以“挑剔”著稱的外科醫(yī)生。
網(wǎng)上展示達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的視頻里，它的機(jī)械臂可以輕松剝開葡萄皮，再把皮像手術(shù)縫合一樣縫上，剝小龍蝦、疊千紙鶴也不在話下。
手術(shù)機(jī)器人自帶先進(jìn)的安全系統(tǒng)。一旦出現(xiàn)危險狀況，它可以及時反應(yīng)，保障手術(shù)安全。甚至當(dāng)醫(yī)師的額頭離開操作平臺后，患者體內(nèi)的機(jī)械臂也會自動恢復(fù)初始狀態(tài)。進(jìn)行機(jī)器人手術(shù)的外科醫(yī)生始終擁有手術(shù)過程的最高權(quán)限。他不僅要有豐富的臨床經(jīng)驗，還要接受機(jī)器人公司的相關(guān)培訓(xùn)，獲取資質(zhì)后才能開展手術(shù)。
既好用，又安全，手術(shù)機(jī)器人發(fā)展迅速。其中，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人憑借適應(yīng)科室多、上市時間久、使用地區(qū)廣等先發(fā)優(yōu)勢，成為當(dāng)前全球市占率最高、應(yīng)用最廣泛的手術(shù)機(jī)器人。
一枝獨秀的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人也支撐起直觀外科的“造富神話”。
迄今為止，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人全球保有量超過6000臺，占據(jù)全球手術(shù)機(jī)器人超過八成的市場份額。這讓直觀外科賺得盆滿缽滿。財報顯示，該公司2022年營收62.22億美元，營業(yè)利潤15.77億美元。
之所以成為“下金蛋的雞”，一方面是達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人價格高昂。目前銷售的主流產(chǎn)品每臺價格通常在2000萬—3000萬元之間，如果按2000萬元一臺計算，價值約8.3億美元的《蒙娜麗莎的微笑》也只能購買不到300臺。
另一方面是達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人耗材和服務(wù)收入不菲，占營收七成以上。耗材主要是手術(shù)過程中的消耗品，比如鑷子、剪刀、手術(shù)刀，也包括定制的吻合器、內(nèi)窺鏡等。另外，機(jī)器人各種零部件也在其中，比如機(jī)械臂。這些耗材加起來，平均每臺手術(shù)的花費在2000美元左右。
尤其是達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的機(jī)械臂，每臺手術(shù)平均至少需要4只，但每只最多只能使用10次，用到第11次時，機(jī)器人會自動鎖死，必須更換新的機(jī)械臂才能重啟。
而一只機(jī)械臂需要10萬元人民幣。
手術(shù)機(jī)器人這塊巨大誘人的蛋糕，不知有多少國家和公司想分。但多年的技術(shù)積累、市場培育、專利布局為達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的霸主位置筑起銅墻鐵壁。
在美國專利局的數(shù)據(jù)庫里，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人擁有相關(guān)專利2000多項，幾乎覆蓋了現(xiàn)有同類外科手術(shù)機(jī)器人的所有技術(shù)保護(hù)點，其中涵蓋大量繞不過的通用設(shè)計。
這讓潛在的追趕者很難逃出達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人專利保護(hù)的掌心。
“幾千項專利技術(shù)固然驚人，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人首創(chuàng)的‘設(shè)備+耗材+服務(wù)’的商業(yè)模式才是吸引眾多企業(yè)踏足的根本?！北本┲嗅t(yī)藥大學(xué)法律系教授鄧勇坦言，這種新型的商業(yè)模式打開了一個商業(yè)生態(tài)圈：手術(shù)機(jī)器人技術(shù)僅是引流手段，在此基礎(chǔ)上衍生出服務(wù)和產(chǎn)品，共同打造一個有生命力的商業(yè)世界。這種商業(yè)模式一方面提供了良好的手術(shù)體驗，另一方面通過各環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系形成閉環(huán)，后續(xù)耗材和服務(wù)帶來了源源不斷的現(xiàn)金流。
替代性技術(shù)不斷突破
多年來，國內(nèi)以高于全球均價的價格進(jìn)口了200多臺達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人和耗材。每臺兩三千萬元的價格及更高的耗材費用，讓機(jī)器人手術(shù)成為國人望而卻步的高端醫(yī)療服務(wù)，也在客觀上阻礙了手術(shù)機(jī)器人在國內(nèi)的推廣普及。
數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，我國安裝了219臺腔鏡手術(shù)機(jī)器人。同年，美國安裝超過4000臺。
另一組數(shù)據(jù)與之形成鮮明對照：2018—2020年，我國一臺腔鏡手術(shù)機(jī)器人平均每年輔助手術(shù)299例，美國的同期數(shù)據(jù)為240例。
“這表明腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人在中國醫(yī)院非但沒有被閑置，反而得到廣泛使用。國內(nèi)對手術(shù)機(jī)器人有很大需求。”徐凱解釋。
“十三五”以來，國家倡議大力發(fā)展手術(shù)機(jī)器人，支持手術(shù)機(jī)器人上游零部件的精細(xì)化自主開發(fā)，并推廣人工智能技術(shù)在各個領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用，為國內(nèi)機(jī)器人實現(xiàn)自主創(chuàng)新及研發(fā)奠定重要基礎(chǔ)。
今年1月，工信部等十七部門聯(lián)合發(fā)布《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實施方案的通知》，提出“鼓勵有條件有需求的醫(yī)院使用機(jī)器人實施精準(zhǔn)微創(chuàng)手術(shù)，建設(shè)機(jī)器人應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化手術(shù)室，研究手術(shù)機(jī)器人臨床應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”。
“替代達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的關(guān)鍵首先是定價?！庇袠I(yè)內(nèi)人士強調(diào)，手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品只要能精細(xì)完成手術(shù)治療，大多數(shù)醫(yī)院可能會傾向選擇物美價廉的產(chǎn)品。國產(chǎn)品牌可以憑借便宜30%—50%的價格取得性價比優(yōu)勢。目前獲批的國產(chǎn)腔鏡機(jī)器人，售價大約都在達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的一半。
“這個邏輯就像生活中選購機(jī)票，在安全性、便捷度、服務(wù)水平相似的前提下，航司品牌就沒有那么重要了?！毙靹P打了個比方，同時他強調(diào)，僅僅靠模仿達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人，很難真正實現(xiàn)超越。國內(nèi)企業(yè)若想彌補差距，要么比原有技術(shù)更好，要么另辟蹊徑，發(fā)展有替代性地位的創(chuàng)新技術(shù)。
這也是徐凱把精力投入單孔腔鏡手術(shù)機(jī)器人研發(fā)的原因。
在科技部“國家重點研發(fā)計劃”和上海交通大學(xué)的支持下，徐凱帶領(lǐng)團(tuán)隊自主研發(fā)了術(shù)銳單孔腔鏡手術(shù)機(jī)器人。不同于多孔機(jī)器人，術(shù)銳把內(nèi)窺鏡、手術(shù)工具集成到一個機(jī)械臂上，只需要在病人身上開一個孔就能完成手術(shù)。
深圳市精鋒醫(yī)療科技股份有限公司創(chuàng)始人王建辰同樣強調(diào)，加大研發(fā)投入和創(chuàng)新力度，提高國產(chǎn)腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人的技術(shù)水平和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，才能縮小與國外產(chǎn)品的差距，滿足不同醫(yī)療場景和多樣化需求。
科研人員正在開發(fā)一種可以進(jìn)行軟組織手術(shù)的智能機(jī)器人。圖為機(jī)器人臂在模擬血管縫合工作的細(xì)節(jié)。
近年來，國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人在多自由度靈巧臂結(jié)構(gòu)設(shè)計、運動學(xué)動力學(xué)算法、多維傳感技術(shù)與人工智能算法等多項手術(shù)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破。
尤其是人工智能時代，AI能夠憑借其高超算力和先進(jìn)技巧為手術(shù)執(zhí)行提供重要參考。國內(nèi)手術(shù)機(jī)器人起步
稍晚于國外，但隨著近年來大數(shù)據(jù)、人工智能、5G通信等數(shù)字技術(shù)的不斷突破，本土手術(shù)機(jī)器人在基于人工智能的自動化手術(shù)的操作模式、醫(yī)生基于增強現(xiàn)實和多模態(tài)成像的手術(shù)場景浸入式感知、結(jié)合5G技術(shù)開展相關(guān)遠(yuǎn)程實時操作等方面發(fā)力，向微創(chuàng)化、精準(zhǔn)化、智能化發(fā)展，有望以價格低、技術(shù)高等優(yōu)勢逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。
6月18日，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬邵逸夫醫(yī)院的醫(yī)生通過5G技術(shù)操作國產(chǎn)四臂腔鏡機(jī)器人，為遠(yuǎn)在新疆的一名患者實施了肝臟切除手術(shù)，成功完成全球首例5G超遠(yuǎn)程機(jī)器人肝臟切除手術(shù)。
國產(chǎn)機(jī)器人逐漸成熟
長遠(yuǎn)來看，患者方的高質(zhì)量就醫(yī)需求等將推動手術(shù)機(jī)器人進(jìn)一步發(fā)展。
一方面，當(dāng)前我國人口老齡化加劇。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國于2023年進(jìn)入深度老齡化社會。與此同時，我國住院病人手術(shù)量快速攀升，醫(yī)療服務(wù)需求逐年增加。因此，技術(shù)更新迭代，推動手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展以提升醫(yī)療供給質(zhì)量和效率成為必然。
但國產(chǎn)機(jī)器人要從實驗室走到祖國各地的手術(shù)臺，還需要“向上”突破技術(shù)壁壘、“向下”沉入市場。
據(jù)了解，手術(shù)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游的原材料、核心零部件，中游的機(jī)身組裝、系統(tǒng)集成和軟件開發(fā)等，以及下游的終端使用環(huán)節(jié)。其中技術(shù)壁壘最高的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)是處于產(chǎn)業(yè)鏈上游的三大核心零部件，即伺服電系統(tǒng)、減速器和控制器。三大核心零部件的成本占比達(dá)到70%，其市場主要由美國、德國和日本壟斷，我國僅能夠在控制器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自產(chǎn)。
“由于集成難度高，國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展面臨一定的技術(shù)壁壘，包括精密伺服電機(jī)、減速機(jī)和控制器等核心零部件的迭代升級?！鄙綎|威高手術(shù)機(jī)器人有限公司研發(fā)總監(jiān)王淑林坦言。
目前，國內(nèi)手術(shù)機(jī)器人行業(yè)在伺服系統(tǒng)和精密減速器方面仍以進(jìn)口為主，這也是整個機(jī)器人行業(yè)最難攻克的技術(shù)難題。其中，減速器對于機(jī)器人的性能、精度和壽命起著決定性的作用。在手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域所使用的產(chǎn)品是以“RV（Rotate Vector旋轉(zhuǎn)矢量）減速器”和“諧波減速器”為代表的精密減速器。它們具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞功率大、噪聲低、傳動平穩(wěn)等特征，在制造方面具有很高的技術(shù)壁壘。
同時，交叉學(xué)科的專業(yè)人才缺口，也讓國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人發(fā)展束手束腳。
作為將機(jī)械工程與信息技術(shù)、醫(yī)學(xué)相結(jié)合的綜合性行業(yè)，手術(shù)機(jī)器人行業(yè)對人才的素質(zhì)有極高的要求?！澳壳皣a(chǎn)手術(shù)機(jī)器人行業(yè)仍然缺乏足量高質(zhì)的跨學(xué)科人才?！毙靹P談到，雖然過去20多年積累了不少產(chǎn)業(yè)人才，但由于高端醫(yī)療裝備產(chǎn)業(yè)在中國相對薄弱，所以吸引到的人才總量依然不多。
“當(dāng)產(chǎn)業(yè)化積累發(fā)展到一定階段時，我們規(guī)模化生產(chǎn)的產(chǎn)品被證明安全可靠、臨床有效。那時才能真的開始和進(jìn)口手術(shù)機(jī)器人‘掰掰手腕’?！毙靹P說。
另外，鄧勇強調(diào)，患者的支付水平也制約著我國整個手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要加強普及，需要醫(yī)保體系的進(jìn)一步完善。
他解釋道，由于我國醫(yī)保覆蓋率不夠，導(dǎo)致我國手術(shù)機(jī)器人裝機(jī)率偏低，我國市場腔鏡機(jī)器人滲透率僅為
0.51%，而美國同期同類手術(shù)的滲透率為13.3%。目前使用的進(jìn)口手術(shù)機(jī)器人價格較高，耗材和維護(hù)費昂貴，只有少部分大型三甲醫(yī)院有購買能力。且相較于傳統(tǒng)外科手術(shù)，醫(yī)療機(jī)器人輔助手術(shù)的費用要高出2萬—3萬元，抬高了推廣成本。
2023年世界機(jī)器人大會上展示的手術(shù)機(jī)器人。
據(jù)悉，上海、北京、湖南、廣東、江西等省市已陸續(xù)將手術(shù)機(jī)器人及相關(guān)耗材等項目納入醫(yī)保支付范圍。
根據(jù)近日發(fā)布的《中國手術(shù)機(jī)器人行業(yè)研究報告（2022）》，2020年全球手術(shù)機(jī)器人市場規(guī)模高達(dá)8321萬美元，前三大市場分別為美國、歐洲和中國，分別占據(jù)了55.1%、21.4% 和5.1%。盡管我國手術(shù)機(jī)器人市場相比歐美發(fā)達(dá)國家總體體量差距仍然較大，但是年復(fù)合增長率領(lǐng)跑全球。
兼具先進(jìn)工程水平和智能數(shù)字技術(shù)的手術(shù)機(jī)器人，將從微創(chuàng)化、精確化、國產(chǎn)化出發(fā)，向著遠(yuǎn)程化和智能化持續(xù)邁進(jìn)?！半S著國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)一步成熟，我們相信國產(chǎn)化的優(yōu)勢必定會凸顯，性價比更高的國貨將會推動整個手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)甚至全球的發(fā)展?！蓖踅ǔ秸f。
（視覺中國供圖）
