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前言導讀

 

手術(shù)機器人是一種先進的醫(yī)療設備，借助微創(chuàng)傷手術(shù)及相關(guān)底層技術(shù)的發(fā)展而發(fā)明。手術(shù)機器人是醫(yī)療機器人的一種細分領域。手術(shù)機器人，即外科醫(yī)生能夠通過遠程控制，并通過微小切口精密操作進入患者體內(nèi)的手術(shù)器械，從而輔助外科醫(yī)生進行微創(chuàng)手術(shù)的精密操作型機器人。

 

手術(shù)機器人被用于在高于人類能力的微創(chuàng)傷手術(shù)領域中實現(xiàn)高于人類能力的對手術(shù)器械的精準操控。手術(shù)機器人通常由手術(shù)控制臺、配備機械臂的手術(shù)車及視像系統(tǒng)組成。外科醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺，觀看由放置在患者體內(nèi)腔鏡傳輸?shù)氖中g(shù)區(qū)域三維影像，并操控機械臂的移動，以及該機械臂附帶的手術(shù)器械及腔鏡。機械臂模擬人類的手臂，為外科醫(yī)生提供一系列模擬人體手腕的動作，同時過濾人手本身的震顫。

 

機器人手術(shù)系統(tǒng)是集多項現(xiàn)代高科技手段于一體的綜合體，其用途廣泛，在臨床上外科上有大量的應用。外科醫(yī)生可以遠離手術(shù)臺操縱機器進行手術(shù)，完全不同于傳統(tǒng)的手術(shù)概念，在世界微創(chuàng)外科領域是當之無愧的革命性外科手術(shù)工具。

 

市場分析

                    

當前，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新科技的快速滲透，醫(yī)療健康正在與機器人全面融合，引領外科技術(shù)大變革。手術(shù)機器人行業(yè)迎來快速發(fā)展，賽道火熱，備受資本青睞。

 

根據(jù)Frost & Sullivan的統(tǒng)計，2020 年全球機器人手術(shù)市場規(guī)模為 61 億美元，預計從 2021 年到 2028 年將以 17.60% 的復合年增長率增長，到 2028 年將達到 222.7 億美元（折合人民幣約為1414億元）。

 

我國手術(shù)機器人市場發(fā)展迅猛，根據(jù)Frost & Sullivan的統(tǒng)計，市場規(guī)模由2016年的人民幣853.6百萬元增至2020年的人民幣2,934.5百萬元，年復合增長率達36.2%，預計2030年中國手術(shù)機器人的市場規(guī)模將達至人民幣58,425.9百萬元，年復合增長率為34.9%。

 

手術(shù)機器人是將機器人技術(shù)應用在醫(yī)療領域，顯然的，機器人手術(shù)是使用機器人系統(tǒng)完成的外科手術(shù)類型，機器人輔助手術(shù)的開發(fā)旨在克服現(xiàn)有的微創(chuàng)手術(shù)程序的局限性，并增強外科醫(yī)生進行開放手術(shù)的能力。

 

手術(shù)機器人集成了醫(yī)學、材料學、自動控制學、數(shù)字圖像處理學、生物力學、機器人學等諸多學科為一體的新型交叉科學。一般情況下，從臨床醫(yī)學應用角度可將手術(shù)機器人主要分為腔鏡手術(shù)機器人、骨科手術(shù)機器人、泛血管手術(shù)機器人、 經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人、經(jīng)皮穿刺手術(shù)機器人。

 

下面兩幅附圖分別給出了各主要細分手術(shù)機器人的應用場景和市場規(guī)模情況，供各位讀者參考。

 

 

筆者認為，隨著時間發(fā)展，對于國內(nèi)手術(shù)機器人市場而言，各大廠商會面臨如下5個方面的競爭，分別為：

 

1.技術(shù)戰(zhàn)，入局者眾多，內(nèi)卷嚴重，而且在技術(shù)上目前國外先進巨頭具有一定優(yōu)勢，國內(nèi)廠家只有通過技術(shù)上“高人一等”才能“脫穎而出”。

 

2.臨床戰(zhàn)，目前手術(shù)機器人雖然種類繁多，但是依然是醫(yī)械法規(guī)強監(jiān)管的產(chǎn)業(yè)，且市場受眾面以大城市的大醫(yī)院為主體，在如此眾多的品牌上市過程中，臨床資源就顯得彌足珍貴。

 

3.融資戰(zhàn)，手術(shù)機器人是一個多學科高度集中的產(chǎn)品，研發(fā)周期長，臨床要求高，各方面人力資源也緊張稀缺，必然需要高額的投入，這些都需要大量的資本投入，因此手術(shù)機器人的玩法從資本市場來講其實就是“誰的資本強誰成功率大”。

 

4.營銷戰(zhàn)，隨著國內(nèi)、國外廠商的產(chǎn)品逐步上市，需要“賣出去”，也需要市場各群體的認同，更需要占據(jù)市場率，因此在眾多同類型同適應癥的手術(shù)機器人中“賣得好”才是各大廠商的終極目標，才是“長久之計”。

 

5.專利戰(zhàn)，專利對于手術(shù)機器人而言十分重要，當然也是技術(shù)層面的演化，更是各大手術(shù)機器人廠商市場角力的重要武器，甚至是“終極核武”，規(guī)避設計風險、占據(jù)市場率都需要專利的輔助，達芬奇在腔鏡機器人領域“叱咤風云”恰恰是得益于專利。

 

關(guān)于微創(chuàng)醫(yī)療機器人

                            

上海微創(chuàng)醫(yī)療機器人成立于2014年，注冊地位于張江科學城，是一家醫(yī)療器械公司，致力于設計、開發(fā)及商業(yè)化創(chuàng)新手術(shù)機器人，以協(xié)助外科醫(yī)生完成復雜的外科手術(shù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已成為全球唯一一家業(yè)務覆蓋腔鏡、骨科、泛血管、經(jīng)自然腔道和經(jīng)皮穿刺五大“黃金賽道”的手術(shù)機器人公司。

 

微創(chuàng)機器人公司致力于面向微創(chuàng)傷手術(shù)的前沿發(fā)展需求，運用機器人、智能控制、傳感與信息領域的高精尖研究和產(chǎn)業(yè)集成，創(chuàng)新性提供能夠延長和重塑生命的機器人智能手術(shù)全解方案，建設一個全球化布局的醫(yī)療機器人全解方案創(chuàng)新平臺。

 

專利分析

 

對于微創(chuàng)醫(yī)療機器人，目前其產(chǎn)品組合包括三款已獲NMPA批準的產(chǎn)品及多款處于不同研發(fā)、臨床、注冊階段的候選產(chǎn)品。本文聚焦三款已獲NMPA批準的產(chǎn)品，對于其他產(chǎn)品將在今后文章系再系統(tǒng)闡述。完整專利清單和報告筆者也匯總完成，如若獲取完整專利清單和報告可以與筆者取得聯(lián)系，共同交流學習：

 

圖邁

 

2022年1月，微創(chuàng)醫(yī)療科學有限公司旗下子集團上海微創(chuàng)醫(yī)療機器人（集團）股份有限公司自主研發(fā)的圖邁Toumai四臂腔鏡手術(shù)機器人獲得國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）的上市批準。

 

微創(chuàng)圖邁是一個融合多學科高科技含量技術(shù)于一體的高端醫(yī)療設備，由醫(yī)生控制臺、患者手術(shù)平臺和圖像平臺組成，其采用主從式遙操作技術(shù)，實現(xiàn)醫(yī)生可遠離手術(shù)臺并坐姿操作的手術(shù)方式，減輕醫(yī)生負擔；結(jié)合機器人技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)更微創(chuàng)、精準、穩(wěn)定、安全的手術(shù)操作；可廣泛適用于各類外科手術(shù)，包括泌尿外科、婦科、胸外科及普外科等術(shù)式。

 

與傳統(tǒng)腔鏡手術(shù)相比，微創(chuàng)圖邁機器人具有手術(shù)視野立體真實、微型器械精細操控、狹窄空間下高靈巧運動等眾多技術(shù)優(yōu)勢，給復雜腔鏡手術(shù)涉及的狹窄解剖空間下分離止血、縫合打結(jié)、功能重建等外科操作帶來重要臨床價值，同時，克服傳統(tǒng)開放手術(shù)的創(chuàng)傷大、出血多、并發(fā)癥概率高等問題，真正實現(xiàn)精準、安全、高效、微創(chuàng)傷的外科手術(shù)操作。

 

部分相關(guān)核心專利可參照如下：

 

1

 

公開/公告號	CN105232153B	申請日	2015-09-08
發(fā)明名稱	機械臂
解決的技術(shù)問題	本申請的機械臂具有四自由度調(diào)整結(jié)構(gòu)，能夠靈活的調(diào)整安裝于第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的工具臂的手術(shù)指向。與此同時，由于水平移動關(guān)節(jié)滑塊部件及平行四邊形機構(gòu)均存在于相關(guān)的零部件內(nèi)部，使得機械臂整體結(jié)構(gòu)較為緊湊，在不影響機械臂整體剛度的情況下，能夠較好的保持工具臂的姿態(tài)穩(wěn)定性，進一步提高了機械臂的靈活性。
技術(shù)方案	本發(fā)明提供了一種機械臂，滑動部件、第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、擺動部件及第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)順次連接；所述擺動部件包括連桿和拉桿，所述連桿的兩端分別與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連，所述拉桿的兩端分別與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連，形成四個連接點，所述四個連接點順次相連的連線形成平行四邊形。
相關(guān)附圖

 

2

 

公開/公告號	CN106308933B	申請日	2016-08-31
發(fā)明名稱	傳動機構(gòu)以及手術(shù)器械
解決的技術(shù)問題	發(fā)明的傳動機構(gòu)主要設置于手術(shù)器械上，用于驅(qū)動所述手術(shù)器械之末端器械運動，其僅包括四根牽引體、三根驅(qū)動軸以及導向機構(gòu)，零件使用量少，使用成本低；而且，本發(fā)明的傳動機構(gòu)僅通過三根驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)動帶動對應的四根牽引體運動即可驅(qū)動末端器械做三個自由度運動，不僅驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動方便，而且僅使用四根牽引體實現(xiàn)三個自由度的運動，相比于現(xiàn)有采用六根鋼絲繩的傳動機構(gòu)，減少了鋼絲繩及配套部件的數(shù)量，節(jié)約了空間，簡化了驅(qū)動控制，進而也可使得手術(shù)器械的尺寸可以做得更小，繼而使微創(chuàng)傷創(chuàng)口可以開的更小，同時還可以使手術(shù)器械在人體狹小空間中的運動更為的靈活，手術(shù)操作的靈活性好；并且，基于牽引體驅(qū)動的傳動機構(gòu)，整體質(zhì)量輕，傳動的穩(wěn)定性和可靠性也更好。
技術(shù)方案	本發(fā)明提供了一種傳動機構(gòu)和手術(shù)器械。本發(fā)明的傳動機構(gòu)設置于手術(shù)器械上，用于驅(qū)動位于手術(shù)器械之末端的末端器械運動，并包括導向機構(gòu)、第一、二、三驅(qū)動軸以及第一、二、三、四牽引體，三根驅(qū)動軸平行設置，其中第一、二牽引體以相反的方向圍繞并部分固連第一驅(qū)動軸，并通過導向機構(gòu)改變方向后與末端器械固連，第三、四牽引體以相反的方向圍繞并部分固連第三驅(qū)動軸，并通過導向機構(gòu)改變方向后與末端器械固連，所述導向機構(gòu)被配置成，當所述第二驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動時，所述第一、二牽引體位于導向機構(gòu)與末端器械之間的部分，同第三、四牽引體位于導向機構(gòu)與末端器械之間的部分運動方向相反。本發(fā)明的手術(shù)器械包括本發(fā)明的傳動機構(gòu)。
相關(guān)附圖

 

鴻鵠

 

2022年4月，上海微創(chuàng)醫(yī)療機器人（集團）股份有限公司的全資子公司蘇州微創(chuàng)暢行機器人有限公司自主研發(fā)的鴻鵠骨科手術(shù)機器人獲得國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）的上市批準。

 

微創(chuàng)鴻鵠已展現(xiàn)出操作精準、高效協(xié)同、安全保護和兼容性強等技術(shù)優(yōu)勢。術(shù)前，其規(guī)劃系統(tǒng)可基于患者術(shù)前CT掃描數(shù)據(jù)及假體模型數(shù)據(jù)，協(xié)助醫(yī)生制定個性化假體植入方案。術(shù)中，它基于手術(shù)規(guī)劃的精準定位，通過配準技術(shù)并結(jié)合自主研發(fā)的高靈巧、輕量化機械臂，能夠快速完成截骨，提升手術(shù)精準度及效率。微創(chuàng)鴻鵠能夠避免傳統(tǒng)手術(shù)中的髓腔定位，術(shù)中無髓內(nèi)桿植入，可降低手術(shù)損傷及出血量，改善術(shù)后下肢力線、減少并發(fā)癥，幫助患者實現(xiàn)術(shù)后快速康復。

 

與傳統(tǒng)腔鏡手術(shù)相比，微創(chuàng)圖邁機器人具有手術(shù)視野立體真實、微型器械精細操控、狹窄空間下高靈巧運動等眾多技術(shù)優(yōu)勢，給復雜腔鏡手術(shù)涉及的狹窄解剖空間下分離止血、縫合打結(jié)、功能重建等外科操作帶來重要臨床價值，同時，克服傳統(tǒng)開放手術(shù)的創(chuàng)傷大、出血多、并發(fā)癥概率高等問題，真正實現(xiàn)精準、安全、高效、微創(chuàng)傷的外科手術(shù)操作。

 

部分相關(guān)核心專利可參照如下：

 

1

 

公開/公告號	CN110811832B	申請日	2019-11-21
發(fā)明名稱	截骨校驗方法、校驗設備、可讀存儲介質(zhì)及骨科手術(shù)系統(tǒng)
解決的技術(shù)問題	在本發(fā)明提供的截骨校驗方法、校驗設備、可讀存儲介質(zhì)及骨科手術(shù)系統(tǒng)中，首先利用截骨校驗設備獲取當前截骨平面的計算位置信息，進而基于規(guī)劃截骨平面的預定位置信息，確定所述計算位置信息與所述預定位置信息的位置誤差，若所述位置誤差超過預設值，則計算并獲得重新定位信息，并將所述重新定位信息傳輸給機械臂，以重新進行定位。如此配置，通過對首次截骨形成的當前截骨平面與規(guī)劃的預定截骨平面的位置誤差的對比和識別，使機械臂再次進行定位，進而二次修正截骨平面，可提高最終的截骨平面的精度。此外，通過機械臂進行再定位，并二次修正截骨平面，可避免使用額外的骨釘將導向工具重復固定在骨頭上，減少病人的創(chuàng)傷面，并縮減手術(shù)時間。
技術(shù)方案	本發(fā)明提供一種截骨校驗方法、校驗設備、可讀存儲介質(zhì)及骨科手術(shù)系統(tǒng)中，首先利用截骨校驗設備獲取當前截骨平面的計算位置信息，進而基于規(guī)劃截骨平面的預定位置信息，確定所述計算位置信息與所述預定位置信息的位置誤差，若所述位置誤差超過預設值，則計算并獲得重新定位信息，并將所述重新定位信息傳輸給機械臂，以重新進行定位。如此配置，通過對首次截骨形成的當前截骨平面與規(guī)劃的預定截骨平面的位置誤差的對比和識別，使機械臂再次進行定位，進而二次修正截骨平面，可提高最終的截骨平面的精度。此外，通過機械臂進行再定位，并二次修正截骨平面，可避免使用額外的骨釘將導向工具重復固定在骨頭上，減少病人的創(chuàng)傷面，并縮減手術(shù)時間。
相關(guān)附圖

 

 

2

 

 

公開/公告號	CN110897717B	申請日	2019-12-09
發(fā)明名稱	導航手術(shù)系統(tǒng)及其注冊方法與電子設備
解決的技術(shù)問題	在本發(fā)明提供的導航手術(shù)系統(tǒng)及其注冊方法中，通過將機械臂基坐標系的位置與支撐裝置固定，以及將能夠被導航跟蹤設備所識別的基準坐標系的位置與支撐裝置固定，可直接配準機械臂和導航跟蹤設備間的相對位置，而無需在機械臂末端或機械臂基座上安裝靶標進行機械臂注冊，從而簡化了手術(shù)流程，縮短了手術(shù)區(qū)域暴露時間，減小了患者受感染的幾率。特別地，在手術(shù)過程中，由于不需要在機械臂上安裝靶標，使得機械臂末端位置的采集不會受到機械臂運動過程中震動的影響，因此，確保了機械臂末端位置采集的可靠性和實時性。
技術(shù)方案	本發(fā)明涉及一種導航手術(shù)系統(tǒng)及其注冊方法與電子設備，導航手術(shù)系統(tǒng)包括通信連接的機器人系統(tǒng)和導航系統(tǒng)；機器人系統(tǒng)包括機械臂，導航系統(tǒng)包括導航跟蹤設備；機器人系統(tǒng)具有建立在機械臂上的機械臂基坐標系，機械臂基坐標系被配置為相對于支撐裝置的位置固定；導航系統(tǒng)具有能被導航跟蹤設備識別的基準坐標系，基準坐標系被配置為相對于支撐裝置的位置固定；導航手術(shù)系統(tǒng)被配置為根據(jù)機械臂基坐標系與支撐裝置的位置關(guān)系，以及基準坐標系與支撐裝置的位置關(guān)系，獲得機械臂和導航跟蹤設備間的位置關(guān)系。這樣做，無需機械臂注冊，可直接配準機械臂和導航跟蹤設備間的位置，簡化手術(shù)流程，縮短手術(shù)時間，可以確保機械臂末端位置采集的可靠性和實時性。
相關(guān)附圖

 

蜻蜓眼

 

蜻蜓眼DFVision三維電子腹腔內(nèi)窺鏡，是中國首款進入國家創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審批程序（“綠色通道”）的國產(chǎn)三維電子腹腔鏡，該產(chǎn)品已于2021年6月獲得國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）頒發(fā)的醫(yī)療器械注冊證。

 

蜻蜓眼DFVision三維電子腹腔內(nèi)窺鏡由包括高分辨率成像物鏡的電子鏡結(jié)構(gòu)組成。在實現(xiàn)雙路圖像全高清呈現(xiàn)的同時，摒棄了傳統(tǒng)腹腔鏡龐大的光學機構(gòu)，大幅減輕鏡體重量。3D成像和豐富的色彩，高度還原手術(shù)區(qū)域，增強視覺效果，真實呈現(xiàn)人體器官的解剖層次，使術(shù)者操作更加便利，縮短腹腔鏡的學習曲線。

 

在手術(shù)中，蜻蜓眼所提供的具有立體感、縱深感的手術(shù)視野，對手術(shù)中精準地游離、縫合和打結(jié)具有重要意義，可有效減少手術(shù)時間、提升手術(shù)質(zhì)量、提高手術(shù)效率，突破傳統(tǒng)二維腹腔鏡手術(shù)的局限性，可以廣泛地應用于普外科、婦科與泌尿科等臨床科室。

 

部分相關(guān)核心專利可參照如下：

 

1

 

公開/公告號	CN105455768B	申請日	2015-12-25
發(fā)明名稱	電子內(nèi)窺鏡
解決的技術(shù)問題	在本發(fā)明提供的電子內(nèi)窺鏡中，通過軸向位置調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)成像透鏡組與感光組件的間距，使得所述電子內(nèi)窺鏡具有較高倍率的調(diào)焦功能，從而極大地提高了所述電子內(nèi)窺鏡在使用過程中的自由度，即使面對微小的觀察目標也能夠放大觀察，并獲得清晰的圖像。
技術(shù)方案	在本發(fā)明提供的電子內(nèi)窺鏡中，通過軸向位置調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)成像透鏡組與感光組件的間距，使得所述電子內(nèi)窺鏡具有較強的調(diào)節(jié)像距功能，從而極大地提高了所述電子內(nèi)窺鏡在使用過程中的自由度，即使面對微小的觀察目標也能夠放大觀察，并獲得清晰的圖像。
相關(guān)附圖

 

結(jié)  語

 

誠如領域內(nèi)人士共同認識的那樣，手術(shù)機器人逐漸贏得市場追捧，站上了智能精細化發(fā)展、醫(yī)保政策利好的快車道，全球以及國內(nèi)各大手術(shù)機器人廠商也必會將達芬奇、美敦力機器人、微創(chuàng)醫(yī)療等作為重要的標桿和對照，聯(lián)動產(chǎn)學研醫(yī)生多方力量，不斷創(chuàng)新，推動中國手術(shù)機器人行業(yè)更智能化、精準化、微創(chuàng)化的發(fā)展，相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)問題也必將會成為各大手術(shù)機器人廠商的研究重點課題，后續(xù)相關(guān)產(chǎn)品的的研發(fā)和專利事務值得持續(xù)關(guān)注。

 

需要特別說明的是，對于手術(shù)機器人，筆者對國內(nèi)外各大廠家均進行了詳細研讀和分析，形成了卓有成效的工作成果，感興趣的讀者可與筆者取得聯(lián)系，共同交流學習。