前言
手術(shù)機器人是一種先進的醫(yī)療設(shè)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(lǐng)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(lǐng)域中實現(xiàn)高于人類能力的對手術(shù)器械的精準(zhǔn)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(yīng)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(lǐng)域是當(dāng)之無愧的革命性外科手術(shù)工具。
市場分析
當(dāng)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(lǐng)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(yù)計從 2021 年到 2028 年將以 17.60% 的復(fù)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(fù)合增長率達36.2%，預(yù)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(fù)合增長率為34.9%。
手術(shù)機器人是將機器人技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)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(xué)、材料學(xué)、自動控制學(xué)、數(shù)字圖像處理學(xué)、生物力學(xué)、機器人學(xué)等諸多學(xué)科為一體的新型交叉科學(xué)。一般情況下，從臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)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(yīng)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(xué)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(yīng)癥的手術(shù)機器人中“賣得好”才是各大廠商的終極目標(biāo)，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(dāng)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(shè)計風(fēng)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(lǐng)域“叱咤風(fēng)云”恰恰是得益于專利。
技術(shù)分析
誠如上文所提到的那樣，目前，手術(shù)機器人的開發(fā)主要集中于腔鏡手術(shù)機器人、骨科手術(shù)機器人、血管介入手術(shù)機器人、經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人、穿刺手術(shù)機器人這五大類，本文筆者以這五類為主要對象展開簡單分析。
1、腔鏡手術(shù)機器人
腔鏡手術(shù)機器人可進行廣泛類型的手術(shù)，例如泌尿外科、婦科、胸外科及普外科手術(shù)。腔鏡令外科醫(yī)生的視線可延伸至病人的體內(nèi)，而機械臂則模仿其雙手以握著及指示腔鏡及手術(shù)器械。需要特別說明的是，腔鏡手術(shù)機器人是商業(yè)化最成功的手術(shù)機器人代表，根據(jù) Frost & Sullivan 數(shù)據(jù)，2016~2020 年，全球腔鏡手術(shù)機器人市場規(guī)模從27.1億美元增加到52.5億美元，復(fù)合增速為18.0%， 預(yù)計到 2026 年將達到 180.1 億美元，復(fù)合增速 22.8%。
對于腔鏡手術(shù)機器人，直觀外科公司(Intuitive Surgical)因上市時間久、使用地區(qū)廣等先發(fā)優(yōu)勢，旗下達芬奇手術(shù)機器人系統(tǒng)（da Vinci）占據(jù)全球壟斷地位，另外，英國公司CMR Surgical 旗下的Versius手術(shù)機器人、美敦力旗下的Hugo手術(shù)機器人、Titan Medical旗下的Enos手術(shù)機器人等多個機器人品牌也具備較高的影響力。對于國內(nèi)市場，微創(chuàng)醫(yī)療的圖邁、威高醫(yī)療的妙手已獲批注冊，術(shù)銳醫(yī)療、精鋒醫(yī)療、康多醫(yī)療等多個廠商手術(shù)機器人臨床進程中，競爭格局初步顯現(xiàn)。
本文以達芬奇手術(shù)機器人系統(tǒng)為例，對腔鏡手術(shù)機器人展開簡單的技術(shù)分析。
達芬奇（da Vinci）手術(shù)機器人由美國直觀醫(yī)療公司制造生產(chǎn)。美國直觀醫(yī)療公司創(chuàng)立于1995年，總部設(shè)在美國加州，是開發(fā)革命性微創(chuàng)手術(shù)儀器和技術(shù)的先驅(qū)。
1999年，第一臺達芬奇手術(shù)機器人面世。2000年，達芬奇手術(shù)機器人正式成為第一個受FDA批準(zhǔn)用于臨床手術(shù)的機器人輔助腹腔鏡手術(shù)系統(tǒng)。
20 多年來，達芬奇平臺開創(chuàng)了手術(shù)室的新功能，改變了微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域。通過超過 500 萬次手術(shù)，Intuitive已成為手術(shù)機器人領(lǐng)域公認的領(lǐng)導(dǎo)者。
系統(tǒng)主要由三部分組成：醫(yī)生操控臺、床旁機械臂系統(tǒng)以及影像處理平臺。主刀醫(yī)生坐在控制臺前控制器械和鏡頭；床旁機械臂系統(tǒng)是達芬奇手術(shù)機器人的操作部分，它放置在患者身旁為器械和鏡頭提供支撐，并實現(xiàn)醫(yī)生的操作；影像處理系統(tǒng)，為患者身邊的手術(shù)團隊提供圖像信息。
達芬奇手術(shù)機器人示意圖
達芬奇系列手術(shù)機器人共經(jīng)歷的四代進化。
達芬奇機器人1996年推出了第一代，2006年推出的第二代機器人機械手臂活動范圍更大了，允許醫(yī)生在不離開控制臺的情況下進行多圖觀察。
2009年在第二代機器人的基礎(chǔ)上增加了雙控制臺、模擬控制器、術(shù)中熒光顯影技術(shù)等功能，進而推出了第三代達芬奇Si系統(tǒng)。
第四代達芬奇Xi系統(tǒng)在2014年推出，靈活度、精準(zhǔn)度、成像清晰度等方面有了質(zhì)的提高，公司在2014年下半年還開發(fā)了遠程觀察和指導(dǎo)系統(tǒng)。
從上文的技術(shù)脈絡(luò)可以得知，對于達芬奇手術(shù)機器人而言，直觀醫(yī)療布局了數(shù)量龐大的專利帝國，筆者選取了2組進行解讀，相關(guān)相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
CN104799890B |
申請日 |
2010/11/10 |
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發(fā)明名稱 |
彎曲套管和機器人操縱器 |
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解決的技術(shù)問題 |
為了進一步減少病人創(chuàng)傷并且保留機器人手術(shù)系統(tǒng)的益處，外科醫(yī)生已經(jīng)開始執(zhí)行通過經(jīng)皮膚的單個切口來研究或處理病人狀況的手術(shù)程序。在一些情況下，這樣的“單端口入路(port access)”手術(shù)已經(jīng)采用手動器械或采用現(xiàn)有機器人手術(shù)系統(tǒng)執(zhí)行。因此，期望的是改進的設(shè)備和方法，與使用現(xiàn)有的設(shè)備和方法相比，其能夠使外科醫(yī)生更有效地進行單端口入路手術(shù)。還期望的是能夠容易地修改一般用于執(zhí)行這種單端口入路手術(shù)的多切口(多端口)手術(shù)的現(xiàn)有機器人手術(shù)系統(tǒng)。 |
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技術(shù)方案 |
一種機器人手術(shù)系統(tǒng)配置有(多個)剛性的彎曲套管(416a)，這些套管延伸穿過同一個開口進入病人體內(nèi)。具有(多個)被動柔性軸(506)的手術(shù)器械(500)延伸穿過這些彎曲套管。這些套管被定向為朝手術(shù)部位引導(dǎo)器械。公開了一種遠程操作控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以一種允許外科醫(yī)生體驗直觀控制的方式移動這些彎曲套管及其相關(guān)聯(lián)的器械。這些柔性軸器械被控制為就好像沿著一條虛擬的直線插入和抽出軸線進行延伸。公開了在該單個開口內(nèi)支撐彎曲套管的各種端口構(gòu)件(1402)。公開了在插入到該單個開口以及安裝至機器人操縱器上的過程中支撐這些套管的(多個)套管支撐固定件(1902)。 |
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相關(guān)附圖 |
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公開/公告號 |
CN105050531B |
申請日 |
2014/3/13 |
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發(fā)明名稱 |
具有操控界面的外科患者側(cè)手推車 |
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解決的技術(shù)問題 |
移動遠程操作的外科系統(tǒng)的患者側(cè)手推車中的一個考慮是患者側(cè)手推車可由使用者容易移動。由于其重量、大小和全部構(gòu)造，可期望提供患者側(cè)手推車以傳動裝置以幫助使用者移動患者側(cè)手推車。這樣的傳動裝置可基于來自使用者的輸入而被控制，以相對容易的方式移動患者側(cè)手推車。進一步，可期望提供患者側(cè)手推車以控制機構(gòu)，以驅(qū)動和移動不是復(fù)雜的而是相對容易使用的患者側(cè)手推車。 |
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技術(shù)方案 |
用于遠程操作的外科系統(tǒng)的患者側(cè)手推車包括至少一個保持外科器械的操縱器部分和操控界面。操控界面可包括至少一個傳感器，其被安置以感測使用者施加的以移動手推車的旋轉(zhuǎn)力、向前力、向后力。操控界面可進一步包括連接機構(gòu)，以可移除地連接操控界面與患者側(cè)手推車。至少一個傳感器可被放置以當(dāng)操控界面處于與患者側(cè)手推車的連接狀態(tài)時與患者側(cè)手推車的驅(qū)動控制系統(tǒng)信號連通。 |
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相關(guān)附圖 |
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2、骨科手術(shù)機器人
骨科手術(shù)機器人是利用機器人、導(dǎo)航定位、自動控制、先進傳感器等新技術(shù)，為外科醫(yī)生提供穩(wěn)定的操作平臺、精確的定位和智能的操作手段的創(chuàng)新醫(yī)療設(shè)備。骨科手術(shù)機器人用于輔助骨科手術(shù)，其帶來的好處包括精準(zhǔn)、定制三維術(shù)前方案、手術(shù)部位更清楚、減少震顫和提高手術(shù)精準(zhǔn)度。使用骨科手術(shù)機器人亦有助減少對健康骨骼及組織的損傷、減少失血、縮短住院時間及加快康復(fù)。
根據(jù) Frost & Sullivan 數(shù)據(jù)，全球手術(shù)機器人市場近年來保持高速增長，從2016年2.6億美元增長至2020年13.9億美元，預(yù)計到2026年將達到46.9億美元，是手術(shù)機器人第二大市場。
就應(yīng)用場景而言，骨科手術(shù)機器人主要應(yīng)用于三類手術(shù)，即關(guān)節(jié)置換手術(shù)、脊柱手術(shù)及骨科創(chuàng)傷手術(shù)。對于骨科手術(shù)機器人，有著較多的布局該細分賽道，可以說骨科手術(shù)機器人也是競爭激烈的手術(shù)機器人細分領(lǐng)域，如：美敦力的Mazor、史賽克的Mako、捷邁邦美的Rosa、施樂輝的Cori、強生的VELYS、Globus的ExcelsiusGPS等多個機器人品牌均具備較高的影響力。對于國內(nèi)市場，天智航、 鑫君特、骨圣元化、鍵嘉、鑄正等多個廠商的骨科手術(shù)機器人均已上市，且多家廠商的骨科機器人目前已進入臨床注冊階段，可見骨科手術(shù)機器人賽道競爭格外激烈。
本文以史賽克的Mako和美敦力的Mazor手術(shù)機器人系統(tǒng)為例，對骨科手術(shù)機器人展開簡單的技術(shù)分析。
史賽克-MAKO
Mako手術(shù)機器人于2006年在美國上市，能夠協(xié)助醫(yī)生完成全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)、全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)及單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)。截止至2020年，全球范圍內(nèi)超過28個國家裝機使用Mako機器人，14年內(nèi)總計完成手術(shù)超過350,000臺。
Mako機器人基于兩大核心技術(shù)：智能手術(shù)規(guī)劃技術(shù)和智能輔助截骨技術(shù)。智能手術(shù)規(guī)劃技術(shù)基于CT進行3D的智能建模，為患者生成個性化的手術(shù)方案，同時提供術(shù)中動態(tài)調(diào)整，最大程度的將關(guān)節(jié)手術(shù)推向精準(zhǔn)化、個性化。智能輔助截骨技術(shù)采用創(chuàng)新高效的截骨模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)高速磨鉆、擺鋸和動力手機的集成，同時在術(shù)中實現(xiàn)毫米級精確截骨控制和制動巡航截骨保護，為術(shù)者賦能，實現(xiàn)微創(chuàng)化、精細化的截骨控制。
下圖給出了Mako手術(shù)機器人的產(chǎn)品實物示意。
Mako示意圖
2006年，第一代Mako骨科機器人于美國佛羅里達州誕生，并成功實施了首例單髁膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。2015年推出了第三代Mako智能骨科機器人系統(tǒng)，成功將Accolade及Trident系類假體結(jié)合在全髖關(guān)節(jié)置換應(yīng)用。2016年成功的實施了Triathlon全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)后，標(biāo)志著Mako智能骨科機器人系統(tǒng)在關(guān)節(jié)置換領(lǐng)域的應(yīng)用的成熟，并充分顯示出機器人手術(shù)的優(yōu)勢。下圖給出了Mako骨科機器人的技術(shù)發(fā)展路線。
筆者從Mako手術(shù)機器人涉及的相關(guān)專利中擇機選擇了一組專利進行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
CN102281831B |
申請日 |
2009/12/22 |
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發(fā)明名稱 |
一種用于機器人臂的傳動裝置 |
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解決的技術(shù)問題 |
常規(guī)拉伸部件驅(qū)動系統(tǒng)的另一個困難是拉伸部件必須預(yù)拉伸以消除可能導(dǎo)致反沖的松弛。然而，預(yù)拉伸的加載量是拉伸部件的斷裂長度的約15%至50%，這會導(dǎo)致向驅(qū)動系統(tǒng)組件、軸承和支撐結(jié)構(gòu)施加較大的力。高的加載量還增加了驅(qū)動系統(tǒng)組件的摩擦力并且容易使外科醫(yī)生疲勞。 |
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技術(shù)方案 |
本發(fā)明公開了一種用于機器人臂的傳動裝置，包括：第一構(gòu)件，所述第一構(gòu)件具有驅(qū)動部件，和構(gòu)造為被啟動以抑制所述驅(qū)動部件運動的部分；第二構(gòu)件；其中，所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件之一包括從動部件；以及第一和第二傳動部件，所述第一和第二傳動部件均與所述驅(qū)動部件和所述第二構(gòu)件耦合，并且構(gòu)造為在所述驅(qū)動部件運動時使所述從動部件隨之運動，其中，所述第一和第二傳動部件中的至少一個傳動部件包括第一多元傳動子部件，其中，所述驅(qū)動部件的旋轉(zhuǎn)軸線平行于所述從動部件的旋轉(zhuǎn)軸線，以及其中，所述第一多元傳動子部件包括第一和第二傳動子部件，并且所述驅(qū)動部件包括第一和第二引導(dǎo)件，所述第一和第二引導(dǎo)件構(gòu)造為使所述第一和第二傳動子部件相對于所述驅(qū)動部件定位。 |
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相關(guān)附圖 |
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美敦力-MAZOR
2021年8月29日，美敦力宣布旗下脊柱外科智能導(dǎo)航機器人MAZOR X在中國正式上市，這款脊柱外科智能導(dǎo)航機器人在精準(zhǔn)、安全、高效三大維度均實現(xiàn)了突破，立刻引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，有望打造國內(nèi)骨科新格局。
MAZOR系列手術(shù)機器人共經(jīng)歷的三代進化，其中MAZOR X手術(shù)機器人為最新一代產(chǎn)品，其首次實現(xiàn)了脊柱手術(shù)的全程可視化操作，醫(yī)生可以借此看到此前無法觸及的細節(jié)。術(shù)前基于解剖識別引擎的全局術(shù)前規(guī)劃功能，在術(shù)前輕松完成手術(shù)方案設(shè)計，讓術(shù)者對手術(shù)胸有成竹。術(shù)中借助MAZORX機械臂精準(zhǔn)定位及零導(dǎo)絲高效置釘流程，讓原本復(fù)雜費力的手術(shù)過程變得游刃有余，舉重若輕。借助MAZOR X全程可視化導(dǎo)航，讓術(shù)者擺脫輻射暴露的風(fēng)險和繁瑣的透視操作，置釘結(jié)果一目了然，確保手術(shù)全程可視。
Mazor示意圖
Mazor機器人的發(fā)展已逾20年，總共經(jīng)歷了三次技術(shù)更新迭代，分別如下：
第一代：為誕生于2004年的SpineAssist，第一代MAZOR脊柱機器人SpineAssit于2004年獲得CE&FDA認證，標(biāo)志著機器人脊柱手術(shù)的開端。SpineAssist率先提出利用術(shù)前CT影像規(guī)劃的機器人脊柱手術(shù)流程。即采用超前的解剖洞察引擎技術(shù)，利用術(shù)前CT影像進行手術(shù)規(guī)劃，并于術(shù)中通過跨模態(tài)影像融合技術(shù)將術(shù)前手術(shù)計劃與實際病人體位的骨性結(jié)構(gòu)匹配，以機械臂精準(zhǔn)執(zhí)行手術(shù)。這項MAZOR核心科技顯著地提升了手術(shù)的預(yù)見性與精準(zhǔn)性，并一直沿用在之后推出的MAZOR機器人上。
第二代：為誕生于2011年的Renaissance，進一步完善了術(shù)前智能手術(shù)規(guī)劃功能，全局化規(guī)劃脊柱手術(shù)各個關(guān)鍵步驟。在硬件上，Renaissance首次推出一體式患者隨動平臺技術(shù)，將機械臂與患者骨性結(jié)構(gòu)剛性連接，提升了操作與定位的雙重精確性。在適應(yīng)癥上，豐富的操作平臺選擇覆蓋全脊柱手術(shù)應(yīng)用。
第三代：為誕生于2017年的MAZOR X，其在術(shù)前智能手術(shù)規(guī)劃功能上實現(xiàn)全面突破，具體包括如下方面：置釘設(shè)計、置棒設(shè)計、皮膚切口設(shè)計、脊柱立線測量、M側(cè)彎分型、植入物選擇、截骨矯形、融合計劃、術(shù)前手術(shù)報告等，MAZOR X將以上各個步驟進行全局化手術(shù)方案設(shè)計。同時在硬件上搭載第三代亞毫米級手術(shù)機械臂系統(tǒng)，真正實現(xiàn)脊柱手術(shù)的“所思即所見，所見即所得”。
同樣的，筆者從Mazor手術(shù)機器人涉及的相關(guān)專利中擇機選擇了一組專利進行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
CN102300512B |
申請日 |
2009/12/1 |
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發(fā)明名稱 |
機器人引導(dǎo)的傾斜脊柱穩(wěn)定化 |
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解決的技術(shù)問題 |
可以通過使用機械手沿安全軌跡引導(dǎo)外科醫(yī)生以最小侵入的方式通過兩個穿刺切口執(zhí)行軌跡鉆孔，比某些先前描述的使用傾斜軌跡的方法具有更小的創(chuàng)傷，還排除了對許多用熒光鏡檢查的圖像來核查鉆頭插入位置相對于圍繞患者的椎骨的神經(jīng)位置的需要。 |
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技術(shù)方案 |
一種用于準(zhǔn)備患者的兩個相鄰椎骨之間的脊柱穩(wěn)定化過程的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： |
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外科手術(shù)機器人，其被安裝成，該外科手術(shù)機器人可以限定至少一個路徑，該路徑用于從所述兩個相鄰椎骨中的下面一個的椎弓根部位朝著上椎體的前部皮質(zhì)邊緣進入相鄰的上椎骨的本體中的傾斜螺釘插入； |
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控制系統(tǒng)，其接收三維的手術(shù)前數(shù)據(jù)，包括關(guān)于所述兩個相鄰椎骨的骨骼結(jié)構(gòu)的空間位置和神經(jīng)位置的信息，以及 |
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配準(zhǔn)系統(tǒng)，其使所述外科手術(shù)機器人的坐標(biāo)系與所述三維的手術(shù)前數(shù)據(jù)相關(guān)， |
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其中所述控制系統(tǒng)適合于使用所述信息來確定所述傾斜螺釘插入的安全路徑。 |
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相關(guān)附圖 |
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3、血管介入手術(shù)機器人
血管介入手術(shù)機器人用于治療心臟、腦部或外周血管系統(tǒng)中的血管或相關(guān)器官疾病，機器人輔助泛血管手術(shù)的顯著優(yōu)勢是機器人可使外科醫(yī)生免受過度X光輻射。
根據(jù)Frost & Sullivan數(shù)據(jù)，2020年全球進行的泛血管手術(shù)數(shù)量達1,430萬例，2020年全球泛血管手術(shù)機器人市場規(guī)模為3,140萬美元，預(yù)計2026年將增長至16.1億美元，2016-2026年復(fù)合增長率為87.4%。隨著冠脈、外周等血管疾病的患病率日益增長，泛血管手術(shù)機器人的產(chǎn)品性能逐漸提升，手術(shù)機器人輔助泛血管手術(shù)操作的滲透率將快速提升。
目前，也有多家手術(shù)機器人廠商布局血管介入手術(shù)機器人賽道，如：西門子Corindus途靈、Robocath（微創(chuàng)引入）R-one、Stereotaxis的Genesis RMN、唯邁醫(yī)療、奧朋醫(yī)療、愛博醫(yī)療等均具有較高的影響力。
本文以西門子的Corindus途靈手術(shù)機器人系統(tǒng)為例，對血管介入手術(shù)機器人展開簡單的技術(shù)分析。
西門子 途靈
Corindus途靈介入手術(shù)機器人技術(shù)起源于以色列，以色列海法醫(yī)院成功研制出用于心血管介入的手術(shù)機器人Remote navigation system(RNS)，該系統(tǒng)采用多組摩擦輪分別遞送導(dǎo)引導(dǎo)絲和球囊支架導(dǎo)管，并首次開展了臨床實驗。2012年美國醫(yī)療機器人公司Corindus Vascular Robotics使用RNS技術(shù)開發(fā)的初代產(chǎn)品Corpath200獲得了FDA批準(zhǔn)上市用于PCI，又于2016年第四季度Corindus的二代產(chǎn)品CorPath®獲得了FDA批準(zhǔn)上市用于PCI。
值得注意的是，2019年8月8日，西門子醫(yī)療宣布以11億美元收購Corindus Vascular Robotics，Corindus途靈介入手術(shù)機器人至此納入西門子醫(yī)療旗下。
特別指出的是，西門子醫(yī)療的Corindus途靈最新一代CorPath GRX介入手術(shù)機器人還通過國家藥監(jiān)局器審中心的創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查申請，獲準(zhǔn)進入特別審查程序，并且取得上市資格。不過出于商業(yè)考慮，西門子醫(yī)療暫停了該產(chǎn)品的商業(yè)運作。
下圖給出了Corindus途靈手術(shù)機器人（CorPath GRX）的產(chǎn)品實物示意。
CorPath GRX產(chǎn)品實物示意
筆者從Corindus途靈介入手術(shù)機器人涉及的相關(guān)專利中擇機選擇了一組專利進行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
US8828021B2 |
申請日 |
2009/11/25 |
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發(fā)明名稱 |
Catheter system |
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解決的技術(shù)問題 |
Before performing an interventional procedure with the disclosed invention, a diagnostic procedure is typically performed. An exemplary diagnostic procedure performed before performing a PCI may include a number of steps. Starting in the femoral artery, a 0.038 guide wire is run over the top of the aortic arch. A diagnostic catheter is advanced over the 0.038 guide wire after which the 0.038 guide wire is removed allowing the diagnostic catheter (DC) to return to its preformed shape enabling the DC to access either the left or the right ostium of the aorta. A contrast media is injected through the DC and the heart is x-rayed to identify the existence and location of any lesion. A y-connector may be secured to the end of the DC outside of the patient. The y-connector provides a means for introducing the contrast media or medication. The y-connector employs a one way valve both at the y-connector leg and the free open end. The 0.038 guide is then reinserted into the DC advanced over the top of the aortic arch, and the diagnostic catheter is removed. When the diagnostic is completed the 0.038 guide wire may be left in place for use in a PCI procedure. |
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技術(shù)方案 |
A robotic catheter system is provided. The catheter system includes a housing, and the housing has a sidewall and a longitudinal axis. The catheter system includes a recess formed in the sidewall of the housing and a drive mechanism supported by the housing. The drive mechanism is configured to impart movement to a catheter device. The catheter system includes a first channel configured to receive a catheter device, and the first channel has a opening located within the recess. |
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相關(guān)附圖 |
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4、經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人
經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人是指通過人體自然腔道，如支氣管、胃、腸道、泌尿生殖系統(tǒng)等途徑進入目標(biāo)位置，并可進行手術(shù)操作的機器人。經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人應(yīng)用于自然腔道腔鏡手術(shù)，如支氣管鏡檢查（肺檢查）、結(jié)腸鏡檢查（腸道檢查）及胃鏡檢查（胃檢查）。經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人為目標(biāo)部位提供了更清晰的視野，使外科醫(yī)生能夠更靈巧地操作工具。
根據(jù)Frost & Sullivan數(shù)據(jù)，2020年全球經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人市場規(guī)模為7,560萬美元，預(yù)計到2026將增長至17.9億美元，2016-2026年復(fù)合增長率為88.2%。日后隨著自然腔道手術(shù)機器人在國內(nèi)獲批上市，新安裝的經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人數(shù)量未來將快速增長。
目前，也有多家手術(shù)機器人廠商布局經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人賽道，如：intuitive Surgical開發(fā)的Ion支氣管機器人、Johnson & Johnson開發(fā)的Monarch支氣管機器人、MedRobotics開發(fā)的Flex消化道機器人、堃博醫(yī)療等均具有較高的影響力。
本文以intuitive Surgical開發(fā)的Ion支氣管機器人系統(tǒng)為例，對經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人展開簡單的技術(shù)分析。
直觀外科 Ion
Ion是基于導(dǎo)管可以對肺內(nèi)深處的組織進行精確穿透和取樣的機器人肺活檢系統(tǒng)。其生產(chǎn)廠家為Intuitive Surgical（直觀外科），于2019 年 2 月獲得FDA批準(zhǔn)。
Ion腔內(nèi)系統(tǒng)是一種新的機器人平臺，用于在外周肺深處進行微創(chuàng)活檢。該系統(tǒng)具有超薄的人為控制的機器人導(dǎo)管，可讓醫(yī)生以前所未有的穩(wěn)定性和精度進入難以觸及的氣道。Ion手術(shù)機器人的獨特之處在于其創(chuàng)新的形狀感應(yīng)技術(shù)，每秒可測量導(dǎo)管的完整形狀數(shù)百次，從而在整個導(dǎo)航和活檢過程中提供精確的位置和形狀信息。
下圖給出了Ion手術(shù)機器人的產(chǎn)品實物示意。
Ion產(chǎn)品實物示意
Ion手術(shù)機器人的包括一個采用形狀傳感技術(shù)的柔性導(dǎo)管，它提供位置和形狀反饋以及一個視頻探頭，用于在驅(qū)動導(dǎo)管時進行實時可視化，導(dǎo)管可以在任何方向旋轉(zhuǎn)和彎曲180度。活檢針是柔韌的，因此可以穿過導(dǎo)管可以穿過的相同彎曲的解剖結(jié)構(gòu)。
在支氣管鏡檢查期間，使用Ion手術(shù)機器人的控制器沿著預(yù)先計劃的路徑導(dǎo)航到目標(biāo)，借助Ion手術(shù)機器人的導(dǎo)管可以深入肺部。該導(dǎo)管具有 3.5 毫米的外徑和 2.0 毫米的工作通道，使其到達肺的所有 18 個部位。
筆者從Ion手術(shù)機器人涉及的相關(guān)專利中擇機選擇了一組專利進行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
CN102449666B |
申請日 |
2010/3/17 |
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發(fā)明名稱 |
用于為操縱內(nèi)窺鏡設(shè)備的末端朝向一個或更多個界標(biāo)轉(zhuǎn)向提供視覺引導(dǎo)和在內(nèi)窺鏡導(dǎo)航中輔助操作者的系統(tǒng) |
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解決的技術(shù)問題 |
如果操作者意外地在錯誤的方向移動內(nèi)窺鏡，則末端可能無意地穿孔或者損害組織，這對病人引起傷害。即使這種傷害通過小心地移動內(nèi)窺鏡末端來避免，也需要額外的時間來重復(fù)地確定內(nèi)窺鏡相對于病人體內(nèi)的目標(biāo)位置的真正方向。因此，實施手術(shù)程序所需的時間被延長，這增加了手術(shù)的成本并且增加了對健康安全的憂慮。 |
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技術(shù)方案 |
通過將向量的圖形表示顯示在當(dāng)前圖像附近來為內(nèi)窺鏡設(shè)備的操作者提供界標(biāo)方向引導(dǎo)，所述當(dāng)前圖像由設(shè)置在內(nèi)窺鏡設(shè)備的末端處的圖像捕獲設(shè)備捕獲并被顯示在顯示屏上，其中所述向量的圖形表示指向?qū)⒉倏v內(nèi)窺鏡的方向以朝例如解剖結(jié)構(gòu)的相關(guān)界標(biāo)移動。通過確定內(nèi)窺鏡設(shè)備相對于參考系的當(dāng)前位置和形狀、根據(jù)確定的位置和形狀產(chǎn)生內(nèi)窺鏡計算機模型，并與參考至參考系的病人計算機模型一起顯示內(nèi)窺鏡計算機模型以便當(dāng)操縱內(nèi)窺鏡時操作者可以看見，來為操作者提供視覺導(dǎo)航。 |
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相關(guān)附圖 |
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5、穿刺手術(shù)機器人
經(jīng)皮穿刺手術(shù)機器人是一種通過MRI、CT、超聲等成像手段將目標(biāo)解剖位置定位，引導(dǎo)反饋枕頭達到病灶，輔助完成經(jīng)皮穿刺的手術(shù)機器人。經(jīng)皮穿刺手術(shù)機器人適用于經(jīng)皮穿刺手術(shù)，其主要為收集組織樣本作診斷用途的程序，如檢測早期肺癌、乳腺癌及前列腺癌。
根據(jù)Frost & Sullivan數(shù)據(jù)，全球經(jīng)皮穿刺手術(shù)機器人2020年市場規(guī)模為3.8億美元，預(yù)計到2026年增長至14.9億美元，2016-2026年復(fù)合增長率為22.5%。
同樣的，目前，也有多家手術(shù)機器人廠商布局經(jīng)自然腔道手術(shù)機器人賽道，如：Perfint Healthcare的Robio EX和MAXIO V2、Veran的ig4、Biobot的Mona Lisa、XACT Robotics的XACT ACE、醫(yī)達健康的IQQA-Guide等均具有較高的影響力。
本文以Biobot的Mona Lisa前列腺穿刺手術(shù)機器人系統(tǒng)為例，對穿刺手術(shù)機器人展開簡單的專利分析。
Biobot Mona Lisa
Mona Lisa手術(shù)機器人是一種前列腺輔助穿刺機器人，由新加坡biobot surgical公司研發(fā)，該手術(shù)機器人由微創(chuàng)醫(yī)療引入國內(nèi)。目前已獲批上市。
Mona Lisa是在經(jīng)皮穿刺這一賽道布局的一款創(chuàng)新機器人產(chǎn)品。Mona Lisa可使醫(yī)生能夠更加精確、輕松地進行活檢取樣：術(shù)前，醫(yī)生可以通過智慧的軟體進行手術(shù)規(guī)劃和交互調(diào)整；術(shù)中，強大的彈性MRI-超聲融合演算法可即時引導(dǎo)醫(yī)生，使得目標(biāo)靶點無論位于前列腺尖部、基底部或外周帶，都能容易且準(zhǔn)確地被取樣。創(chuàng)新的經(jīng)會陰兩點式入針法可以最大限度地減少恥骨弓的干擾、減少患者創(chuàng)口，并實現(xiàn)完全的前列腺覆蓋；術(shù)后，Mona Lisa可生成包含 3D圖像和臨床資料的完整報告。
下圖給出了Mona Lisa手術(shù)機器人的產(chǎn)品實物示意。
Mona Lisa產(chǎn)品實物示意
筆者從Mona Lisa手術(shù)機器人涉及的相關(guān)專利中擇機選擇了一組專利進行了解析，相關(guān)結(jié)果如下：
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公開/公告號 |
CN105188560B |
申請日 |
2013/12/11 |
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發(fā)明名稱 |
用于活檢和治療的器械及方法 |
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解決的技術(shù)問題 |
根據(jù)本發(fā)明的活檢和治療器械的設(shè)計使活檢針刺單元能夠以笛卡爾坐標(biāo)和極坐標(biāo)移動。當(dāng)需要從器官提取許多組織樣本用于診斷時，這一構(gòu)思消除了在皮膚上多次穿刺的需要。另外，較少的針進入點意味著患者感染的風(fēng)險將大大減小。本發(fā)明的極坐標(biāo)功能和笛卡爾坐標(biāo)功能的組合使得能夠根據(jù)操作需要構(gòu)筑多條錐形的運動包絡(luò)線。該器械構(gòu)筑多條錐形包絡(luò)線的能力對于特別是在前列腺活檢環(huán)境中的操作是非常有利的，因為恥骨可能妨礙針插入器官。 |
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技術(shù)方案 |
一種活檢和治療裝置，包括：針刺單元，用于保持和插入活檢針；成像模塊，包括超聲探頭和用于以往復(fù)動作移動所述探頭的致動器；第一弓形滑動件；第二弓形滑動件，所述第二弓形滑動件與所述第一弓形滑動件和連桿機構(gòu)滑動接合，所述第一弓形滑動件被安裝到所述連桿機構(gòu)；所述連桿機構(gòu)被布置以使所述第一弓形滑動件和第二弓形滑動件在豎直平面內(nèi)移動；所述針刺單元被安裝到所述弓形滑動件，其中所述第一弓形滑動件和第二弓形滑動件被安裝成互相垂直，以使所述針刺單元圍繞相應(yīng)的第一主軸和第二主軸旋轉(zhuǎn)。 |
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相關(guān)附圖 |
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結(jié) 語
誠如領(lǐng)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等先進機器人作為重要的標(biāo)桿和對照，聯(lián)動產(chǎn)學(xué)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(zhǔn)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(wù)值得持續(xù)關(guān)注。
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