深瞳工作室出品
科技日報記者 崔爽?張強?實習記者 李詔宇?策劃 劉莉 李坤
隨著國產(chǎn)手術機器人產(chǎn)業(yè)化的進一步成熟，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機器人產(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器人被好奇的觀眾團團圍住。它在不遠處工作人員的遙控下，把手臂通過直徑幾厘米的圓孔伸進容器，用比人的手指略長的蛇形機械手，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，機械手又像手術縫合一樣把蛋膜縫好，蛋液不再流出。
小朋友在2023中關村論壇展覽（科博會）上觀看單孔腔鏡手術機器人剝一枚生鵪鶉蛋。
這只是“炫技”，機器人真正大展身手的地方在醫(yī)院。機械手可以在長2.5厘米的皮膚創(chuàng)口內(nèi)進行各項腹腔手術操作，實現(xiàn)0.07—0.1毫米精度的操作，以最少的傷害完成手術。
這臺名為“術銳”的腹腔鏡單孔手術機器人，是打破美國達芬奇SP單孔腹腔鏡手術機器人壟斷地位的國產(chǎn)手術機器人代表。
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，腔鏡手術機器人是手術機器人中目前市場規(guī)模最大的一種，其比例高達63%。
在這個領域，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腔鏡手術機器人、微創(chuàng)醫(yī)療的Toumai腔鏡手術機器人、精鋒醫(yī)療的多孔腔鏡手術機器人等在內(nèi)，已有至少6款國產(chǎn)腔鏡機器人獲批。
在這片長期被國外品牌遮得密不透風的市場，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·芬奇是誰？文藝復興三杰之一、《蒙娜麗莎的微笑》的作者。
同樣的問題拋給外科醫(yī)生，他們的第一反應可能是一臺機器。
500多年前，達·芬奇設計了一個名為“機器武士”的機器人。當然，他的設計停留在圖紙上。1999年，真正的“神器”——達芬奇手術機器人橫空出世，風靡全球。
這臺由美國直觀外科（Intuitive Surgical）公司（以下簡稱直觀外科）設計的手術機器人，為紀念達·芬奇為機器人技術的啟蒙而得名。
醫(yī)生借助達芬奇手術機器人查找患者體內(nèi)病變處。
說是機器人，其實和科幻電影里常出現(xiàn)的、完全自主的“三頭六臂”不同，達芬奇手術機器人實際上是由幾根機械臂、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，實施復雜的外科手術。
手術機器人是機器人產(chǎn)業(yè)“皇冠上的明珠”。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會的分類，以臨床應用來劃分，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等不同類型。
它的工作原理類似“皮影戲”?！笆中g機器人是個約定俗成的說法，嚴格意義上應該稱之為協(xié)助外科醫(yī)生進行手術的機器人。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機械與動力工程學院教授徐凱對科技日報記者強調(diào)。
但它的確是一把利刃。
以第四代達芬奇手術機器人為例，它由床旁機械臂系統(tǒng)、外科醫(yī)生控制臺及成像系統(tǒng)構成。有它參與的手術，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)術前評估和精準計算，分別切口并插入另外三個機械臂。
機器人準備完畢后，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感應指套里，像操作游戲手柄一樣，遙控病人體內(nèi)的4支機械臂，完成手術。
“它最初被引入泌尿?qū)W領域，醫(yī)生在切除前列腺后需要進行膀胱、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，這一步基本靠醫(yī)生的手感進行。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，術后并發(fā)癥發(fā)生率居高不下。而到了機械臂手里，這些難題迎刃而解。”海軍軍醫(yī)大學第二附屬醫(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由手術機器人完成。在美國，這一比例更是高達90%。
“手術之王”發(fā)展迅速
因在前列腺手術中可讓患者受到更少的傷害，達芬奇手術機器人迅速崛起。
醫(yī)生坐著做手術，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，手術視野放大10—15倍，仿佛打開了“上帝視角”。機械臂可以任意角度扭動，遠勝人手的關節(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)上展示達芬奇手術機器人的視頻里，它的機械臂可以輕松剝開葡萄皮，再把皮像手術縫合一樣縫上，剝小龍蝦、疊千紙鶴也不在話下。
手術機器人自帶先進的安全系統(tǒng)。一旦出現(xiàn)危險狀況，它可以及時反應，保障手術安全。甚至當醫(yī)師的額頭離開操作平臺后，患者體內(nèi)的機械臂也會自動恢復初始狀態(tài)。進行機器人手術的外科醫(yī)生始終擁有手術過程的最高權限。他不僅要有豐富的臨床經(jīng)驗，還要接受機器人公司的相關培訓，獲取資質(zhì)后才能開展手術。
既好用，又安全，手術機器人發(fā)展迅速。其中，達芬奇手術機器人憑借適應科室多、上市時間久、使用地區(qū)廣等先發(fā)優(yōu)勢，成為當前全球市占率最高、應用最廣泛的手術機器人。
一枝獨秀的達芬奇手術機器人也支撐起直觀外科的“造富神話”。
迄今為止，達芬奇手術機器人全球保有量超過6000臺，占據(jù)全球手術機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”，一方面是達芬奇手術機器人價格高昂。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。
另一方面是達芬奇手術機器人耗材和服務收入不菲，占營收七成以上。耗材主要是手術過程中的消耗品，比如鑷子、剪刀、手術刀，也包括定制的吻合器、內(nèi)窺鏡等。另外，機器人各種零部件也在其中，比如機械臂。這些耗材加起來，平均每臺手術的花費在2000美元左右。
尤其是達芬奇手術機器人的機械臂，每臺手術平均至少需要4只，但每只最多只能使用10次，用到第11次時，機器人會自動鎖死，必須更換新的機械臂才能重啟。
而一只機械臂需要10萬元人民幣。
手術機器人這塊巨大誘人的蛋糕，不知有多少國家和公司想分。但多年的技術積累、市場培育、專利布局為達芬奇手術機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，達芬奇手術機器人擁有相關專利2000多項，幾乎覆蓋了現(xiàn)有同類外科手術機器人的所有技術保護點，其中涵蓋大量繞不過的通用設計。
這讓潛在的追趕者很難逃出達芬奇手術機器人專利保護的掌心。
“幾千項專利技術固然驚人，達芬奇手術機器人首創(chuàng)的‘設備+耗材+服務’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：手術機器人技術僅是引流手段，在此基礎上衍生出服務和產(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)耗材和服務帶來了源源不斷的現(xiàn)金流。
替代性技術不斷突破
多年來，國內(nèi)以高于全球均價的價格進口了200多臺達芬奇手術機器人和耗材。每臺兩三千萬元的價格及更高的耗材費用，讓機器人手術成為國人望而卻步的高端醫(yī)療服務，也在客觀上阻礙了手術機器人在國內(nèi)的推廣普及。
數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，我國安裝了219臺腔鏡手術機器人。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，我國一臺腔鏡手術機器人平均每年輔助手術299例，美國的同期數(shù)據(jù)為240例。
“這表明腹腔鏡手術機器人在中國醫(yī)院非但沒有被閑置，反而得到廣泛使用。國內(nèi)對手術機器人有很大需求?！毙靹P解釋。
“十三五”以來，國家倡議大力發(fā)展手術機器人，支持手術機器人上游零部件的精細化自主開發(fā)，并推廣人工智能技術在各個領域的商業(yè)應用，為國內(nèi)機器人實現(xiàn)自主創(chuàng)新及研發(fā)奠定重要基礎。
今年1月，工信部等十七部門聯(lián)合發(fā)布《“機器人+”應用行動實施方案的通知》，提出“鼓勵有條件有需求的醫(yī)院使用機器人實施精準微創(chuàng)手術，建設機器人應用標準化手術室，研究手術機器人臨床應用標準規(guī)范”。
“替代達芬奇手術機器人的關鍵首先是定價?！庇袠I(yè)內(nèi)人士強調(diào)，手術機器人產(chǎn)品只要能精細完成手術治療，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)腔鏡機器人，售價大約都在達芬奇手術機器人的一半。
“這個邏輯就像生活中選購機票，在安全性、便捷度、服務水平相似的前提下，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)，僅僅靠模仿達芬奇手術機器人，很難真正實現(xiàn)超越。國內(nèi)企業(yè)若想彌補差距，要么比原有技術更好，要么另辟蹊徑，發(fā)展有替代性地位的創(chuàng)新技術。
這也是徐凱把精力投入單孔腔鏡手術機器人研發(fā)的原因。
在科技部“國家重點研發(fā)計劃”和上海交通大學的支持下，徐凱帶領團隊自主研發(fā)了術銳單孔腔鏡手術機器人。不同于多孔機器人，術銳把內(nèi)窺鏡、手術工具集成到一個機械臂上，只需要在病人身上開一個孔就能完成手術。
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)腹腔鏡手術機器人的技術水平和質(zhì)量標準，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)一種可以進行軟組織手術的智能機器人。圖為機器人臂在模擬血管縫合工作的細節(jié)。
近年來，國產(chǎn)手術機器人在多自由度靈巧臂結(jié)構設計、運動學動力學算法、多維傳感技術與人工智能算法等多項手術機器人關鍵技術上取得了突破。
尤其是人工智能時代，AI能夠憑借其高超算力和先進技巧為手術執(zhí)行提供重要參考。國內(nèi)手術機器人起步
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)字技術的不斷突破，本土手術機器人在基于人工智能的自動化手術的操作模式、醫(yī)生基于增強現(xiàn)實和多模態(tài)成像的手術場景浸入式感知、結(jié)合5G技術開展相關遠程實時操作等方面發(fā)力，向微創(chuàng)化、精準化、智能化發(fā)展，有望以價格低、技術高等優(yōu)勢逐步替代進口產(chǎn)品。
6月18日，浙江大學醫(yī)學院附屬邵逸夫醫(yī)院的醫(yī)生通過5G技術操作國產(chǎn)四臂腔鏡機器人，為遠在新疆的一名患者實施了肝臟切除手術，成功完成全球首例5G超遠程機器人肝臟切除手術。
國產(chǎn)機器人逐漸成熟
長遠來看，患者方的高質(zhì)量就醫(yī)需求等將推動手術機器人進一步發(fā)展。
一方面，當前我國人口老齡化加劇。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，我國于2023年進入深度老齡化社會。與此同時，我國住院病人手術量快速攀升，醫(yī)療服務需求逐年增加。因此，技術更新迭代，推動手術機器人的發(fā)展以提升醫(yī)療供給質(zhì)量和效率成為必然。
但國產(chǎn)機器人要從實驗室走到祖國各地的手術臺，還需要“向上”突破技術壁壘、“向下”沉入市場。
據(jù)了解，手術機器人的產(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域?qū)崿F(xiàn)自產(chǎn)。
“由于集成難度高，國產(chǎn)手術機器人的發(fā)展面臨一定的技術壁壘，包括精密伺服電機、減速機和控制器等核心零部件的迭代升級?！鄙綎|威高手術機器人有限公司研發(fā)總監(jiān)王淑林坦言。
目前，國內(nèi)手術機器人行業(yè)在伺服系統(tǒng)和精密減速器方面仍以進口為主，這也是整個機器人行業(yè)最難攻克的技術難題。其中，減速器對于機器人的性能、精度和壽命起著決定性的作用。在手術機器人領域所使用的產(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壁壘。
同時，交叉學科的專業(yè)人才缺口，也讓國產(chǎn)手術機器人發(fā)展束手束腳。
作為將機械工程與信息技術、醫(yī)學相結(jié)合的綜合性行業(yè)，手術機器人行業(yè)對人才的素質(zhì)有極高的要求?！澳壳皣a(chǎn)手術機器人行業(yè)仍然缺乏足量高質(zhì)的跨學科人才?！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。
“當產(chǎn)業(yè)化積累發(fā)展到一定階段時，我們規(guī)?；a(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口手術機器人‘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機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要加強普及，需要醫(yī)保體系的進一步完善。
他解釋道，由于我國醫(yī)保覆蓋率不夠，導致我國手術機器人裝機率偏低，我國市場腔鏡機器人滲透率僅為
0.51%，而美國同期同類手術的滲透率為13.3%。目前使用的進口手術機器人價格較高，耗材和維護費昂貴，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，醫(yī)療機器人輔助手術的費用要高出2萬—3萬元，抬高了推廣成本。
2023年世界機器人大會上展示的手術機器人。
據(jù)悉，上海、北京、湖南、廣東、江西等省市已陸續(xù)將手術機器人及相關耗材等項目納入醫(yī)保支付范圍。
根據(jù)近日發(fā)布的《中國手術機器人行業(yè)研究報告（2022）》，2020年全球手術機器人市場規(guī)模高達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%。盡管我國手術機器人市場相比歐美發(fā)達國家總體體量差距仍然較大，但是年復合增長率領跑全球。
兼具先進工程水平和智能數(shù)字技術的手術機器人，將從微創(chuàng)化、精確化、國產(chǎn)化出發(fā)，向著遠程化和智能化持續(xù)邁進?！半S著國產(chǎn)手術機器人產(chǎn)業(yè)化的進一步成熟，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機器人產(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）
