机器人辅助手术(Robot Assisted Surgery,RAS)是临床医学发展的里程碑。开发手术机器人的最大意义之一,是直接拓展了手术能力。从定义来看,手术机器人是集医学、机械学、生物力学及计算机科学等多学科于一体的医疗器械产品,借助微创手术和相关底层技术发展,能从视觉、听觉和触觉上为医生进行手术操作提供支持,被用于高于人类能力的微创手术领域,实现对手术器械的精准控制。机器人辅助手术具有灵活精准、视野大且清晰、过滤震颤、创口小恢复快、出血少并发症少、直觉自然、易于学习等优势,在高难度手术中具备必要性,在简单的良性手术中具备消费升级属性,运用场景有望不断突破。经过20年发展,手术机器人行业将从起步阶段进入下一个快速发展期。
手术机器人行业的商业模式涵盖了“设备+耗材+服务”,其商业壁垒高于纯耗材模式,且设备保有量及单设备产出带来收入增长具备可预测性且相对稳定。从技术壁垒角度来看,在竞争初期,技术基础决定了临床比较,而临床比较的优劣主导了商业化的进程。以主从遥控操作手术机器人为例,技术难点在于系统和机械臂上,其中系统方面关键技术包括控制系统、视觉临场感主从控制等,机械臂关键技术包括从操作手臂构型、远心机构、手术器械等,这些技术涉及了多学科的结合与运用。随着未来手术机器人在关键技术领域的突破与发展、且越来越多国内产品正与5G、AR、人工智能等全球技术接轨,国产龙头企业前景可期。本文将主要从技术要点方面来介绍在临床领域参与程度较高的腔镜手术机器人、骨科手术机器人、泛血管手术机器人、经自然腔道手术机器人及经皮穿刺手术机器人。
腔镜手术机器人
目前,腔镜手术机器人是商业化最为成功的代表。腔镜手术机器人是为完成各种复杂的微创手术而设计的。通常采用主从遥控操作的操控方式,由外科医生控制台、患者侧手术车和一套三维高清影像系统组成。由于传统微创手术(MIS)主要借用内窥镜和相关器械在人体天生官腔内(腹腔、盆腔、胸腔等)进行手术操作,腔镜手术机器人在人体内的部分与MIS手术较为接近,其差异更多在于操作系统对机械臂的精准操控从而实现手术。腔镜手术机器人相比于MIS手术具备微创、精细、灵活等显著优势,更大程度扩展外科医生的手术能力,并在泌尿外科、妇科、普外科拥有很好的运用前景。
腔镜手术机器人在泌尿外科领域的运用,包括机器人辅助前列腺癌根治术、机器人辅助肾部分切除术、机器人辅助膀胱癌根治术等。在妇科领域,腔镜手术机器人的应用正逐步打开市场。针对良性疾病,机器人辅助的手术包括子宫切除术、子宫肌瘤剔除术、阴道骶骨固定术、子宫内膜异位症手术;针对恶性疾病,机器人辅助手术包括子宫内膜癌、宫颈癌及卵巢癌手术。普外科领域也是机器人手术的主要赛道,主要术式包括疝修补、结直肠手术、减肥和胆囊切除术。
自2000年达芬奇手术机器人获批后,机器人手术真正走向商业化。在中国市场,腔镜手术机器人处于起步阶段。2020年国内腔镜手术机器人市场突破20亿元,但目前国内三甲医院使用机器人的比率不足10%,较大的市场空间意味着未来该行业将高速增长。从国产产品的发展进程来看,微创机器人发展较快的有来自图迈的微创机器人,目前处于注册申请前列腺根治术手术适应症的阶段,未来将在肾部分切除手术(包括腹膜后入路、单孔)等其他泌尿科、妇科、普外科进行适应症拓展。其余产品,威高的Microhand-S和康多系统目前仍处于临床阶段。
骨科手术机器人
骨科手术机器人用于辅助骨科手术,其核心功能包括定制三维术前方案、提高手术部位图像清晰度、减少震颤和提高手术精度、减少对健康骨骼和组织的损伤、减少失血、保护神经、缩短住院时间和加快康复,并可指导远程手术和降低术中透视(X射线)来降低辐射。
骨科手术机器人是人类历史上最早出现的手术机器人之一。1985年美国首次使用工业机器人进行脑肿瘤活体组织切片检查,验证了手术机器人的精准优势。1987年首次出现了定位机器人应用于骨科的临床专利申请。1997年至2009年,计算机技术辅助外科技术发展,骨科手术机器人逐渐应用于髋关节和膝关节的置换手术。1998年,英国帝国理工学院Davis等研发了用于膝关节手术的Acrobot机器人系统。
2008年,美国Mako Surgical公司研制出RIO手术机器人,用于全膝关节或膝关节单髁置换手术,其最大优势是医生和机械臂共同操作手术器械完成手术。