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    中國5G遠程手術機器人“得寵”之路

    2021-06-02 15:15 網易科技

    導讀:前不久,北京積水潭醫院吳新寶副院長在北京成功幫助遠在安徽省宿州市第一人民醫院跟骨骨折患者完成了左跟骨閉合復位拉力螺釘內固定手術。

    前不久,北京積水潭醫院吳新寶副院長在北京成功幫助遠在安徽省宿州市第一人民醫院跟骨骨折患者完成了左跟骨閉合復位拉力螺釘內固定手術。這一手術的實施是在某型號國產骨科手術機器人輔助下進行的。這標志著中國首例5G遠程骨科機器人輔助創傷手術在北京積水潭醫院機器人遠程手術中心成功實施。

    圖:北京積水潭醫院院長田偉遠程控制機器人開展手術

    手術,在我們的印象中一直是人類的專利,自古以來的手術都是由外科醫生的雙手來完成。而在自動化技術日漸發達的當下,越來越多的手術機器人出現在人們的視野當中,并成為各國投資的重點領域,你了解手術機器人嗎?手術機器人的技術含量有多高?中國手術機器人的水平如何?本期欄目讓我們來深入了解手術機器人——這一新時代的外科醫生。

    一、手術臺的“新寵兒”——手術機器人

    根據中國電子學會的定義,手術機器人屬于服務機器人大類中的醫療服務機器人,主要功能是為外科醫生在手術過程中提供協助,以便更好地完成手術操作。

    手術機器人是集多項現代高科技手段于一體的綜合體。目前主要用于心臟外科和前列腺切除術,并在其他各類手術中推廣應用。

    手術機器人的技術來源于工業機器人,本質上是一套高精度操作平臺,盡管它只能由人來操作,無法獨立完成動作,但它依然為外科手術帶來了革命性的改變。

    手術機器人最主要的優勢在于精確,這種精確體現在視野和操作上。手術機器人的攝像頭和圖像處理設備可以將手術視野以10倍以上的倍率清晰地投放出來,部分產品還可以呈現三維視野,為醫生提供了更多的信息,非常有利于精細解剖、復雜的手術的操作。

    手術機器人的操作模塊則是眾多的機械臂和配套器械,相比人手,機械臂不會疲勞且更加穩定,能夠長時間高精度地作業。此外,機械臂也沒有手腕的限制,能夠突破人手的極限,在狹小的空間360度旋轉,可以完成各種挪動、擺動、緊握等精細動作,在縫合、吻合、出血控制等方面都更有優勢。機器人參與的微創手術切口小、出血量少,病人的恢復時間也更短。

    圖:醫生在手術臺之外操控機器人進行手術

    此外,由于醫生可以在手術臺之外操作機器人進行手術,醫護人員因職業暴露而發生感染的風險大大減少,這在艾滋病和烈性傳染病患者的手術中是非常有必要的。

    在5G等通信技術日漸成熟的當下,萬里之外的專家可以使用手術機器人完成手術,為優質醫療資源再分配提供了新的可能。

    二、“達芬奇”——不能不提的先驅

    提到手術機器人,很多人都會聯想到近年來國內眾多醫院引進“達芬奇”機器人的新聞?!斑_芬奇”并不是那個文藝復興時期的意大利著名畫家,而是如今使用最為廣泛的機器人手術平臺?!斑_芬奇”以其優異的性能和眾多應用案例,成為了手術機器人領域里不能不提的“老大哥”。

    全世界對手術機器人的探索在20世紀80年代就開始了,1985年,美國研究者就嘗試用工業機器人輔助進行腦組織活檢,這也是手術機器人的雛形。此后,各公司紛紛開始研發手術機器人。

    圖:第四代達芬奇機器人實施手術

    1996年,美國直覺外科公司推出第一代達芬奇機器人?!斑_芬奇”沿用了前身“宙斯”機器人使用內窺鏡的思路,以工業機械臂為主體,為外科手術設計了一套專用的軟硬件系統。 它的仿真手腕器械有7個自由度,更加靈活、精確,還可以自動濾除震顫,比人手更穩定。此外,它的成像技術更加逼真,裸眼3D立體高清圖像可以將圖像放大10倍,如此優異的性能碾壓了同時期的競爭對手。

    “達芬奇”系統一經推出,就受到了挑剔著稱的外科醫生們的好評。從此以后,直覺外科便在“達芬奇”項目上持續發力,最終將達芬奇手術機器人打造成明星產品。

    達芬奇機器人至今已推出四代,增加了雙控制臺、模擬器、熒光顯影模塊、微創手術刀等部件,并持續升級了機械臂和適配軟件的性能,使其成長為較深病變部位外科手術操作的最佳解決方案。

    截至2019年上半年,“達芬奇”全球裝機量超過5000臺,手術量達到600萬例。光是2018年就完成了超過100萬例。目前,美國90%的前列腺癌根治術都由達芬奇機器人所完成,在其他種類手術中這個數字也在繼續增長。

    圖源: https://k.sina.cn/article_6436254226_17fa17212001003b9t.html

    然而,“達芬奇”并非沒有缺點,除了部分患者出于心理原因排斥機器人外,最主要的還是它高昂的售價和使用成本。目前,國內一臺第四代“達芬奇”的采購價在2000萬元左右。此外,“達芬奇”的機械臂是一種高值耗材,每臺手術平均至少需要4條機械臂,而每條機械臂最多只能使用10次,用到第11次時,機器人就會自動鎖死,必須更換新的機械臂才能重啟,而一條機械臂的價格約為10萬元人民幣。

    與此同時,中國一直是達芬奇手術機器人賣得最貴的地區,單臺售價高達350萬美元,換算成人民幣超過2000萬。而在同樣一家獨大的歐洲市場,達芬奇售價只有200萬美元,差不多是國內的一半。

    高昂的成本和直覺外科公司幾乎壟斷的地位,限制了手術機器人的進一步推廣。

    三、時隔20年,國產手術機器人的“風口”已經來臨

    “達芬奇”之所以能牢牢把控市場,讓后來者毫無還手之力,正是因為專利保護制度。從第一代達芬奇系統開始,直覺外科就申請了包括多自由度手術機械臂、前端手術器械、三維立體視覺定位、人機交互等專利,這其中包括了很多腹腔鏡手術機器人的通用設計要素。

    在美國專利局的數據庫里,達芬奇手術系統擁有相關專利2000多項。這使得其他競爭者的產品只能繞過這些專利,而這在工業設計領域是不可能完成的任務。

    美國的專利保護期是20年,而直覺外科最早一批專利申請在1997年,近年來這些專利漸漸過期,諸多國內外企業又紛紛在腹腔鏡手術機器人的賽道上發力,準備打破“達芬奇”的絕對優勢。

    除了在以達芬奇系統為代表的腹腔鏡手術機器人領域發力以外,中國企業還在努力攻克其他種類手術機器人的技術。從公開信息來看,骨科手術機器人是國內企業集中布局的領域之一。諸如天智航、微創醫療等眾多企業紛紛上市,并推出自家產品進入市場。

    醫療機器人產業鏈 資料來源:前瞻產業研究院整理

    從技術角度而言,手術機器人的技術主要來源于工業機器人,也就是我們經常在新聞看到的機械手,其中諸如電機及其配套編碼器的核心部件在國內早已有成熟的方案,國產機器人廠家所欠缺的,只有與臨床的磨合,還有配套軟件的優化。生產一臺“夠用”的手術機器人早已不是問題,但要想把它做到“好用”,還需要中國企業下一番功夫。

    而在傳統技術路線之外,中國科學家們還在努力將5G、物聯網等先進通信技術與手術機器人結合,探索遠程醫療和下一代手術機器人的技術前景。

    毫無疑問,醫用機器人發展擁有良好的前景。當下,醫用機器人的全球市場正在持續高速增長,國內也陸續出臺了多個戰略規劃和支持政策促進機器人產業的健康和快速發展,其中醫用機器人是重要的一部分。

    結語:

    進入2021年以來,國內骨科手術機器人行業也迎來了新一輪密集融資,手術機器人開始越來越受到重視。我們相信,在中國技術人員的努力下,越來越多的國產手術機器人會進入我們的生活,帶來醫療領域新的革命。