世界首例！机器人完全自主完成手术
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近日器械之家获悉，约翰霍普金斯大学的研究人员设计的机器人在没有人类帮助的情况下对猪进行了极其复杂的手术。这是手术机器人执行世界首个自主腹腔镜手术，它可能只是腹腔镜手术的未来。
智能组织自主机器人(STAR)进行了四次非常棘手的胃肠道手术，以展示其手术能力。虽然现有的机器人腹腔镜手术系统 确实使某些手术更安全、侵入性更小，但这些系统仍由人类外科医生操作。然而，现在手术机器人已经完全靠自己完成了一项精细的手术。
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首个自主手术机器人
自主机器人手术有可能提供与个体外科医生的技能和经验无关的疗效、安全性和一致性。自主吻合术是一项具有挑战性的软组织手术任务，因为它需要复杂的成像、组织跟踪和手术计划技术，以及通常在非结构化和可变形环境中通过高度适应性控制策略的精确执行。在腹腔镜环境中，此类手术更具挑战性，因为在运动和视力限制下需要高可操作性和可重复性。
与当前的遥控机器人辅助手术(RAS)相比，自主机器人手术系统具有显著提高效率、安全性和一致性的潜力，例如达芬奇机器人(IntuitiveSurgicalInc.)。自主机器人系统旨在提供独立于个人经验和日常性能变化的标准手术解决方案。自主手术机器人系统的成熟示例包括用于刚性骨组织手术的TSolutionOne(1)(THINKSurgical)、用于头发修复的ARTAS(2)(RestorationRoboticsInc.)和用于自主血液的Veebot(3)(VeebotLLC)采样。
目前，最先进的自主能力在CyberKnife机器人中实现（ 4)(AccuracyInc.)，该公司在人工监督下对脑部和脊柱肿瘤进行放射外科手术。但是，该机器人对封闭在刚性骨结构中的组织使用非接触式治疗方法。尽管做出了这些努力，自主软组织手术仍然面临着相当大的挑战。
非结构化环境中的自主软组织手术需要准确可靠的成像系统来检测和跟踪目标组织，需要考虑组织变形的复杂任务规划策略，以及通过适用于动态手术的灵巧机器人工具和控制算法精确执行计划情况。
在这种高度多变的环境中，术前手术计划，例如在刚性组织中，不是一个可行的解决方案。在腹腔镜手术的情况下，由于目标组织的接近和可见性有限以及呼吸运动伪影的干扰，难度进一步增加。吻合术是一项软组织手术任务，涉及腔结构的近似和重建，需要高可操作性和可重复性，因此是在软组织手术场景中检查自主机器人手术系统的合适候选者。
该机器人平台是由一个KUKALBRMed轻型机器人组成，配备了一个带俯仰控制的电动商用Endo360缝合工具。相机系统允许测量距组织5到8厘米距离的组织几何形状。该系统能够通过线性平台对摄像系统进行动态位置控制，用于在STAR执行缝合计划时防止摄像系统与缝合工具发生碰撞。
其还通过STAR为体内动物研究构建了一个定制的腹腔镜成像系统。投影仪和单色相机用于重建样本的3D点云，NIR光源和NIR相机用于荧光标记成像，通过非重叠成像光谱窗口同时启用两个相机。
此外，必要时还添加了白光源监测动物体内的环境，NIR和3D摄像头使机器人能够重建组织的3D模型并规划机器人缝合线规划。成像系统的详细规格在补充方法中提供，在实践中，相机放置在距离目标组织5到8厘米处，用于收集3D点云，而缝合工具从视野中缩回以防止遮挡和与手术区域发生碰撞。
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完成动物实验
肠吻合术是外科医生重新连接两个先前断开的肠道末端的过程。值得注意的是，它在缝合过程中需要非常高的精确度。听起来很简单，对吧？这不是那么简单。约翰霍普金斯大学的新闻稿表明，任何不完美的事情都可能对患者造成毁灭性的（并且可能是致命的）结果。
可以这么说，机器人能够做到这一点是非常了不起的。STAR不仅完成了一次，而且完成了四次。并且在执行相同程序时表现优于人类，听起来觉得这样的机器人手术可能很快就会出现在手术方式选择栏上。
考虑到软组织手术的敏感性，这一点尤其值得注意。正如约翰霍普金斯大学机械工程助理教授AxelKreiger在霍普金斯大学发布的新闻稿中指出的那样，这是一项需要外科医生适应能力强、思维敏捷以防出现并发症的手术。当然，机器人并不是天生就以其快速思考的能力而闻名。但由于其新颖的控制系统，STAR无疑证明了这一规则的例外。
Krieger说：“机器人吻合术是确保每位患者都能以更高的准确性和精确度执行需要高精度和可重复性的手术任务的一种方法，而与外科医生的技能无关。”“我们假设这将导致患者护理的民主化手术方法具有更可预测和一致的患者结果。”
STAR项目是霍普金斯大学电气和计算机工程教授Krieger、JinKang和华盛顿特区的国家儿童医院之间的合作。这个特殊的模型是他们2016年机器人的更新，它可以修复猪肠，但不能没有人工帮助。他们目前的迭代推进了2016年的模型，该模型准确地修复了猪的肠道，但需要大切口才能进入肠道并需要更多的人类指导。
该团队为STAR配备了增强自主性和提高手术精度的新功能，包括专门的缝合工具和最先进的成像系统，可提供更准确的手术区域可视化。
随着医学领域朝着更多的腹腔镜手术方法发展，拥有一个为此类手术设计的自动化机器人系统来提供帮助将非常重要。机器人吻合术是确保每位患者都能以更高的准确性和精确度执行需要高精度和可重复性的手术任务的一种方法，而与外科医生的技能无关。这将导致患者护理的民主化手术方法具有更可预测和一致的患者结果。
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软组织手术对自主机器人来说尤其困难，因为它的不可预测性迫使机器人要快速适应以应对意外的障碍。STAR机器人在没有人类指导的情况下对猪的软组织进行了腹腔镜手术，这是朝着全自动人类手术迈出的重要一步。
坦白讲，更多自动化手术的想法听起来有点不切实际，但鉴于STAR的成功，我们持乐观态度。未来或将有多的自动化机器人进入医疗领域，不限于医生经验，提供一致性的手术诊疗，发挥其所具有的优势，器械之家将持续关注。
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来了！2023年国内手术机器人销售排行榜
来源：器械之家，数据来源于JOINCHAIN®众成数科；MedRobot。
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手术机器人是一种先进的医疗设备，借助微创伤手术及相关底层技术的发展而发明。手术机器人是医疗机器人的一种细分领域。手术机器人，即外科医生能够通过远程控制，并通过微小切口精密操作进入患者体内的手术器械，从而辅助外科医生进行微创手术的精密操作型机器人。被用于在高于人类能力的微创伤手术领域中实现高于人类能力的对手术器械的精准操控。
作为集多项现代高科技手段于一体的综合体，手术机器人其用途广泛，在临床上外科上有大量的应用。近年来已成为创新器械领域最为火热的赛道，同时备受资本青睐。
2021年国内手术机器人行业投融资明显加快，投融资数量从2013年的1件上升到全年32件，整个赛道总融资金额超过30亿元，市场接受度与十年前相比已不可同日而语，市场容量也不断攀升。整个细分领域呈现“国外品牌主导榜首”以及“国产品牌突破猛进”的双重格局。
近日，众成数科(JOINCHAIN)统计出已披露品牌与金额的公开招投标数据结果，对“手术机器人”赛道各企业销售数据进行了更细致的总结分析，从而发布了“2021年手术机器人市场排行榜单”。
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达芬奇第一，天智航第二
从市场情况来看，“一极多元”局面明显，直观复星（达芬奇机器人）位居榜首，份额超过其他排名总和，占据大半江山，差距很明显。
从中标产品来看，手术机器人应用场景广泛，各品牌企业定位差别明显，利用核心技术优势切入细分场景的产品越来越多。
前十企业排名中国产产品销售额为23688.57万元，占比14.6%；国外品牌产品销售额为138540.06万元，占比85.5%。近两年以来，多家国内厂商纷纷获得手术机器人产品注册证，例如威高、上海微创等，有望在接下来的招投标市场崭露头角，预计后续市场份额榜单前排也会出现越来越多国产品牌的身影。
以下是完整的手术机器人企业市场排行榜：
数据来源：JOINCHAIN®众成数科；MedRobot
注：以上数据主要来源于公开招投标信息，基于众成数科认为可靠的且目前已公开的数据信息统计得来，我们力求但不保证该信息的准确性、完整性或可靠性。在任何情况下，本文中的信息或所表述的意见为本公司对医疗端设备招投标现状做出的主观判断，均不构成对任何机构或个人的投资建议。如有异议，请联系：18927592981，我们会及时与您联系~
2021年国内手术机器人融资事件
数据来源：JOINCHAIN®众成数科；MedRobot
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手术机器人格局
随着全球人口自然增长，人口老龄化程度提高，发展中国家经济增长，医疗健康行业的消费需求持续提升，带动了全球医疗器械市场将持续保持增长的趋势。手术机器人作为目前最火热的医械产品之一；往往能有效解决传统外科手术精准度差、手术时间长、医生疲劳和缺乏三维精度视野等问题。
近年美敦力、强生、史赛克等国际医疗巨头纷纷布局医疗机器人赛道，手术机器人热度空前。目前中国手术机器人的市场渗透率还很低，但是市场增长速度迅猛，那么在中国市场的手术机器人又是怎么样的呢？下面我们一起来看看部分手术机器人企业和产品。
达芬奇腔镜手术机器人
达芬奇（daVinci）手术机器人由美国直观医疗公司制造生产。美国直观医疗公司创立于1995年，总部设在美国加州，是开发革命性微创手术仪器和技术的先驱。1999年，第一台达芬奇手术机器人面世。2000年，达芬奇手术机器人正式成为第一个受FDA批准用于临床手术的机器人辅助腹腔镜手术系统。
20多年来，达芬奇平台开创了手术室的新功能，改变了微创手术领域。通过超过500万次手术，Intuitive已成为手术机器人领域公认的领导者。
系统主要由三部分组成：医生操控台、床旁机械臂系统以及影像处理平台。主刀医生坐在控制台前控制器械和镜头；床旁机械臂系统是达芬奇手术机器人的操作部分，它放置在患者身旁为器械和镜头提供支撑，并实现医生的操作；影像处理系统，为患者身边的手术团队提供图像信息。
2022年4月21日，直觉外科Intuitive宣布了截至2022年3月31日的季度财务业绩。与2021年第一季度相比，全球达芬奇手术增长了约19%。2021年第一季度反映了COVID-19大流行造成的中断，2022年第一季度反映了COVID-19的又一次复苏。2019年第一季度至2022年第一季度的复合年增长率约为15%。
在装机量上，一季度安装311台达芬奇手术系统，与2021年第一季度的298台相比增长了4%。截至2022年3月31日，公司将其达芬奇手术系统安装基数增长至6920套，与截至2021年第一季度末的6142套相比增长了13%。
2022年第一季度营收为14.9亿美元（约合人民币96.8亿元），较2021年第一季度的12.9亿美元增长15%。2019年第一季度至2022年第一季度的复合年增长率为15%。
天智航骨科手术机器人
天智航是国内首家获得CFDA三类医疗器械注册证的“骨科机器人导航定位系统”，同时也是2018创新医疗器械中唯一的“国际原创”产品。天智航的第三代手术导航系统“天玑”2016年11月获得CFDA三类注册证，是国内首家，全球第五家取得医疗器械机器人注册许可证的企业。
2021年2月，公司生产的“骨科手术导航定位系统”（天玑®2.0）获批上市。天玑2.0骨科手术机器人采用了6自由度的机械臂作为核心部件，相比前代技术自由度大幅度提升，可以实现手术当中覆盖全身不同部位不同角度的机器人手术操作要求。值得一提的是，其临床精度可达到亚毫米级别（
五类手术机器人的技术与应用
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MakoSurgical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。
图2关节手术机器人
骨科手术机器人的组成大致上可分为控制系统、定位导航装置、机械臂装置以及配套的工具集。控制系统是骨科手术机器人的核心，除了各部件的集成之外，图像处理软件模块、手术规划软件模块、机械臂控制模块所牵涉到的算法是各个机器人公司独立研发的核心秘密。定位导航系统包括成像模块、追踪模块和显示模块。系统能够根据术前导入的影像形成三维模型，把三维模型与患者的实际体位、空间中手术器械的实时位置统一在同一坐标系下，利用三维定位系统对手术器械在空间中的位置实时采集并显示，医生通过观察三维模型中手术器械与病变部位的相对位置关系，对患者进行导航手术治疗。对于操作手术的机械臂，目前应用在医疗机器人上的机械臂主要分为丝传动和齿轮机传动两种。丝传动机械臂的优点是体积小，能实现一定程度力学反驱，机械臂操作的僵硬感比较少；缺点是钢缆驱动的易疲劳性会相对影响精确度，需要定期更换。另一种是齿轮电机传动系统，优点是能长期保持精度，缺点是体积较大且操作手感僵硬。
泛血管手术机器人
泛血管手术机器人是一种主从式的机电设备，在心脏、脑部、外周血管相关疾病的介入手术中，能够辅助医生远程控制导管导丝进行手术。一般是医生通过手柄输入动作，机器人从端复现医生手部动作。其优势在于精度与辐射两方面，通过医生在操作舱里操作导管、导丝等器材介入，帮助操作者摆脱了铅衣带来的负担，并减少了辐射吸收。
实验证明，机器人辅助经皮冠状动脉介入治疗手术能使医生减少95%的辐射，同时使患者减少20%的辐射。介入医生通过机器人辅助能够对导管实现毫米级控制，减少导管与血管壁之间的碰撞，降低了并发症的发生率，对复杂病例的成功率超过98%，减少了一些不必要的耗材使用。根据Sullivan数据，2015~2020年，全球泛血管手术从1130万例增长至1430万例，预计2020~2026年将以8.1%的复合增长到2290万例。
经自然腔道手术机器人
经自然腔道手术机器人是指通过人体自然路径进入目标部位，并可控制其进行诊断或手术的机器人。此类机器人应用于自然腔道腔镜手术，如支气管镜检查（肺结核)、结肠镜检查（肠道检查）及胃镜检查（胃检查）。经自然腔道手术机器人能为目标部位提供更清晰的视野，使外科医生能够更灵巧地操作工具。目前经自然腔道手术机器人主要有直觉外科的Ion、强生的Monarch和MedRobotics。
经皮穿刺手术机器人
经皮穿刺手术机器人是通过磁共振成像（MRI）、超声、电子计算机断层扫描（CT）等成像技术将目标解剖定位，引导反馈针头达到目标解剖结构，辅助完成经皮穿刺手术的机器人。其应用主要为收集组织样本用于诊断，如检测早期肺癌、乳腺癌及前列腺癌。同时经皮穿刺机器人也能够进行治疗程序，如清除肾结石的肾造口碎石术，通过患者背部小切口插入针头，并清除肾结石。相比于传统活检程序依赖放射科医生手插针头，机器人辅助法通过较人手更稳定的机械臂提供更高的刚度及精确度。目前经皮穿刺手术机器人主要有Biobot的MonaLisa、NDR的ANT系列、ISYS的XACT和PerfintHealthcare两款产品(国内已上市)。
（思宇医械观察供稿）
来源：中国食品药品网
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