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手术机器人界掌门地位如何炼成

近年来，对各种疾病诊断和治疗的巨大高端技术需求、老龄化对老残辅助和护理的社会压力以及高素养医护人员的缺乏导致的供需矛盾这三大因素驱动。医疗方面的智能化也越来越突出，各种机械涌入手术室，机器人也在医疗系统中得到了推广。　　9月6日，西安第四军医大学唐都医院的达芬奇手术机器人完成落户后首个胸腔外科手术，成功为一名患者切除直径约10厘米的肿瘤，这是世界首例剑突下辅助机器人侵袭性上纵胸腺瘤切除术。　　医疗机器人是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗以及健康服务等方面的机器人。根据功能的不同，医疗机器人可分为外科手术机器人、外骨骼康复机器人和护理机器人。其中手术机器人广受关注，从手术机器人的发展看，以下三款手术机器人最为典型。　　A、手术机器人伊索　　1994年，美国ComputerMoTIon公司研发而成的手术机器人伊索是一款持镜机器人。主要用于调整腹腔镜的位置，一般由声控或者脚踏控制。　　此款机器人有三个阶段：伊索-1000，伊索-2000和伊索-3000。它可以模仿人类手臂动作，无需医护人员用手控制内窥镜，更加精准操作，使得医生的视野更加稳定直接。　　B、手术机器人宙斯　　1996年，美国Computer MoTIon公司在伊索机器人的基础上又研发了宙斯。它可以遥控操作，分为Surgeon-side系统和PaTIent-side系统。　　手术机器人宙斯由3只机械手臂，操作台和计算机控制器组成。医生可以声控操作腹腔镜的手臂，同时用手操作其它两个机械手臂进行手术。　　C、手术机器人达芬奇　　达芬奇可以说是目前最热门的手术机器人。它由IntuiTIveSurgical公司1999年研制而成，是以宙斯的基本模式为基础。　　目前，中国大陆的达芬奇机器人手术系统装机量有50多台，虽然比起美国的2000多台、日本的230台而言并不算多，但使用率却是世界第一。　　达芬奇目前已经推出了四代产品：　　1996年推出了第一代达芬奇机器人。　　2006年推出了第二代产品，机械手臂活动范围更大了，允许医生在不离开控制台的情况下进行多图观察。　　2009年在第二代基础上增加了双控制台、模拟控制器、术中荧光显影技术等功能，进而推出了第三代产品。　　第四代机器人在2014年推出，灵活度、精准度、成像清晰度等方面有了质的提高，公司在2014年下半年还开发了远程观察和指导系统。　　2015年8月，在谷歌上市11周年之际，华尔街做了一项有趣的统计，统计了自谷歌上市以来，11 年中股票回报率超过谷歌（1277%）的美股公司，在参与统计的近6000家美股公司中，只有13家公司的回报率超过了谷歌，其中，有一家叫直觉外科（Intuitive Surgical）的回报率，远远超过了谷歌。　　达芬奇手术机器人是一种高级机器人平台，其设计的理念是通过使用微创的方法，实施复杂的外科手术。达芬奇手术机器人是当今最先进的微创外科治疗平台，它使外科手术的精度超越了人手的极限，对整个外科手术观念来说是一次革命性的飞跃，特别是泌尿外科，更成为微创手术的精英领域，病种适应非常广泛。　　什么是达芬奇手术机器人　　达芬奇手术机器人是一种高级机器人平台，它由外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统三部分组成。　　1、外科医生控制台：主刀医生坐在控制台中，位于手术室无菌区之外，使用双手（通过操作两个主控制器）及脚（通过脚踏板）来控制器械和一个三维高清内窥镜。正如在立体目镜中看到的那样，手术器械尖端与外科医生的双手同步运动。　　2、床旁机械臂系统：床旁机械臂系统（Patient Cart）是外科手术机器人的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。助手医生在无菌区内的床旁机械臂系统边工作，负责更换器械和内窥镜，协助主刀医生完成手术。为了确保患者安全，助手医生比主刀医生对于床旁机械臂系统的运动具有更高优先控制权。　　3、成像系统：成像系统（Video Cart）内装有外科手术机器人的核心处理器以及图象处理设备，在手术过程中位于无菌区外，可由巡回护士操作，并可放置各类辅助手术设备。外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维（3D）镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度。　　达芬奇手术机器人如何诞生　　达芬奇机器人的技术源于拥有官方背景的斯坦福研究院（SRI），上世纪80年代末的时候，一群科学家在斯坦福研究院开始了外科手术机器人的研发，初衷是要研制出适合战地手术的机器人。　　达芬奇手术机器人从1996年到现在已经更新到第四代，灵活度、精准度得到了极大提高，但手术机器人的发展并未止步于达芬奇。最早把手术机器人引入医疗实战的Intuitive Surgical公司创始人、达芬奇机器人的命名者Frederic H. Moll博士，现在还在创造另一种用于更多领域的手术机器人：ARES机器人。　　Moll在医学设备、高科技医疗领域的经验超过20年。他广为业界所知的是他在医疗科技企业上的巨大贡献。上世纪80年代初，他在西雅图的维吉尼亚曼森医学中心参与手术住院医生的实习，发现手术细菌侵入给病人带来的伤害甚至远超所治疗疾病的风险。开放式手术在人体上造成的切口之大，真的令人震惊，Moll回忆道，这种做法太落后了。于是他申请休假去了硅谷，原职位一直保留了10年，但他再没回去过。　　1994年，一个叫SRI International的非营利性研究公司，投资研究了一种用于战场的远程手术系统，比人工手术产生的创口和伤害都要小得多。这正好符合了Moll的心愿，于是建议当时所在的Guidant公司研发类似的医疗设备，却因机器人手术的风险太大难以投入商用而被否定。　　1995年Moll从 Guidant辞职，与John Freund、Rob Younge共同创办Intuitive Surgical 医疗机器人公司，把能实现微创机器手术的达芬奇手术机器人带给大众，价格平均在130万美元。2000年公司以每股9美元上市；2003年收购竞争对手Computer Motion。自此Intuitive销售利润大涨，全面打消了华尔街对Intuitive手术机器人商业价值的怀疑。　　达芬奇三大组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统　　2002年成立Hansen Medical公司：专注更细致领域的医疗机器人Sensei 　　Frederic H. Moll博士　　在创办业界闻名的Intuitive Surgical之前，Moll 博士还有过两次创办公司的尝试：　　1984年创办Endotherapeutics医疗设备公司、1989年联合创办了Origin Medsystems手术设备公司。　　另外，他还曾在Guidant公司手术设备部门担任医学主管。Moll时常处于身兼数职的状态，在研发自己的产品的几十年过程中，还在一长串的医疗公司当过董事或顾问：MAKO、Shockwave、Cephea、Innovative Spinal Technologies、BIOLASE、RefleXion Medical、Intersect ENT、Restoration Robotics、AcousTx、Aptus Endosystems、Leptos Biomedical、Catalyst Health Ventures风投公司、Kearny Venture Partners风投公司。　　Moll在医疗设备领域的深掘程度令人咋舌。2002 年，Frederic Moll离开自己一手创办的Intuitive，成立了Hansen Medical公司。他希望制造一种更有技术含量的机器人，这种机器人能精确定位、操作、稳定控制植入心脏的一种极细且有弹性的导管，来进行微创手术。　　Hansen Medical公司制造了机器人手术系统和手术过程所使用的导丝、导管、护套、气球、支架等一系列工具，产品包括可进行心血管手术的Sensei™机器人导管系统、进行周围血管手术的Magellan™机器人系统、Artisan®操控导管、CoHesion™ 3D可视化模块。　　与达芬奇不同的是，重点产品Sensei 机器人手术系统专注于更细致的一些领域，例如从手臂或大腿的大血管切开小口，用导管导入手术工具，来做血液循环方面的手术等。由于与原Intuitive Surgical公司在业务上产生冲突，Hansen与之协定签订了一份知识产权协议，将销售收入的3%支付给Intuitive，并将合作一些心脏手术的业务。　　最厉害的是，2007年，Moll创办Auris手术机器人公司。近十年过去了，今天我们打开Auris Surgical Robotics的主页，仍只有一句Auris Surgical Robotics是一家来自硅谷的技术公司。关于公司业务、发展情况，官方几乎是只字不提。不过从外界看来，Auris在这些年间确实没有产品问世，却吸引了众多优秀风投的青睐：2014年3月，A轮融资3438万；2015年9月，融资1.5亿元。市场副总裁David Schummers被问到Auris动态时表示拒绝披露，因为Auris现在正处于一种高度保密的状态。　　2007年创办Auris：这让人们不禁好奇：Auris到底在做什么？　　官网还列出了目前的董事会成员，除了Frederic H. Moll以外，还有创立了Mithril资本的Ajay Royan、Lux资本的联合创始人Peter Hébert、NaviMed资本联合创始人Bijan Salehizadeh，都是业界的实力人士。　　今年的4月20日，Auris以每股4美元的价格收购了Moll博士此前创办的Hansen Medical公司，也就是总共约8000万美元的成交价。由于这次交易，Hansen之前的一些大股东还承诺向Auris Surgical Robotics注资约4900万。此次交易将会使Auris获得三款不同类型手术机器人的控制权。Hansen在血管内手术机器人上的成就已经是处于技术领先地位，Moll评论道，高灵活度机器人的商业机会非常大，我很期待通过这次与Hansen的合并能帮助我们做大这块的市场。　　Auris沉默了近十年，但是从这些融资和收购的迹象看来，他们显然正在为之后的剧情埋下伏笔。　　曙光初现：新产品ARES机器人　　ARES手术机器人示意图——来自Auris专利申请　　今年，5月底，Auris的首个医疗机器人——ARES手术机器人获得了美国食品药物管理局（FDA）批准，现在已经可以用于临床诊断和治疗。ARES全称是Auris Robotic Endoscopy System（Auris机器人远程系统）。有传闻说，Auris Surgical公司研发的ARES机器人将用于白内障手术，并且因此在相关领域申请了一些专利。但是据《IEEE波谱》杂志一位观察员说，Auris的野心远不止这么简单。公司某些雇员透露的消息是，Auris正在发明全新一代的手术机器人，让机器人能应用于各种类型疾病的医疗过程中。　　从公司提交的专利文件中可知，Auris现在正专注于一种所谓腔内的手术方法，也就是要让手术机器人通过人体的自然开口（尤其是口腔），来解决喉部、肺部、消化系统的问题。传统的内窥镜手术中，医生为了把杠杆或用转盘工具把内窥工具导入病人体内，经常要用一种扭曲的姿势来完成手术，还会长时间受X射线辐射。而ARES机器人不仅是用远程操作的方式避免了这些情况，而且可以增加精确程度。　　由于腔内的手术方法不会造成开放性创口，也不需要大面积麻醉，ARES机器人能减少身体状况较为脆弱的病人的手术风险。美国胃肠内镜外科医师学会估计，在美国，腔内手术每年可以帮助超过100万的超重或胃酸逆流患者成功治疗疾病。据《IEEE波谱》杂志的消息，这款机器人系统至少已经开展了一次成功的临床手术。FDA已经证明，ARES机器人可以用于支气管窥镜治疗肺部疾病的手术。　　在Auris Surgical的一份专利文件中，提到了激光器、医用钳、医用针、抓握器、手术刀等手术工具，有实施活体检查、胃部修复、肿瘤切除等一系列手术的可能性。　　Science Hack Day网站联合创始人Ariel Waldman正在建设Auris 的硬件、软件界面，他形容这个系统是一款开创性的机器人手术系统。在一次实验中，Auris的机器人手术系统成功地实施了呼吸道内窥手术，从15位疑似患者中诊断出9位癌症患者，并提取了活体组织切片，手术全程没有出现副作用，这也标志了他们的技术在临床诊断和手术治疗上都有很大的前景。　　Frederic Moll在手术机器人领域的数十年磨一剑，或许又将为世界带来更多的科技革新。　　医用机器人未来主要发展趋势：　　（1）医工研用全要素协同创新成为必然。　　（2）专用型的医疗机器人将成为产品发展趋势。　　（3）金融资本在医用机器人产业中起着越来越大的作用。　　（4）精确医疗理念进一步发展。　　附：最后盘点海内外六家在医用机器人领域具有技术实力的公司，其中包括三家外骨骼康复机器人公司和三家外科手术机器人公司。　　1、Ekso Bionics 　　Ekso Bionics是一家上市公司，专注于医疗和助理机器人。Ekso Bionics，前身是Berkeley Bionics，2005年创立于美国加州伯克利市。这个公司是应用机器外骨骼提高人类运动能力方面的先锋者。从它诞生时起，Ekso Bionics就与伯克利大学等世界级研究院形成了伙伴关系，从国防部获得了科研经费并获得美国洛克希德马丁公司的专利技术。　　Ekso Bionics是一款外骨骼机器人，该产品利用仿生原理，使下肢瘫痪的个人站起来，并借由重量支撑及其四点相互补偿的步伐在地面行走。行走的达成是通过用户向前的重量移动来启动步行，电池供电的马达驱动双腿并代替神经肌肉的功能。　　2、Cyberdyne 　　一家非上市公司，专注于外骨骼康复机器人，公司位于日本茨木市。Cyberdyne将山海嘉之教授以及他在筑波大学实验室的发明加以商业化。该公司的产品属于混合辅助肢体，目前已经开发出了辅助下肢和机器人手臂。　　Cyberdyne最吸引人的地方是意念控制。人体神经系统和肌肉在大脑打算移动肢体的时候会发出微弱电信号，而外骨骼上安装的一系列传感器会持续监测这些信号，并做出相应的动作。　　3、Open Bionics 　　Open Bionics是一家专注于医疗型、助理型与操作型机器人的非上市公司。该公司的产品是价格实惠的机器义肢手臂。　　Open Bionics机器手与人手的重量相同，通过医用电极与手臂肌肉相连。当手臂肌肉收缩后，肌肤表面会有电子信号。感应器获取这种信号，然后将其传递给机械手。　　4、Intuitive Surgical 　　Intuitive Surgical总部位于美国加利福尼亚，该公司的达芬奇机器人是手术机器人中当之无愧的老大。在美国，达芬奇手术机器人非常普及，只要是略具规模的医院，肯定会配备达芬奇机器人。　　达芬奇手术机器人是Intuitive Surgical公司开发的第一台机器人辅助外科手术系统。最初主要用于泌尿外科的微创手术，如前列腺切除手术，现在已经广泛应用于多个学科，包括妇科手术、心外科及小儿外科等。　　5、Titan Medical 　　Titan Medical是一家专注于外科手术机器人的上市公司。该公司的总部位于加拿大安大略省多伦多市。TitanMedical专注于新型机器人手术技术的设计、研发和商业化，该公司正在开发的SPORT手术系统可用于微创手术。　　Titan Medical最主要的知识产权就是其单孔设备的设计专利。该机器人平台灵活敏捷，占地面积小，成本更低。公司主要聚焦以下三种手术类型：普通外科（胆囊切除术、阑尾切除术）、妇科（子宫切除良性肿瘤）和泌尿科。　　6、天智航　　北京天智航医疗科技股份有限公司是一家新兴智能医疗机器人科技公司。该公司以计算机辅助手术导航和医疗机器人为核心，为各级医疗机构提供临床数据共享与远程医疗服务。目前天智航已经完成了B轮融资，是一家拥有多项自主知识产权的公司。　　天智航的主要产品是骨科导航机器人，属于外科手术机器人的一种。该技术可显著提高骨科手术质量，改善医生工作环境。

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