中国5G远程手术机器人“得宠”之路

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　　导语：

　　前不久，北京积水潭医院吴新宝副院长在北京成功帮助远在安徽省宿州市第一人民医院跟骨骨折患者完成了左跟骨闭合复位拉力螺钉内固定手术。这一手术的实施是在某型号国产骨科手术机器人辅助下进行的。这标志着中国首例5G远程骨科机器人辅助创伤手术在北京积水潭医院机器人远程手术中心成功实施。

　　图：北京积水潭医院院长田伟远程控制机器人开展手术

　　手术，在我们的印象中一直是人类的专利，自古以来的手术都是由外科医生的双手来完成。而在自动化技术日渐发达的当下，越来越多的手术机器人出现在人们的视野当中，并成为各国投资的重点领域，你了解手术机器人吗？手术机器人的技术含量有多高？中国手术机器人的水平如何？本期栏目让我们来深入了解手术机器人――这一新时代的外科医生。

　　一、手术台的“新宠儿”――手术机器人

　　根据中国电子学会的定义，手术机器人属于服务机器人大类中的医疗服务机器人，主要功能是为外科医生在手术过程中提供协助，以便更好地完成手术操作。

　　手术机器人是集多项现代高科技手段于一体的综合体。目前主要用于心脏外科和前列腺切除术，并在其他各类手术中推广应用。

　　手术机器人的技术来源于工业机器人，本质上是一套高精度操作平台，尽管它只能由人来操作，无法独立完成动作，但它依然为外科手术带来了革命性的改变。

　　手术机器人最主要的优势在于精确，这种精确体现在视野和操作上。手术机器人的摄像头和图像处理设备可以将手术视野以10倍以上的倍率清晰地投放出来，部分产品还可以呈现三维视野，为医生提供了更多的信息，非常有利于精细解剖、复杂的手术的操作。

　　手术机器人的操作模块则是众多的机械臂和配套器械，相比人手，机械臂不会疲劳且更加稳定，能够长时间高精度地作业。此外，机械臂也没有手腕的限制，能够突破人手的极限，在狭小的空间360度旋转，可以完成各种挪动、摆动、紧握等精细动作，在缝合、吻合、出血控制等方面都更有优势。机器人参与的微创手术切口小、出血量少，病人的恢复时间也更短。

　　图：医生在手术台之外操控机器人进行手术

　　此外，由于医生可以在手术台之外操作机器人进行手术，医护人员因职业暴露而发生感染的风险大大减少，这在艾滋病和烈性传染病患者的手术中是非常有必要的。

　　在5G等通信技术日渐成熟的当下，万里之外的专家可以使用手术机器人完成手术，为优质医疗资源再分配提供了新的可能。

　　二、“达芬奇”――不能不提的先驱

　　提到手术机器人，很多人都会联想到近年来国内众多医院引进“达芬奇”机器人的新闻。“达芬奇”并不是那个文艺复兴时期的意大利著名画家，而是如今使用最为广泛的机器人手术平台。“达芬奇”以其优异的性能和众多应用案例，成为了手术机器人领域里不能不提的“老大哥”。

　　全世界对手术机器人的探索在20世纪80年代就开始了，1985年，美国研究者就尝试用工业机器人辅助进行脑组织活检，这也是手术机器人的雏形。此后，各公司纷纷开始研发手术机器人。

　　图：第四代达芬奇机器人实施手术

　　1996年，美国直觉外科公司推出第一代达芬奇机器人。“达芬奇”沿用了前身“宙斯”机器人使用内窥镜的思路，以工业机械臂为主体，为外科手术设计了一套专用的软硬件系统。 它的仿真手腕器械有7个自由度，更加灵活、精确，还可以自动滤除震颤，比人手更稳定。此外，它的成像技术更加逼真，裸眼3D立体高清图像可以将图像放大10倍，如此优异的性能碾压了同时期的竞争对手。

　　“达芬奇”系统一经推出，就受到了挑剔著称的外科医生们的好评。从此以后，直觉外科便在“达芬奇”项目上持续发力，最终将达芬奇手术机器人打造成明星产品。

　　达芬奇机器人至今已推出四代，增加了双控制台、模拟器、荧光显影模块、微创手术刀等部件，并持续升级了机械臂和适配软件的性能，使其成长为较深病变部位外科手术操作的最佳解决方案。

　　截至2019年上半年，“达芬奇”全球装机量超过5000台，手术量达到600万例。光是2018年就完成了超过100万例。目前，美国90%的前列腺癌根治术都由达芬奇机器人所完成，在其他种类手术中这个数字也在继续增长。

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

　　然而，“达芬奇”并非没有缺点，除了部分患者出于心理原因排斥机器人外，最主要的还是它高昂的售价和使用成本。目前，国内一台第四代“达芬奇”的采购价在2000万元左右。此外，“达芬奇”的机械臂是一种高值耗材，每台手术平均至少需要4条机械臂，而每条机械臂最多只能使用10次，用到第11次时，机器人就会自动锁死，必须更换新的机械臂才能重启，而一条机械臂的价格约为10万元人民币。

　　与此同时，中国一直是达芬奇手术机器人卖得最贵的地区，单台售价高达350万美元，换算成人民币超过2000万。而在同样一家独大的欧洲市场，达芬奇售价只有200万美元，差不多是国内的一半。

　　高昂的成本和直觉外科公司几乎垄断的地位，限制了手术机器人的进一步推广。

　　三、时隔20年，国产手术机器人的“风口”已经来临

　　“达芬奇”之所以能牢牢把控市场，让后来者毫无还手之力，正是因为专利保护制度。从第一代达芬奇系统开始，直觉外科就申请了包括多自由度手术机械臂、前端手术器械、三维立体视觉定位、人机交互等专利，这其中包括了很多腹腔镜手术机器人的通用设计要素。

　　在美国专利局的数据库里，达芬奇手术系统拥有相关专利2000多项。这使得其他竞争者的产品只能绕过这些专利，而这在工业设计领域是不可能完成的任务。

　　美国的专利保护期是20年，而直觉外科最早一批专利申请在1997年，近年来这些专利渐渐过期，诸多国内外企业又纷纷在腹腔镜手术机器人的赛道上发力，准备打破“达芬奇”的绝对优势。

　　除了在以达芬奇系统为代表的腹腔镜手术机器人领域发力以外，中国企业还在努力攻克其他种类手术机器人的技术。从公开信息来看，骨科手术机器人是国内企业集中布局的领域之一。诸如天智航、微创医疗等众多企业纷纷上市，并推出自家产品进入市场。

　　医疗机器人产业链 资料来源：前瞻产业研究院整理

　　从技术角度而言，手术机器人的技术主要来源于工业机器人，也就是我们经常在新闻看到的机械手，其中诸如电机及其配套编码器的核心部件在国内早已有成熟的方案，国产机器人厂家所欠缺的，只有与临床的磨合，还有配套软件的优化。生产一台“够用”的手术机器人早已不是问题，但要想把它做到“好用”，还需要中国企业下一番功夫。

　　而在传统技术路线之外，中国科学家们还在努力将5G、物联网等先进通信技术与手术机器人结合，探索远程医疗和下一代手术机器人的技术前景。

　　毫无疑问，医用机器人发展拥有良好的前景。当下，医用机器人的全球市场正在持续高速增长，国内也陆续出台了多个战略规划和支持政策促进机器人产业的健康和快速发展，其中医用机器人是重要的一部分。

　　结语：

　　进入2021年以来，国内骨科手术机器人行业也迎来了新一轮密集融资，手术机器人开始越来越受到重视。我们相信，在中国技术人员的努力下，越来越多的国产手术机器人会进入我们的生活，带来医疗领域新的革命。