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手術機器人界掌門地位如何煉成

近年來，對各種疾病診斷和治療的巨大高端技術需求、老齡化對老殘輔助和護理的社會壓力以及高素養醫護人員的缺乏導致的供需矛盾這三大因素驅動。醫療方面的智能化也越來越突出，各種機械涌入手術室，機器人也在醫療系統中得到了推廣。　　9月6日，西安第四軍醫大學唐都醫院的達芬奇手術機器人完成落戶后首個胸腔外科手術，成功為一名患者切除直徑約10厘米的腫瘤，這是世界首例劍突下輔助機器人侵襲性上縱胸腺瘤切除術。　　醫療機器人是指用于醫院、診所的醫療或輔助醫療以及健康服務等方面的機器人。根據功能的不同，醫療機器人可分為外科手術機器人、外骨骼康復機器人和護理機器人。其中手術機器人廣受關注，從手術機器人的發展看，以下三款手術機器人最為典型。　　A、手術機器人伊索　　1994年，美國ComputerMoTIon公司研發而成的手術機器人伊索是一款持鏡機器人。主要用于調整腹腔鏡的位置，一般由聲控或者腳踏控制。　　此款機器人有三個階段：伊索-1000，伊索-2000和伊索-3000。它可以模仿人類手臂動作，無需醫護人員用手控制內窺鏡，更加精準操作，使得醫生的視野更加穩定直接。　　B、手術機器人宙斯　　1996年，美國Computer MoTIon公司在伊索機器人的基礎上又研發了宙斯。它可以遙控操作，分為Surgeon-side系統和PaTIent-side系統。　　手術機器人宙斯由3只機械手臂，操作臺和計算機控制器組成。醫生可以聲控操作腹腔鏡的手臂，同時用手操作其它兩個機械手臂進行手術。　　C、手術機器人達芬奇　　達芬奇可以說是目前最熱門的手術機器人。它由IntuiTIveSurgical公司1999年研制而成，是以宙斯的基本模式為基礎。　　目前，中國大陸的達芬奇機器人手術系統裝機量有50多臺，雖然比起美國的2000多臺、日本的230臺而言并不算多，但使用率卻是世界第一。　　達芬奇目前已經推出了四代產品：　　1996年推出了第一代達芬奇機器人。　　2006年推出了第二代產品，機械手臂活動范圍更大了，允許醫生在不離開控制臺的情況下進行多圖觀察。　　2009年在第二代基礎上增加了雙控制臺、模擬控制器、術中熒光顯影技術等功能，進而推出了第三代產品。　　第四代機器人在2014年推出，靈活度、精準度、成像清晰度等方面有了質的提高，公司在2014年下半年還開發了遠程觀察和指導系統。　　2015年8月，在谷歌上市11周年之際，華爾街做了一項有趣的統計，統計了自谷歌上市以來，11 年中股票回報率超過谷歌（1277%）的美股公司，在參與統計的近6000家美股公司中，只有13家公司的回報率超過了谷歌，其中，有一家叫直覺外科（Intuitive Surgical）的回報率，遠遠超過了谷歌。　　達芬奇手術機器人是一種高級機器人平臺，其設計的理念是通過使用微創的方法，實施復雜的外科手術。達芬奇手術機器人是當今最先進的微創外科治療平臺，它使外科手術的精度超越了人手的極限，對整個外科手術觀念來說是一次革命性的飛躍，特別是泌尿外科，更成為微創手術的精英領域，病種適應非常廣泛。　　什么是達芬奇手術機器人　　達芬奇手術機器人是一種高級機器人平臺，它由外科醫生控制臺、床旁機械臂系統、成像系統三部分組成。　　1、外科醫生控制臺：主刀醫生坐在控制臺中，位于手術室無菌區之外，使用雙手（通過操作兩個主控制器）及腳（通過腳踏板）來控制器械和一個三維高清內窺鏡。正如在立體目鏡中看到的那樣，手術器械尖端與外科醫生的雙手同步運動。　　2、床旁機械臂系統：床旁機械臂系統（Patient Cart）是外科手術機器人的操作部件，其主要功能是為器械臂和攝像臂提供支撐。助手醫生在無菌區內的床旁機械臂系統邊工作，負責更換器械和內窺鏡，協助主刀醫生完成手術。為了確保患者安全，助手醫生比主刀醫生對于床旁機械臂系統的運動具有更高優先控制權。　　3、成像系統：成像系統（Video Cart）內裝有外科手術機器人的核心處理器以及圖象處理設備，在手術過程中位于無菌區外，可由巡回護士操作，并可放置各類輔助手術設備。外科手術機器人的內窺鏡為高分辨率三維（3D）鏡頭，對手術視野具有10倍以上的放大倍數，能為主刀醫生帶來患者體腔內三維立體高清影像，使主刀醫生較普通腹腔鏡手術更能把握操作距離，更能辨認解剖結構，提升了手術精確度。　　達芬奇手術機器人如何誕生　　達芬奇機器人的技術源于擁有官方背景的斯坦福研究院（SRI），上世紀80年代末的時候，一群科學家在斯坦福研究院開始了外科手術機器人的研發，初衷是要研制出適合戰地手術的機器人。　　達芬奇手術機器人從1996年到現在已經更新到第四代，靈活度、精準度得到了極大提高，但手術機器人的發展并未止步于達芬奇。最早把手術機器人引入醫療實戰的Intuitive Surgical公司創始人、達芬奇機器人的命名者Frederic H. Moll博士，現在還在創造另一種用于更多領域的手術機器人：ARES機器人。　　Moll在醫學設備、高科技醫療領域的經驗超過20年。他廣為業界所知的是他在醫療科技企業上的巨大貢獻。上世紀80年代初，他在西雅圖的維吉尼亞曼森醫學中心參與手術住院醫生的實習，發現手術細菌侵入給病人帶來的傷害甚至遠超所治療疾病的風險。開放式手術在人體上造成的切口之大，真的令人震驚，Moll回憶道，這種做法太落后了。于是他申請休假去了硅谷，原職位一直保留了10年，但他再沒回去過。　　1994年，一個叫SRI International的非營利性研究公司，投資研究了一種用于戰場的遠程手術系統，比人工手術產生的創口和傷害都要小得多。這正好符合了Moll的心愿，于是建議當時所在的Guidant公司研發類似的醫療設備，卻因機器人手術的風險太大難以投入商用而被否定。　　1995年Moll從 Guidant辭職，與John Freund、Rob Younge共同創辦Intuitive Surgical 醫療機器人公司，把能實現微創機器手術的達芬奇手術機器人帶給大眾，價格平均在130萬美元。2000年公司以每股9美元上市；2003年收購競爭對手Computer Motion。自此Intuitive銷售利潤大漲，全面打消了華爾街對Intuitive手術機器人商業價值的懷疑。　　達芬奇三大組成：外科醫生控制臺、床旁機械臂系統、成像系統　　2002年成立Hansen Medical公司：專注更細致領域的醫療機器人Sensei 　　Frederic H. Moll博士　　在創辦業界聞名的Intuitive Surgical之前，Moll 博士還有過兩次創辦公司的嘗試：　　1984年創辦Endotherapeutics醫療設備公司、1989年聯合創辦了Origin Medsystems手術設備公司。　　另外，他還曾在Guidant公司手術設備部門擔任醫學主管。Moll時常處于身兼數職的狀態，在研發自己的產品的幾十年過程中，還在一長串的醫療公司當過董事或顧問：MAKO、Shockwave、Cephea、Innovative Spinal Technologies、BIOLASE、RefleXion Medical、Intersect ENT、Restoration Robotics、AcousTx、Aptus Endosystems、Leptos Biomedical、Catalyst Health Ventures風投公司、Kearny Venture Partners風投公司。　　Moll在醫療設備領域的深掘程度令人咋舌。2002 年，Frederic Moll離開自己一手創辦的Intuitive，成立了Hansen Medical公司。他希望制造一種更有技術含量的機器人，這種機器人能精確定位、操作、穩定控制植入心臟的一種極細且有彈性的導管，來進行微創手術。　　Hansen Medical公司制造了機器人手術系統和手術過程所使用的導絲、導管、護套、氣球、支架等一系列工具，產品包括可進行心血管手術的Sensei™機器人導管系統、進行周圍血管手術的Magellan™機器人系統、Artisan®操控導管、CoHesion™ 3D可視化模塊。　　與達芬奇不同的是，重點產品Sensei 機器人手術系統專注于更細致的一些領域，例如從手臂或大腿的大血管切開小口，用導管導入手術工具，來做血液循環方面的手術等。由于與原Intuitive Surgical公司在業務上產生沖突，Hansen與之協定簽訂了一份知識產權協議，將銷售收入的3%支付給Intuitive，并將合作一些心臟手術的業務。　　最厲害的是，2007年，Moll創辦Auris手術機器人公司。近十年過去了，今天我們打開Auris Surgical Robotics的主頁，仍只有一句Auris Surgical Robotics是一家來自硅谷的技術公司。關于公司業務、發展情況，官方幾乎是只字不提。不過從外界看來，Auris在這些年間確實沒有產品問世，卻吸引了眾多優秀風投的青睞：2014年3月，A輪融資3438萬；2015年9月，融資1.5億元。市場副總裁David Schummers被問到Auris動態時表示拒絕披露，因為Auris現在正處于一種高度保密的狀態。　　2007年創辦Auris：這讓人們不禁好奇：Auris到底在做什么？　　官網還列出了目前的董事會成員，除了Frederic H. Moll以外，還有創立了Mithril資本的Ajay Royan、Lux資本的聯合創始人Peter Hébert、NaviMed資本聯合創始人Bijan Salehizadeh，都是業界的實力人士。　　今年的4月20日，Auris以每股4美元的價格收購了Moll博士此前創辦的Hansen Medical公司，也就是總共約8000萬美元的成交價。由于這次交易，Hansen之前的一些大股東還承諾向Auris Surgical Robotics注資約4900萬。此次交易將會使Auris獲得三款不同類型手術機器人的控制權。Hansen在血管內手術機器人上的成就已經是處于技術領先地位，Moll評論道，高靈活度機器人的商業機會非常大，我很期待通過這次與Hansen的合并能幫助我們做大這塊的市場。　　Auris沉默了近十年，但是從這些融資和收購的跡象看來，他們顯然正在為之后的劇情埋下伏筆。　　曙光初現：新產品ARES機器人　　ARES手術機器人示意圖——來自Auris專利申請　　今年，5月底，Auris的首個醫療機器人——ARES手術機器人獲得了美國食品藥物管理局（FDA）批準，現在已經可以用于臨床診斷和治療。ARES全稱是Auris Robotic Endoscopy System（Auris機器人遠程系統）。有傳聞說，Auris Surgical公司研發的ARES機器人將用于白內障手術，并且因此在相關領域申請了一些專利。但是據《IEEE波譜》雜志一位觀察員說，Auris的野心遠不止這么簡單。公司某些雇員透露的消息是，Auris正在發明全新一代的手術機器人，讓機器人能應用于各種類型疾病的醫療過程中。　　從公司提交的專利文件中可知，Auris現在正專注于一種所謂腔內的手術方法，也就是要讓手術機器人通過人體的自然開口（尤其是口腔），來解決喉部、肺部、消化系統的問題。傳統的內窺鏡手術中，醫生為了把杠桿或用轉盤工具把內窺工具導入病人體內，經常要用一種扭曲的姿勢來完成手術，還會長時間受X射線輻射。而ARES機器人不僅是用遠程操作的方式避免了這些情況，而且可以增加精確程度。　　由于腔內的手術方法不會造成開放性創口，也不需要大面積麻醉，ARES機器人能減少身體狀況較為脆弱的病人的手術風險。美國胃腸內鏡外科醫師學會估計，在美國，腔內手術每年可以幫助超過100萬的超重或胃酸逆流患者成功治療疾病。據《IEEE波譜》雜志的消息，這款機器人系統至少已經開展了一次成功的臨床手術。FDA已經證明，ARES機器人可以用于支氣管窺鏡治療肺部疾病的手術。　　在Auris Surgical的一份專利文件中，提到了激光器、醫用鉗、醫用針、抓握器、手術刀等手術工具，有實施活體檢查、胃部修復、腫瘤切除等一系列手術的可能性。　　Science Hack Day網站聯合創始人Ariel Waldman正在建設Auris 的硬件、軟件界面，他形容這個系統是一款開創性的機器人手術系統。在一次實驗中，Auris的機器人手術系統成功地實施了呼吸道內窺手術，從15位疑似患者中診斷出9位癌癥患者，并提取了活體組織切片，手術全程沒有出現副作用，這也標志了他們的技術在臨床診斷和手術治療上都有很大的前景。　　Frederic Moll在手術機器人領域的數十年磨一劍，或許又將為世界帶來更多的科技革新。　　醫用機器人未來主要發展趨勢：　　（1）醫工研用全要素協同創新成為必然。　　（2）專用型的醫療機器人將成為產品發展趨勢。　　（3）金融資本在醫用機器人產業中起著越來越大的作用。　　（4）精確醫療理念進一步發展。　　附：最后盤點海內外六家在醫用機器人領域具有技術實力的公司，其中包括三家外骨骼康復機器人公司和三家外科手術機器人公司。　　1、Ekso Bionics 　　Ekso Bionics是一家上市公司，專注于醫療和助理機器人。Ekso Bionics，前身是Berkeley Bionics，2005年創立于美國加州伯克利市。這個公司是應用機器外骨骼提高人類運動能力方面的先鋒者。從它誕生時起，Ekso Bionics就與伯克利大學等世界級研究院形成了伙伴關系，從國防部獲得了科研經費并獲得美國洛克希德馬丁公司的專利技術。　　Ekso Bionics是一款外骨骼機器人，該產品利用仿生原理，使下肢癱瘓的個人站起來，并借由重量支撐及其四點相互補償的步伐在地面行走。行走的達成是通過用戶向前的重量移動來啟動步行，電池供電的馬達驅動雙腿并代替神經肌肉的功能。　　2、Cyberdyne 　　一家非上市公司，專注于外骨骼康復機器人，公司位于日本茨木市。Cyberdyne將山海嘉之教授以及他在筑波大學實驗室的發明加以商業化。該公司的產品屬于混合輔助肢體，目前已經開發出了輔助下肢和機器人手臂。　　Cyberdyne最吸引人的地方是意念控制。人體神經系統和肌肉在大腦打算移動肢體的時候會發出微弱電信號，而外骨骼上安裝的一系列傳感器會持續監測這些信號，并做出相應的動作。　　3、Open Bionics 　　Open Bionics是一家專注于醫療型、助理型與操作型機器人的非上市公司。該公司的產品是價格實惠的機器義肢手臂。　　Open Bionics機器手與人手的重量相同，通過醫用電極與手臂肌肉相連。當手臂肌肉收縮后，肌膚表面會有電子信號。感應器獲取這種信號，然后將其傳遞給機械手。　　4、Intuitive Surgical 　　Intuitive Surgical總部位于美國加利福尼亞，該公司的達芬奇機器人是手術機器人中當之無愧的老大。在美國，達芬奇手術機器人非常普及，只要是略具規模的醫院，肯定會配備達芬奇機器人。　　達芬奇手術機器人是Intuitive Surgical公司開發的第一臺機器人輔助外科手術系統。最初主要用于泌尿外科的微創手術，如前列腺切除手術，現在已經廣泛應用于多個學科，包括婦科手術、心外科及小兒外科等。　　5、Titan Medical 　　Titan Medical是一家專注于外科手術機器人的上市公司。該公司的總部位于加拿大安大略省多倫多市。TitanMedical專注于新型機器人手術技術的設計、研發和商業化，該公司正在開發的SPORT手術系統可用于微創手術。　　Titan Medical最主要的知識產權就是其單孔設備的設計專利。該機器人平臺靈活敏捷，占地面積小，成本更低。公司主要聚焦以下三種手術類型：普通外科（膽囊切除術、闌尾切除術）、婦科（子宮切除良性腫瘤）和泌尿科。　　6、天智航　　北京天智航醫療科技股份有限公司是一家新興智能醫療機器人科技公司。該公司以計算機輔助手術導航和醫療機器人為核心，為各級醫療機構提供臨床數據共享與遠程醫療服務。目前天智航已經完成了B輪融資，是一家擁有多項自主知識產權的公司。　　天智航的主要產品是骨科導航機器人，屬于外科手術機器人的一種。該技術可顯著提高骨科手術質量，改善醫生工作環境。

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