美敦力手術(shù)機(jī)器人技術(shù)解析

11/11美敦力手術(shù)機(jī)器人技術(shù)解析前言導(dǎo)讀

手術(shù)機(jī)器人是一種先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備，借助微創(chuàng)傷手術(shù)及相關(guān)底層技術(shù)的發(fā)展而發(fā)明。手術(shù)機(jī)器人是醫(yī)療機(jī)器人的一種細(xì)分領(lǐng)域。手術(shù)機(jī)器人，即外科醫(yī)生能夠通過遠(yuǎn)程控制，并通過微小切口精密操作進(jìn)入患者體內(nèi)的手術(shù)器械，從而輔助外科醫(yī)生進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)的精密操作型機(jī)器人。

手術(shù)機(jī)器人被用于在高于人類能力的微創(chuàng)傷手術(shù)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)高于人類能力的對(duì)手術(shù)器械的精準(zhǔn)操控。手術(shù)機(jī)器人通常由手術(shù)控制臺(tái)、配備機(jī)械臂的手術(shù)車及視像系統(tǒng)組成。外科醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺(tái)，觀看由放置在患者體內(nèi)腔鏡傳輸?shù)氖中g(shù)區(qū)域三維影像，并操控機(jī)械臂的移動(dòng)，以及該機(jī)械臂附帶的手術(shù)器械及腔鏡。機(jī)械臂模擬人類的手臂，為外科醫(yī)生提供一系列模擬人體手腕的動(dòng)作，同時(shí)過濾人手本身的震顫。

機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)是集多項(xiàng)現(xiàn)代高科技手段于一體的綜合體，其用途廣泛，在臨床上外科上有大量的應(yīng)用。外科醫(yī)生可以遠(yuǎn)離手術(shù)臺(tái)操縱機(jī)器進(jìn)行手術(shù)，完全不同于傳統(tǒng)的手術(shù)概念，在世界微創(chuàng)外科領(lǐng)域是當(dāng)之無愧的革命性外科手術(shù)工具。

市場(chǎng)分析

當(dāng)前，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新科技的快速滲透，醫(yī)療健康正在與機(jī)器人全面融合，引領(lǐng)外科技術(shù)大變革。手術(shù)機(jī)器人行業(yè)迎來快速發(fā)展，賽道火熱，備受資本青睞。

根據(jù)Frost&Sullivan的統(tǒng)計(jì)，2020年全球機(jī)器人手術(shù)市場(chǎng)規(guī)模為61億美元，預(yù)計(jì)從2021年到2028年將以17.60%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2028年將達(dá)到222.7億美元（折合人民幣約為1414億元）。

我國手術(shù)機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展迅猛，根據(jù)Frost&Sullivan的統(tǒng)計(jì)，市場(chǎng)規(guī)模由2016年的人民幣853.6百萬元增至2020年的人民幣2,934.5百萬元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)36.2%，預(yù)計(jì)2030年中國手術(shù)機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)至人民幣58,425.9百萬元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為34.9%。

手術(shù)機(jī)器人是將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，顯然的，機(jī)器人手術(shù)是使用機(jī)器人系統(tǒng)完成的外科手術(shù)類型，機(jī)器人輔助手術(shù)的開發(fā)旨在克服現(xiàn)有的微創(chuàng)手術(shù)程序的局限性，并增強(qiáng)外科醫(yī)生進(jìn)行開放手術(shù)的能力。

手術(shù)機(jī)器人集成了醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、自動(dòng)控制學(xué)、數(shù)字圖像處理學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)器人學(xué)等諸多學(xué)科為一體的新型交叉科學(xué)。一般情況下，從臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用角度可將手術(shù)機(jī)器人主要分為腔鏡手術(shù)機(jī)器人、骨科手術(shù)機(jī)器人、泛血管手術(shù)機(jī)器人、經(jīng)自然腔道手術(shù)機(jī)器人、經(jīng)皮穿刺手術(shù)機(jī)器人。

下面兩幅附圖分別給出了各主要細(xì)分手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景和市場(chǎng)規(guī)模情況，供各位讀者參考。

筆者認(rèn)為，隨著時(shí)間發(fā)展，對(duì)于國內(nèi)手術(shù)機(jī)器人市場(chǎng)而言，各大廠商會(huì)面臨如下5個(gè)方面的競(jìng)爭(zhēng)，分別為：

1.技術(shù)戰(zhàn)，入局者眾多，內(nèi)卷嚴(yán)重，而且在技術(shù)上目前國外先進(jìn)巨頭具有一定優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)廠家只有通過技術(shù)上“高人一等”才能“脫穎而出”。

2.臨床戰(zhàn)，目前手術(shù)機(jī)器人雖然種類繁多，但是依然是醫(yī)械法規(guī)強(qiáng)監(jiān)管的產(chǎn)業(yè)，且市場(chǎng)受眾面以大城市的大醫(yī)院為主體，在如此眾多的品牌上市過程中，臨床資源就顯得彌足珍貴。

3.融資戰(zhàn)，手術(shù)機(jī)器人是一個(gè)多學(xué)科高度集中的產(chǎn)品，研發(fā)周期長(zhǎng)，臨床要求高，各方面人力資源也緊張稀缺，必然需要高額的投入，這些都需要大量的資本投入，因此手術(shù)機(jī)器人的玩法從資本市場(chǎng)來講其實(shí)就是“誰的資本強(qiáng)誰成功率大”。

4.營(yíng)銷戰(zhàn)，隨著國內(nèi)、國外廠商的產(chǎn)品逐步上市，需要“賣出去”，也需要市場(chǎng)各群體的認(rèn)同，更需要占據(jù)市場(chǎng)率，因此在眾多同類型同適應(yīng)癥的手術(shù)機(jī)器人中“賣得好”才是各大廠商的終極目標(biāo)，才是“長(zhǎng)久之計(jì)”。

5.專利戰(zhàn)，專利對(duì)于手術(shù)機(jī)器人而言十分重要，當(dāng)然也是技術(shù)層面的演化，更是各大手術(shù)機(jī)器人廠商市場(chǎng)角力的重要武器，甚至是“終極核武”，規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、占據(jù)市場(chǎng)率都需要專利的輔助，達(dá)芬奇在腔鏡機(jī)器人領(lǐng)域“叱咤風(fēng)云”恰恰是得益于專利。

美敦力Hugo初探

2019年9月，美敦力發(fā)布首臺(tái)HUGORAS手術(shù)機(jī)器人，正式加入軟組織手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)，被認(rèn)為是達(dá)芬奇“最危險(xiǎn)”的競(jìng)爭(zhēng)者。

Hugo外科系統(tǒng)是一種機(jī)器人輔助手術(shù)設(shè)備，旨在泌尿外科、婦科和普外科腹腔鏡手術(shù)過程中幫助精確控制其手術(shù)器械。

HugoRAS系統(tǒng)一個(gè)模塊化的多象限平臺(tái)，專為廣泛的軟組織手術(shù)而設(shè)計(jì)。美敦力推出的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)使用模塊化的解決方案，重點(diǎn)克服手術(shù)機(jī)器人成本和應(yīng)用的障礙。HugoRAS系統(tǒng)包括手術(shù)塔、控制臺(tái)、手術(shù)手臂和機(jī)械手推車。

2021年10月11日，美敦力宣布其Hugo機(jī)器人輔助手術(shù)(RAS)系統(tǒng)已獲得歐盟CE認(rèn)證，這是美敦力在軟組織手術(shù)機(jī)器人市場(chǎng)上的又一里程碑式進(jìn)展。

專利分析

筆者針對(duì)美敦力Hugo機(jī)器人所涉及的專利情況，進(jìn)行了檢索，其結(jié)果進(jìn)行如下展示：

技術(shù)概覽

HugoRAS主要有以下多個(gè)特點(diǎn)：

HugoRAS是一個(gè)模塊化系統(tǒng)，也就是說它有多個(gè)獨(dú)立組件可以適應(yīng)特定患者或醫(yī)院病床的需求，并且可以隨著技術(shù)的發(fā)展而升級(jí)。HugoRAS配有四個(gè)裝在推車上的手術(shù)臂，這具有極大的靈活性。比如說，醫(yī)生可以在使用手臂完成手術(shù)后，將其推開，然后仍然使用同一個(gè)手術(shù)臺(tái)開始腹腔鏡手術(shù)。手術(shù)后，醫(yī)院工作人員可以將系統(tǒng)松解，然后將其滾動(dòng)到另一個(gè)經(jīng)過消毒并準(zhǔn)備好的手術(shù)室中，以便醫(yī)生可以在休息后迅速開始新的手術(shù)。

美敦力將KarlStorz的三維視覺系統(tǒng)和可視化組件整合到了HugoRAS中。HugoRAS的手術(shù)塔裝有Storz可視化系統(tǒng)，隨附的內(nèi)窺鏡也是標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，這意味著它可以從機(jī)器人系統(tǒng)上取下，并在腹腔鏡手術(shù)過程中用作手持設(shè)備。手術(shù)塔還裝有美敦力的FT10發(fā)生器，該發(fā)生器專門設(shè)計(jì)用于為機(jī)器人手術(shù)中發(fā)射能量的設(shè)備提供動(dòng)力，還可以為腹腔鏡和開放式手術(shù)設(shè)備提供動(dòng)力。具有通用性的特征。

美敦力針對(duì)HugoRAS手術(shù)機(jī)器人開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展及時(shí)進(jìn)行升級(jí)，而無需醫(yī)院更換整個(gè)系統(tǒng)。對(duì)于集成到控制臺(tái)中的可視化技術(shù)而言，這尤其重要。Hugo外科手術(shù)控制臺(tái)的設(shè)計(jì)具有帶腳踏板的開放式結(jié)構(gòu)，因此醫(yī)生在手術(shù)過程中仍可與患者人員互動(dòng)。

專利概覽

筆者對(duì)Hugo手術(shù)機(jī)器人和配套器械的相關(guān)專利根據(jù)類別分別進(jìn)行了整理和剖析，這里筆者從眾多專利中選擇了若干進(jìn)行了解析，相關(guān)相關(guān)結(jié)果如下：Hugo手術(shù)機(jī)器人的完整專利清單和報(bào)告筆者也匯總完成，如若獲取完整專利清單和報(bào)告可以與筆者取得聯(lián)系，共同交流學(xué)習(xí)：

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公開/公告號(hào)US10779897B2申請(qǐng)日2016-06-20發(fā)明名稱Roboticsurgicalassemblies解決的技術(shù)問題Thecablesinthesurgicalinstrumentswerepronetostretchduringuse.Thestretchingcouldcauseendeffectormovementtolagthatoftheinputdevicebasedontheamountofstretch.Asaresult,thesurgicalinstrumentandendeffectormayappeartomoveinalesscorrelatedmanner,whichwouldlimittheresponsiveperformanceoftheroboticsystem.技術(shù)方案

Asurgicalinstrumentforusewithandforselectiveconnectiontoaninstrumentdriveunitincludesanendeffector,aninstrumentdriveconnectorincludingapluralityofdriveassemblies,andapluralityofdrivemembersinmechanicalcooperationwiththeinstrumentdriveconnectorandtheendeffector.Eachdriveassemblyofthepluralityofdriveassembliesincludesadrivescrewincludinganelongatedthreadedbodyandadrivenutthreadedlyengagedwiththeelongatedthreadedbodyofthedrivescrewsuchthatrotationofthedrivescrewresultsinlongitudinalmovementofthedrivenut.Eachdrivememberofthepluralityofdrivemembersincludesaproximalendportionsecuredtoarespectivedrivenutofoneofthepluralityofdriveassembliessuchthatlongitudinaltranslationoftherespectivedrivenutcauseslongitudinaltranslationofthedrivemembertodriveafunctionoftheendeffector.相關(guān)附圖

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公開/公告號(hào)US9937626B2申請(qǐng)日2014-10-20發(fā)明名稱Wristandjawassembliesforroboticsurgicalsystems解決的技術(shù)問題Thereisaneedforsurgicaltoolshavingsmallcross-sectionalareasthatareabletoprovidehighforcesbetweenendeffectorjaws,includingcustomizableforcesthatvarydependingonthepositionofthejawsinrelationtoeachother.技術(shù)方案Anendeffectorforuseandconnectiontoarobotarmofaroboticsurgicalsystem,whereintheendeffectoriscontrolledand/orarticulatedbyatleastonecableextendingfromarespectivemotorofacontroldeviceoftherobotsurgicalsystem,isprovided.Theendeffectorincludesawristassembly,andajawassembly.Thejawassemblyincludesacampulleyrotatablysupportedonatleastonesupportplateofthejawassembly,whereinthecampulleyisoperativelyconnectedtoaproximalendofeachofthejawsofthejawassemblysuchthatrotationofthecampulleyresultsinoneofanopeningandclosingofthejawassembly.相關(guān)附圖

結(jié)

語

誠如領(lǐng)