行研智能手术机器人一起源与应用

手术已进入精密时代。传统手术成功与否很大程度上取决于医生的经验及技术，因为外科医生须根据2D影像及从简单的加工后影像得出的资料评估目标病变，从而在手术前规划及在手术过程中作出多项判断。近年来，外科手术趋向于微创化，在带来创口小、失血少和恢复快等便利的同时，也缩小了医生的视野，不利于直接观察。另外，部分手术的病灶组织结构复杂，需频繁探查，一些隐藏较深的病灶甚至需要医生凭技巧进行盲操作，这都极大的影响了外科手术的准确性和安全性。与传统手术不同的是，精准手术旨在提高手术的准确性，以将去除病变、保护器官及控制损害达到平衡。据此，精准手术可将疾病康复程度提升至最高，并达至更佳功效、更安全、更有效率及更少创伤。为达到上述目标，技术集成的医疗设备支援不可或缺，主要指医学成像技术、精准手术规划解决方案及手术机器人。在这些医疗设备与技术的协助下，精准手术可提供具有可完全量化量度及即时术中导航协助的智能数码解决方案。一、手术机器人发展史手术机器人一个集医学、影像学、计算机视觉、机器人技术、空间定位技术、虚拟现实交互、定制化制造于一体的多学科交叉系统，被越来越多地应用于神经外科、骨科、耳鼻喉科等手术中，辅助医生精准操作，提高手术的安全准确性。手术机器人起源于工业机器人，年，美国首次将机器人技术用于外科手术，医院医生使用工业机械臂Puma完成了机器人辅助定位的神经外科脑部活检手术。80年代末，斯坦福研究院（SRI）开始关于外科手术机器人的研发，为战地手术服务，该项目收到了美国国防部高级项目研究局（DARPA）的巨额投资。年，伊索成为FDA批准的第一个手术机器人，并且引领着手术机器人走向了商业化道路。它是一种可由手术医师声控的“扶镜”机械手，以避免由于扶镜手生理疲劳所造成的镜头不稳定。直到年，外科医生应用伊索在全球做了超过7.5万例次微创手术。年，伊索通过包括安装内窥镜等一系列的升级改造，逐渐进化成了宙斯。宙斯共搭载了Surgeon-side和Patient-side两套系统。Surgeon-side系统由一对主手和监视器构成。Patient-side由用于定位的两个机器人手臂和一个控制内窥镜位置的机器人手臂组成。年，曾在SRI工作的FredericMoll博士创立直觉医疗公司（IntuitiveSurgical）欲将手术机器人商业化，并在年推出达芬奇手术机器人。年，推出宙斯机器人的ComputerMotion公司与直觉医疗公司合并，达芬奇手术机器人几乎垄断全球市场。

图表1达芬奇手术机器人

年前后，不同术式的手术机器人开始兴起。年，MAKO骨科手术机器人获证，主要应用于膝关节单髁置换术(UKA)和全膝关节成形术(TKA)，MAKOSurgical公司于年被Stryker以16.5亿美金完成收购。年3月，AurisHealth研发的MonarchSurgicalRobot获FDA认证，可用于诊断和治疗性支气管镜手术。Monarch系统是一种灵活的机器人内窥镜平台，其技术优势在于该平台将软件、数据分析、机器人和视觉成像整合成一体。

随着DaVinci手术机器人、MAKO手术机器人等的大获成功，众多医疗器械国际巨头纷纷加入手术机器人产业布局，多数均通过外延并购的方式迅速获得该赛道的竞争力。

二、手术机器人的应用

根据手术模式及应用范围，手术机器人可分为六个主要类别，即腹腔镜机器人、骨科机器人、经皮手术机器人、泛血管介入手术机器人、无创手术机器人及其他。

图表2主要手术机器人的分类

来源：EDDA招股书图表3手术机器人在不同科室应用举例来源：LifeScienceIntelligence，西南证券（1）神经外科手术导航系统最早应用于临床的科室便是神经外科，现已替代了早期脑立体定位仪技术（最早于年由Horsley和Clarke提出技术概念、年由Spiegel和Wycis完成首次人脑手术），并于本世纪初成为了神经外科手术的标准引导策略。神经外科手术导航系统通过准确地定位病灶，使得开颅创口更小、失血减少、尽可能地减少对脑组织的损伤，减少手术时间并减少住院时间。神经外科手术导航系统长时间在临床的实践应用也进一步地促进系统的成熟度和普及率。（2）骨科手术导航系统在骨科方面的应用主要集中在关节置换和脊柱外科。脊柱周围血管和神经密布且具有复杂的立体结构，开展手术（如椎弓根螺钉内固定手术、关节突螺钉内部定手术）时医生无法用肉眼直视其内部。在传统骨科手术过程中，医生通过C形臂X光射线诊断设备对手术部位进行拍照，根据解剖标志点确定手术位置，主要依靠医生经验进行判断，存在一定概率发生植入偏差，且在手术期间患者和医生均需接受多次X射线辐射。而在手术导航系统的协助下，在空间配准后可以实时呈现病灶与手术器械的相对位置，于是大大减少了术中辐射、也让手术更加安全可靠。图表4骨科手术机器人系统工作流程来源：天智航招股书（3）肿瘤介入治疗手术导航系统也可应用于辅助肿瘤介入治疗，主要包括经皮穿刺活检、穿刺引流、经皮穿刺瘤内注药术、经皮消融术（如射频消融、微波消融、冷冻消融）。传统的肿瘤介入治疗手术，是在医生获得患者的医学影像后，根据经验和术中手感进行盲穿，可能存在误穿损伤、治疗不充分等风险。而手术导航系统可以实现术中肿瘤定位、安全切缘评估、微小病灶探测等可视信息，有效协助医生提高手术准确率。

图表6辅助肿瘤介入治疗的手术导航系统原理示意图

来源：WorldJ.Surg.Oncol.,

三、手术机器人的优势与缺点相比于传统的开放式手术，微创外科手术具有创口小、痛苦少、恢复快以及感染率低的优点，但也存在医生手眼不协调、学习长、易疲劳、手部抖动影响手术质量、手术器械不灵活不稳定、无法精确分离和缝合等缺点。机器人手术既保存了微创手术的优势，又加强了操作复杂手术的能力，具有灵活精准、抗疲劳辐射、视野大且清晰、过滤震颤、创口小恢复快、出血少并发症少、直觉自然、易于学习等优势，手术机器人主要的缺点包括缺乏触觉反馈、术前调试时间长、费用贵、手术器械不够丰富等。

图表6手术机器人的优势与缺点

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