機器人輔助手術(Robot Assisted Surgery,RAS)是臨床醫(yī)學發(fā)展的里程碑。開發(fā)手術機器人的最大意義之一，是直接拓展了手術能力。從定義來看，手術機器人是集醫(yī)學、機械學、生物力學及計算機科學等多學科于一體的醫(yī)療器械產(chǎn)品，借助微創(chuàng)手術和相關底層技術發(fā)展，能從視覺、聽覺和觸覺上為醫(yī)生進行手術操作提供支持，被用于高于人類能力的微創(chuàng)手術領域，實現(xiàn)對手術器械的精準控制。機器人輔助手術具有靈活精準、視野大且清晰、過濾震顫、創(chuàng)口小恢復快、出血少并發(fā)癥少、直覺自然、易于學習等優(yōu)勢，在高難度手術中具備必要性，在簡單的良性手術中具備消費升級屬性，運用場景有望不斷突破。經(jīng)過20年發(fā)展，手術機器人行業(yè)將從起步階段進入下一個快速發(fā)展期。

手術機器人行業(yè)的商業(yè)模式涵蓋了“設備+耗材+服務”，其商業(yè)壁壘高于純耗材模式，且設備保有量及單設備產(chǎn)出帶來收入增長具備可預測性且相對穩(wěn)定。從技術壁壘角度來看，在競爭初期，技術基礎決定了臨床比較，而臨床比較的優(yōu)劣主導了商業(yè)化的進程。以主從遙控操作手術機器人為例，技術難點在于系統(tǒng)和機械臂上，其中系統(tǒng)方面關鍵技術包括控制系統(tǒng)、視覺臨場感主從控制等，機械臂關鍵技術包括從操作手臂構型、遠心機構、手術器械等，這些技術涉及了多學科的結合與運用。隨著未來手術機器人在關鍵技術領域的突破與發(fā)展、且越來越多國內(nèi)產(chǎn)品正與5G、AR、人工智能等全球技術接軌，國產(chǎn)龍頭企業(yè)前景可期。本文將主要從技術要點方面來介紹在臨床領域參與程度較高的腔鏡手術機器人、骨科手術機器人、泛血管手術機器人、經(jīng)自然腔道手術機器人及經(jīng)皮穿刺手術機器人。

腔鏡手術機器人

目前，腔鏡手術機器人是商業(yè)化最為成功的代表。腔鏡手術機器人是為完成各種復雜的微創(chuàng)手術而設計的。通常采用主從遙控操作的操控方式，由外科醫(yī)生控制臺、患者側手術車和一套三維高清影像系統(tǒng)組成。由于傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(MIS)主要借用內(nèi)窺鏡和相關器械在人體天生官腔內(nèi)(腹腔、盆腔、胸腔等)進行手術操作，腔鏡手術機器人在人體內(nèi)的部分與MIS手術較為接近，其差異更多在于操作系統(tǒng)對機械臂的精準操控從而實現(xiàn)手術。腔鏡手術機器人相比于MIS手術具備微創(chuàng)、精細、靈活等顯著優(yōu)勢，更大程度擴展外科醫(yī)生的手術能力，并在泌尿外科、婦科、普外科擁有很好的運用前景。

腔鏡手術機器人在泌尿外科領域的運用，包括機器人輔助前列腺癌根治術、機器人輔助腎部分切除術、機器人輔助膀胱癌根治術等。在婦科領域，腔鏡手術機器人的應用正逐步打開市場。針對良性疾病，機器人輔助的手術包括子宮切除術、子宮肌瘤剔除術、陰道骶骨固定術、子宮內(nèi)膜異位癥手術；針對惡性疾病，機器人輔助手術包括子宮內(nèi)膜癌、宮頸癌及卵巢癌手術。普外科領域也是機器人手術的主要賽道，主要術式包括疝修補、結直腸手術、減肥和膽囊切除術。

自2000年達芬奇手術機器人獲批后，機器人手術真正走向商業(yè)化。在中國市場，腔鏡手術機器人處于起步階段。2020年國內(nèi)腔鏡手術機器人市場突破20億元，但目前國內(nèi)三甲醫(yī)院使用機器人的比率不足10%，較大的市場空間意味著未來該行業(yè)將高速增長。從國產(chǎn)產(chǎn)品的發(fā)展進程來看，微創(chuàng)機器人發(fā)展較快的有來自圖邁的微創(chuàng)機器人，目前處于注冊申請前列腺根治術手術適應癥的階段，未來將在腎部分切除手術（包括腹膜后入路、單孔）等其他泌尿科、婦科、普外科進行適應癥拓展。其余產(chǎn)品，威高的Microhand-S和康多系統(tǒng)目前仍處于臨床階段。

骨科手術機器人

骨科手術機器人用于輔助骨科手術，其核心功能包括定制三維術前方案、提高手術部位圖像清晰度、減少震顫和提高手術精度、減少對健康骨骼和組織的損傷、減少失血、保護神經(jīng)、縮短住院時間和加快康復，并可指導遠程手術和降低術中透視（X射線）來降低輻射。

骨科手術機器人是人類歷史上最早出現(xiàn)的手術機器人之一。1985年美國首次使用工業(yè)機器人進行腦腫瘤活體組織切片檢查，驗證了手術機器人的精準優(yōu)勢。1987年首次出現(xiàn)了定位機器人應用于骨科的臨床專利申請。1997年至2009年，計算機技術輔助外科技術發(fā)展，骨科手術機器人逐漸應用于髖關節(jié)和膝關節(jié)的置換手術。1998年，英國帝國理工學院Davis等研發(fā)了用于膝關節(jié)手術的Acrobot機器人系統(tǒng)。2008年，美國Mako Surgical公司研制出RIO手術機器人，用于全膝關節(jié)或膝關節(jié)單髁置換手術，其最大優(yōu)勢是醫(yī)生和機械臂共同操作手術器械完成手術。

骨科手術機器人的組成大致上可分為控制系統(tǒng)、定位導航裝置、機械臂裝置以及配套的工具集?？刂葡到y(tǒng)是骨科手術機器人的核心，除了各部件的集成之外，圖像處理軟件模塊、手術規(guī)劃軟件模塊、機械臂控制模塊所牽涉到的算法是各個機器人公司獨立研發(fā)的核心秘密。定位導航系統(tǒng)包括成像模塊、追蹤模塊和顯示模塊。系統(tǒng)能夠根據(jù)術前導入的影像形成三維模型，把三維模型與患者的實際體位、空間中手術器械的實時位置統(tǒng)一在同一坐標系下，利用三維定位系統(tǒng)對手術器械在空間中的位置實時采集并顯示，醫(yī)生通過觀察三維模型中手術器械與病變部位的相對位置關系，對患者進行導航手術治療。對于操作手術的機械臂，目前應用在醫(yī)療機器人上的機械臂主要分為絲傳動和齒輪機傳動兩種。絲傳動機械臂的優(yōu)點是體積小，能實現(xiàn)一定程度力學反驅，機械臂操作的僵硬感比較少；缺點是鋼纜驅動的易疲勞性會相對影響精確度，需要定期更換。另一種是齒輪電機傳動系統(tǒng)，優(yōu)點是能長期保持精度，缺點是體積較大且操作手感僵硬。

泛血管手術機器人

泛血管手術機器人是一種主從式的機電設備，在心臟、腦部、外周血管相關疾病的介入手術中，能夠輔助醫(yī)生遠程控制導管導絲進行手術。一般是醫(yī)生通過手柄輸入動作，機器人從端復現(xiàn)醫(yī)生手部動作。其優(yōu)勢在于精度與輻射兩方面，通過醫(yī)生在操作艙里操作導管、導絲等器材介入，幫助操作者擺脫了鉛衣帶來的負擔，并減少了輻射吸收。

實驗證明，機器人輔助經(jīng)皮冠狀動脈介入治療手術能使醫(yī)生減少95%的輻射，同時使患者減少20%的輻射。介入醫(yī)生通過機器人輔助能夠對導管實現(xiàn)毫米級控制，減少導管與血管壁之間的碰撞，降低了并發(fā)癥的發(fā)生率，對復雜病例的成功率超過98%，減少了一些不必要的耗材使用。根據(jù)Sullivan數(shù)據(jù)，2015~2020年，全球泛血管手術從1130萬例增長至1430萬例，預計2020~2026年將以8.1%的復合增長到2290萬例。

經(jīng)自然腔道手術機器人

經(jīng)自然腔道手術機器人是指通過人體自然路徑進入目標部位，并可控制其進行診斷或手術的機器人。此類機器人應用于自然腔道腔鏡手術，如支氣管鏡檢查（肺結核)、結腸鏡檢查（腸道檢查）及胃鏡檢查（胃檢查）。經(jīng)自然腔道手術機器人能為目標部位提供更清晰的視野，使外科醫(yī)生能夠更靈巧地操作工具。目前經(jīng)自然腔道手術機器人主要有直覺外科的Ion、強生的Monarch和MedRobotics。

經(jīng)皮穿刺手術機器人

經(jīng)皮穿刺手術機器人是通過磁共振成像（MRI）、超聲、電子計算機斷層掃描（CT）等成像技術將目標解剖定位，引導反饋針頭達到目標解剖結構，輔助完成經(jīng)皮穿刺手術的機器人。其應用主要為收集組織樣本用于診斷，如檢測早期肺癌、乳腺癌及前列腺癌。同時經(jīng)皮穿刺機器人也能夠進行治療程序，如清除腎結石的腎造口碎石術，通過患者背部小切口插入針頭，并清除腎結石。相比于傳統(tǒng)活檢程序依賴放射科醫(yī)生手插針頭，機器人輔助法通過較人手更穩(wěn)定的機械臂提供更高的剛度及精確度。目前經(jīng)皮穿刺手術機器人主要有Biobot的Mona Lisa、NDR的ANT系列、ISYS的XACT和Perfint Healthcare兩款產(chǎn)品(國內(nèi)已上市)。