人類對未來世界的無數暢想中，機器人已成為不可分割的一個重要子集。
工業、農業、物流、家庭服務、聊天交友等各行各業，機器人已經成為衡量行業進步的重要技術。在醫療行業，手術機器人還是一個較新的技術，目前尚未被廣泛應用。
全球手術機器人發展近30年，以直觀外科達芬奇為代表的外科軟組織手術機器人獨占鰲頭，一騎絕塵。手術機器人經歷了哪些變化？從響應臨床需求的視角看，以達芬奇為代表的產品路線是非他莫屬嗎？本文將探析手術機器人進化史，并梳理國內外涌現的創新公司和產品。
一、達芬奇是手術機器人
行業開創者
1983年，微創外科（Minimally Invasive Surgery，MIS）概念被首次提出[1]。相較于開放性手術，微創手術具有手術創傷小、痛感輕、術中出血少、術后恢復快等優勢，受到外科醫生和患者的青睞。
然而，隨著微創外科的逐步推廣和臨床實踐，外科醫生發現以各種腔鏡為代表的微創手術對術者技能要求極高：醫生在缺乏三維視覺信息和觸覺反饋的情況下，需要長時間操作器械，不僅要保持手眼協調，而且要避免手部抖動放大產生的器械末端震顫，以及術中“筷子效應”的干擾。這些因素都導致開腹醫生學習微創手術的難度增加。
2000年，世界上第一臺腹腔鏡手術機器人達芬奇（DaVinci Robot）獲批上市[2]，提供了一個有別于傳統腹腔鏡微創手術的全新技術路徑。
達芬奇手術機器人經歷了四代進化
經歷過30年四代進化，達芬奇手術機器人相較于傳統腹腔鏡手術器械具有諸多獨特優勢：
1、高清3D立體視覺系統：視野內被組織放大10倍呈現，組織細節清晰逼真；
2、主從控制：實現手眼協調，不再受傳統腔鏡模式下“筷子效應”的困擾；
3、震顫濾除系統：大幅降低器械末端抖動；
4、腕轉手術器械：超越人手自然極限，讓縫合、打結等高難度手術操作簡單易做；
5、運動縮放：使手術器械操作精度更高。
作為腔鏡手術機器人行業開創者，達芬奇手術機器人目前全球裝機量已經突破7500臺，累計完成機器人手術1100萬余例[3]。尤其是在泌尿外科手術上，機器人前列腺癌根治術（RARP）滲透率已超過85%[4]，成為該病種術式當之無愧的金標準。
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手術機器人的誕生，讓醫生手術操作更加靈活、精準，術中時間更短；在減輕醫生工作負擔的同時，降低術后并發癥的發生率，讓患者手術治療預后更好。如果機器人手術得以廣泛應用，將有潛力提升醫院的手術能力和病床周轉率，降低疾病的綜合治療成本。
二、1%的壟斷 VS
99%未滲透的藍海市場
在中國，腹腔鏡手術機器人隸屬于大型醫用設備乙類管理目錄，由省級衛生健康行政部門負責配置管理，并核發配置許可證。同目錄下的大型醫用設備還有醫學影像設備PET/MR、PET/CT等。
不同于醫學影像設備行業的成熟，中國手術機器人行業目前仍處于萌芽階段。截至2022年年底，達芬奇手術機器人在全國的裝機量約300臺[5]，國產腔鏡手術機器人裝機量更是屈指可數，而這背后對應的是近萬家可開展微創手術醫院，市場容量巨大。
為什么相較于其他大型醫用設備，中國手術機器人產業進展緩慢？這需要從中國特色的醫療市場需求上尋找答案。
◆ 1、醫保無報銷，機器人輔助手術“客單價”高
目前，國內絕大部分機器人輔助手術（RAS）費用由患者自付，一般采用“腹腔鏡手術費用+機器人設備及附件費用”的組合模式。
通常，中國醫院采購一臺達芬奇手術機器人的價格約2000-3000萬元，另需支付專用耗材費用和平均150萬元每年的維護費用。“設備采購+維護費+專用耗材費用”這三部分支出構成了“機器人設備及附件費用”，這筆費用最終都由患者負擔。
截圖自西南證券手術機器人創新器械專題報告
根據西南證券研究數據推算，平均每例達芬奇手術的“機器人設備及附件費用”約為4.4萬元，其中“開機費”占1.8萬元。
以前列腺根治術（RARP）為例，腹腔鏡手術費用約4-5萬，醫保報銷50%左右，再疊加4.4萬元的機器人費用，患者負擔沉重，降低了患者支付意愿。如果RAS費用得不到降低，那么醫院很可能出現 “有機器、無病人”的尷尬局面。當然，醫院在采購手術機器人時會充分考慮投入產出比，而高昂的RAS費用無疑增加了手術機器人的入院門檻。
小紅書網友@土土不吃土分享機器人手術費用
在國外，RAS費用在不少地區都有醫保覆蓋[6]；而在中國，RAS術式不在大部分省市的醫保報銷目錄內。
2021年4月，上海率先將機器人輔助前列腺癌根治術、腎部分切除術、子宮全切術、直腸癌根治術這4類術式納入醫保報銷目錄[7]，患者自付比例為20%，大大提高了RAS的可負擔性。
從長遠來看，借助醫保報銷促進現有獲批上市的手術機器人全面普及是可能路徑之一，但這無疑會增加國家醫保基金的壓力，并且要實現手術機器人在各地所有術式費用的全面覆蓋，難度較大。在一、二線經濟發達地區，醫保基金也只能覆蓋屈指可數的幾類常見機器人手術；而在三、四線城市經濟欠發達地區，推動醫保基金覆蓋機器人手術費用，更是由于費用昂貴而舉步維艱。
綜上，中國市場從根本上需要更加普惠的、性價比更高的手術機器人解決方案。
◆ 2、除泌尿外科，九成微創手術RAS滲透低，要求機器人多象限操作
根據國家癌癥中心發布的《2022年全國癌癥報告》，2020年中國新發癌癥病例457萬例、死亡病例300萬例，分別占全球新發及死亡病例的23.7%、30.2%，雙雙高居世界榜首，還有逐年遞增的趨勢。
截圖自《2022年全國癌癥報告》
癌癥的早發現、早干預、早治療是綜合干預的最有效手段。針對早期腫瘤，臨床上多數提倡根治性切除，術后治愈率可達90%。如果是早期原位癌，術后無需放化療，五年存活率和治愈率更是大幅提升。
癌癥手術治療市場龐大，手術干預需求強大。RAS普及必然需要滿足多癌種的普遍適用性。
在2020年中國癌癥新發病例數中，肺癌、結直腸癌、胃癌、乳腺癌、肝癌、食管癌、甲狀腺癌、胰腺癌、前列腺癌、宮頸癌，這10種癌癥占到了新發癌癥總數的78%。其中，肺癌以82萬新發病例，列首位，其次是結直腸癌、胃癌、乳腺癌、肝癌等（如下圖）。
截圖自《2022年全國癌癥報告》；Designed by Freepik
中國高發的幾類癌癥，共同特征是癌變部位的病灶較大。如果對這些部位的早期腫瘤進行手術切除，則需要更大的手術空間，具有一定的手術難度和風險。
男性前列腺的大小和板栗體積相當，并處于狹小的手術空間內，這些特征可以發揮以達芬奇為代表的手術機器人在盆腔深部精細操作的優勢，這也讓機器人輔助前列腺癌根治術（RARP）成為手術機器人滲透率最高的術式。
對于大型器官如胃、肝、乳腺等，以及橫跨整個腹腔區域的結直腸，這些部位的惡性腫瘤切除術，對手術機器人的多象限操作能力提出了更高的要求。現有已商業化手術機器人雖然經歷多個迭代周期，但是在減少術中機械臂碰撞、避免術中機械臂多次對接等諸多可能影響術者學習曲線、手術流暢性和手術體驗的因素中，尚未找到一個完善的解決方案。
中國腔鏡手術機器人臨床手術構成（2019年），截圖自西南證券手術機器人創新器械專題報告
這是制約現有手術機器人多專科普及的一大痛點。中國手術機器人在不同科室的滲透率有著巨大差別。以前列腺癌治療為代表的泌尿外科，其RAS滲透率最高，達到了44%；以肺癌治療為例的胸外科，RAS滲透率僅有5%；而占據軟組織微創手術量99%的婦科、普外科，其RAS滲透率不足1%。
專科發展不均衡，意味著市場需要一個可以廣泛適用多專科的解決方案，提高機器人手術的多象限操作能力是關鍵要素之一。
◆ 3、從傳統微創手術（MIS）升級機器人手術，醫生學習曲線陡峭
外科醫生是手術的直接操作者，從傳統微創手術（MIS）到機器人手術，雖然后者解決了醫生手眼協調、“筷子效應”干擾等問題，但是，現有機器人由于使用全新的布孔方式和腕轉器械，改變了傳統腹腔鏡手術的操作習慣，難以延續腹腔鏡醫生的手術經驗。
目前，中國有超過12萬名從事傳統腹腔鏡微創手術的醫生，實際經過培訓合格并活躍使用達芬奇機器人的醫生僅占全國腹腔鏡醫生總數的1%以下。
如何讓外科醫生在傳統腹腔鏡微創手術上的成熟經驗得到延續和提升，提高醫生的操作體驗，降低醫生的學習曲線，讓手術機器人真正賦能醫生，是創新設計手術機器人需要考慮的關鍵點。
由此可見，手術機器人領域還存在著巨大的未滿足的臨床需求，市場需要以臨床需求為導向的、區別于傳統腔鏡手術機器人設計的全新解決方案。
三、創新方案的演變：
機械臂從集中到分散
機器人手術負擔重、專科發展不均衡、醫生學習曲線陡峭，這些問題并不是中國市場的孤例。在推進手術機器人全面普及的道路上，越來越多的業內專家形成了共識，手術機器人需要有突破性的創新，去開拓未滲透的藍海市場。
以達芬奇的腔鏡手術機器人為例，它由三部分組成：影像處理平臺（Vision Cart）、患者手術平臺（Patient Cart）、醫生控制臺（Surgeon Console）。醫生通過控制臺操作，基于影像處理平臺呈現的病變組織畫面，對患者實施手術。患者手術平臺上的機械臂實時模擬醫生的手部動作，進行手術操作。
腔鏡手術機器人的三部分組成構件（截圖自直觀外科企業官網）
為了拓展多象限的手術能力，工程師們不約而同地想到將機械臂分散開來——讓機械臂分布于手術床兩旁，以提升系統靈活性與自由度。其中，有采用將分散后的機械臂放置于床旁四周，形成獨立單機械臂臺車的設計，被稱為“分體式”手術機器人；也有將分散后的機械臂直接與患者手術床體結合的設計，我們暫且稱之為“床體式”手術機器人。
不同的機械臂組合各具特點。為此，我們對全球創新型腔鏡手術機器人的幾種前沿發展形態進行了歸納整理，以饗讀者。
◆ 1、分體式+“N”
分體式臺車可以靈活移動、自由搭配，相較于一體式設計，成本更低、術式更廣。醫生可以根據手術需求將不同臺車擺放于床旁不同位置，極大地增加了手術的靈活性與自由度。但分體式手術機器人的設計難點在于，如何讓獨立的臺車之間相互定位，以確認相對位姿，這是分體式機器人手術的基本核心技術。
分體式手術機器人（截圖自企業官網）
瑞士醫療器械公司Distalmotion開發了分體式手術機器人Dexter，該機器人由醫生操控臺、兩個獨立臺車的器械臂，以及一個內窺鏡控制臂構成，該控制臂可以安裝在臺車上，也可以直接夾在患者手術床上。近期，該公司完成了約1.4億歐元的新一輪融資，由Revival Healthcare Capital（復興醫療資本）領投。
四臂分體式手術機器人保留了腔鏡手術機器人四臂的傳統，由三個操作臂和一個內窺鏡控制臂組成，四條機械臂都有獨立對應的分體式臺車。理論上來說，分體式設計搭配的臺車數量可以是不固定的，醫院可以根據實際需求采購不同數量的分體式臺車，但并非每家進行分體式手術機器人研發的公司都采用臺車靈活配置的發展策略。
◆ 2、床體式+“N”
將機械臂分散到手術床上就形成了獨特的“床體式”設計。這種設計的優勢在于，完全不會占用手術室的地面面積，增加了手術室空間，改善了手術的工作流程。但其機械臂底座與病床相連，無法自由移動，帶來的局限性也顯而易見。
床體式手術機器人（截圖自公司報道）
強生公司對床體式設計情有獨鐘，旗下兩家公司Auris Health（被收購）和Verb Surgical（與谷歌合辦）都開發了床體式設計的腔鏡手術機器人。其中，Auris Health開發的是搭載六條機械臂的Ottava手術機器人，Verb Surgical則是開發手術臺上集成四個機械臂的“智能手術平臺”。
單孔手術機器人也是腔鏡手術機器人前沿探索的一大方向。單孔最突出的優勢是將患者原本3-4個的創口數量減少為1個，但其代價卻是在實際應用中面臨更大的挑戰——限制在特定狹窄術式的科室應用上，而與傳統微創打孔習慣相悖的設計也讓醫生學習曲線更為陡峭。
四、達芬奇之后，CMR分體式設計率先迎來商業化里程碑
2023年3月，英國手術機器人研發廠商CMR Surgical宣布，公司自主研發的手術機器人Versius完成了1萬例手術的里程碑[8]，成為繼達芬奇之后，率先成功商業化的腔鏡手術機器人。
Versius是一種分體式腔鏡手術機器人（如下圖），包括四個獨立的機械臂臺車。該機器人于2019年獲得歐盟CE認證，后陸續在澳大利亞、印度和中東等20多個國家和地區獲批上市。
其已完成的1萬例手術，覆蓋了7個科室的130種術式，包括結腸切除術、子宮切除術、疝氣修復術、肺葉切除術等。該公司目標在2025年之前，將Versius手術機器人裝機數量突破千臺。
Versius手術機器人（截圖自企業官網）
在腔鏡手術機器人領域，研發人員和臨床專家進行了大量前沿探索與創新嘗試，不斷提高手術機器人的性能和效率。經過臨床研究與市場驗證，四臂形態的分體式手術機器人成為最先得到市場認可的創新代表，是繼達芬奇類一體式手術機器人之后，手術機器人行業的又一重要突破。
四臂分體式設計并非CMR Surgical獨創。全球醫療科技巨頭美敦力在2013年開始研發分體式手術機器人，經過數年的開發和優化，其分體式手術機器人HUGO在2021年底獲得了CE認證。
綜合來看，分體式手術機器人具有以下潛在競爭優勢：
◆ 1、經濟性：獨立臺車易控制成本，自由配置
分體式結構的成本可以更低。首先，分體式機器人的每個臺車結構相似，從供應鏈角度看更易控制設備成本；其次，分體式臺車可以實現臺車數量選配，根據需要手術需求由專科醫生選擇配置臺車數量。比如，國內首家分體式手術機器人公司瑞龍諾賦，開發的分體式模塊化臺車支持醫院按需采購，降低了醫院首次購置成本。該公司還創新性地采用了可兼容設計，讓分體式手術機器人兼容院內傳統手術器械與內窺鏡，醫院無需另加采購，進一步降低了使用成本。
◆ 2、普適性：醫生操作自由度高，術式更廣
分體式機器人手術操作自由度更高。首先，分體式機器人術前擺位靈活，醫生可以根據術式需要靈活配置臺車數量和擺放位置；其次，靈活的擺位更易于選擇器械合適的插入位置和角度。醫生也可以繼續沿用傳統腹腔鏡手術布孔方式，發揮過往經驗；最后，分散放置的機械臂不僅不易碰撞，還能流暢完成手術空間更大的術式，如普外科、胸外科、婦科等科室的術式。
◆ 3、利用率：臺車占地更小，空間利用更靈活
分體式機器人更加靈活。首先，分體式設計將傳統一體式機器人連接在同一個基座上的幾條機械臂“解綁”，形成相互獨立的機械臂臺車。獨立的機械臂標準化、體積小，便于移動，可以在不同手術室間共享，提高利用率。其次，模塊化臺車總體占比空間小，靈活適配中國33平米的標準手術室，醫院無需再單獨配置場地，節省了醫院空間成本。
五、全球有哪些典型
分體式手術機器人公司？
◆ 1、Medtronic（美敦力）：Hugo?——美國最早采用分體式設計的手術機器人
美敦力從2013年開始啟動分體式機器人研發，2021年其分體式手術機器人HUGO獲得CE認證，后續HUGO又拿到加拿大和日本的上市許可，包括普外科、泌尿外科和婦科。HUGO機器人專為軟組織手術而設計，支持多象限手術操作，并可以和腕式器械、3D視覺，以及美敦力的Touch Surgery（基于云的手術視頻捕獲和管理解決方案）相結合。
◆ 2、Ronovo Surgical（瑞龍諾賦）：海山一?——中國首個分體式模塊化腹腔鏡手術機器人
瑞龍諾賦是中國第一家開發分體式模塊化手術機器人的研發商。公司成立于2019年，旗下分體式手術機器人海山一?采取了標準化臺車設計，可靈活替換、搭配不同數量臺車使用，且機器人兼容傳統手術室內的直柄器械、視覺系統等，極大降低了入院成本和患者手術負擔。公司自主專利的機械臂構型和模塊化設計，在術中可以覆蓋從盆腔到腹腔超大手術空間，拓展普外科、婦科、胸外科等多專科應用。
海山一?手術機器人延續了傳統腹腔鏡的打孔方式及手術器械，外科醫生無需改變手術習慣即可快速上手，降低機器人手術學習曲線。據悉，海山一?臨床前動物試驗受到了國內頂尖專家的一致好評，機器人即將進入人體臨床試驗。該公司在2022年完成了pre-B輪融資，投資方包括LRI江遠投資、禮來亞洲基金、維梧資本、經緯創投、GGV紀源資本。
◆ 3、CMR Surgical：Versius?——完成1萬臺手術，成功商業化的分體式腹腔鏡手術機器人
CMR Surgical成立于2014年，總部位于英國劍橋，致力于為微創手術開發下一代通用機器人系統。該公司自主研發的分體式手術機器人Versius成為達芬奇之后，唯一一個獲得商業化成功的腹腔鏡手術機器人，被視為分體式手術機器人的代表。
Versius體積僅有達芬奇機器人大小的三分之一，廣受歡迎。截至目前，Versius已在歐洲、澳大利亞、印度、中東和巴西等20多個國家和地區獲批上市，累積完成1萬例腹腔鏡手術。CMR Surgical已完成D輪融資，背后資方包括有騰訊、SoftBank Vision Fund（軟銀）、GE Healthcare、LGT group、Ally Bridge Group等。
◆ 4、SS Innovations（術創）：Mantra?——超低售價，印度第一個手術機器人
SS Innovations成立于2015年，總部位于印度哈里亞納邦，是一家專注于外科機器人系統研發制造的公司。SS Innovations自主研發的多臂手術機器人Mantra，可以搭載3-5個獨立的機械臂臺車，目前已經在印度獲批上市，完成了100余例手術。Mantra因為其超低的定價——僅有達芬奇手術機器人價格的三分之一而被周知。
結語
*參考資料
[1] 鄭民華. 微創外科的進展和發展趨勢[J]. 中國實用外科雜志, 2002, 22(1):2.
[2] 楊明, 高長青. 機器人心臟手術的應用現狀[J]. 中國微創外科雜志, 2012, 12(7):5.
[3] J.P. Morgan Healthcare Conference 2022
[4] Hale GR, Shahait M, Lee DI, Lee DJ, Dobbs RW. Measuring Quality of Life Following Robot-Assisted Radical Prostatectomy. Patient Prefer Adherence. 2021 Jun 23;15:1373-1382. doi: 10.2147/PPA.S271447. PMID: 34188454; PMCID: PMC8236265.
[5] 機器人“做手術”——人民日報
[6] 手術機器人：從一馬當先到萬馬奔騰，500億高壁壘賽道看國產龍頭蓄勢待發
[7] 手術機器人風起云涌，醫療產業革命新機遇——國金證券
[8] Versius used to perform over 10,000 cases