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【揭秘】从价格、利润、应用科室等方面全面剖析手术机器人

发布时间:2015-07-12作者:器械科--转载

将会是继“个性化医疗/精准医疗”后国内一二级市场在医药领域的未来三到五年重要投资机会。我们定义“智能医疗硬件”为,以先进软件技术和大数据配合新一代硬件技术为基础,对传统医疗设备进行创新或升级的新一代医疗应用设备。

我们将会对“智能医疗硬件”主题,根据中国市场发展情况筛选并整合行业信息,推出一系列医疗设备细分领域的研究报告。本期研究主题为最能代表医疗最新发展趋势的智能医疗硬件之一医疗机器人。

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机器人在医疗领域的应用得到广泛关注。目前,关于机器人在医疗界中的应用的研究主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和服务机器人方面。其中,外科手术机器人是目前应用范围最广且最具前景,其提供的强大功能克服了传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题。

外科手术机器人将改变传统医疗格局。手术微创化是医疗界在近30年来一直追求的主题。腔镜微创手术使人们看到了手术微创化的光明前景。2000年时面世的达芬奇手术机器人(da Vinci)系统在临床上效果优异,更是为未来医疗智能化、微创化、精准化的发展打下了重要基调。随着外科手术机器人的更新换代和不断完善,在不久的未来将推动医疗系统的重大改革。

美国IntuitiveSurgical公司垄断全球市场。该公司的达芬奇手术机器人系统的推出在海外一、二级市场引起轰动。IntuitiveSurgical公司的股价也从上市时的10美元,涨至2012年5月最高价588美元,涨幅高达58.8倍。截至2014年底,全球共装机达芬奇机器人3266台,国内引入价格高达2000万元。手术机器人系统不单只具有广大的销售市场,更存在能改变医疗行业规则的潜力,是未来医疗领域布局的重要战略性武器。

我国将在手术机器人热潮中迎来重要发展机会。我国目前市场达到8.5亿,到2018年将是15.7亿。随着国内鼓励高新医疗器械的研发的政策近几年密集出台,和国内研究所的高效自主研发的不断进步,我国将有希望打破手术机器人进口垄断的局势。手术机器人的产业链也将给国内相关企业带来机遇,有潜力从经销商、耗材和保养、机器人操作培训服务、甚至手术外包服务等方面切入市场。

研究逻辑

1、什么是手术机器人?

机器人具有较高的集合运动精度,且能稳定运作、准确处理数据。机器人在医疗领域中可以通过计算机控制技术更好地代替医生完成部分任务。目前,关于机器人在医疗界中的应用的研究主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和服务机器人方面。其中,外科手术机器人是目前应用范围最广且最具前景,其提供的强大功能克服了传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题。外科手术机器人是集医学、机械学、生物力学、计算机视觉、人工智能等诸多学科交叉的新型研究领域。

1.1外科手术机器人发展历史

1985年,机器人在医疗中第一次被用于手术。当时使用的机器人是PUMA560工业机器人。医生们用其完成了指引探针大脑活体检查,并在之后改进后进行了经尿道前列腺切除手术。然而因为安全隐患问题,该机器人没有进一步的推广。

1987年,第一例腹腔镜微创手术成功以后,公众开始对微创手术(Minimal Invasive Surgery)的诉求不断提高,使越来越多的外科领域都应用微创手术取代传统的外科手术。但是,腹腔镜手术缺陷明显,如需要持镜医生辅佐手术、丧失三维视觉和触觉、器械过长以及支点效应导致灵活性差等。

微创手术机器人研究热潮在20世纪90年代拉开序幕。1994年,第一台来自美国Computer Motion公司的持镜手术机器人伊索(AESOP)出现。伊索具有虚拟关节(7个自由度),能接收手术医生的声控指令或脚踏控制来调整腹腔镜的位置,但不能独立执行手术操作。到1999年底,AESOP已完成手术80,000例。

1996年ComputerMotion公司的升级版第二代机器人宙斯(ZEUS)面世,采用手摇操作模式,由3只机械臂,系数操作台和计算机控制器组成。医生可用声控方式控制操控腹腔镜的手臂,并用手操操作其它两个手术机械臂进行手术。宙斯在1999年获得欧洲CE市场认证,并在2001年完成了远程胆囊切除手术。

1999年IntuitiveSurgical公司的第一代达芬奇手术机器人(da Vinci Standard)研制成功。以宙斯的基本模式为基础,其优秀的人体学设计、高性能视觉系统和独有的内手腕技术完成了外科手术机器人的初步定型。在2000年7月,达芬奇系统获得美国FDA批准成为允许在临床使用的第一个合法商品化手术机器人。该公司在2000年6月在NASDAQ上市。2003年,Intuitive Surgical公司完成了对Computer Motion公司的并购,从而开始独占了外科手术机器人市场,其全球机器人总市场占有已率达到50%以上。

2006年,第二代达芬系统(daVinciS)出现,拥有4个机械臂和HD 3D高清内窥镜。2009年第三代达芬奇系统(da Vinci Si)进一步升级,具有两个主从关系的医生控制台,使手术指导更加便利,并且采用了先进的可视化高清技术,放大倍数达到10倍。

最新一代的第四代达芬奇系统(da Vinci Xi)于2014年4月1号被美国药监局批准投入使用。除了对机械臂精准度和操作范围的升级,新一代达芬奇系统还拥有激光定位、和使四个微创手术刀更灵活的旋转支架新设计。新系统可扩展性加强,可使一系列的影像系统和器械技术无缝连接。迈阿密大学希尔维斯特癌症中心正式投入使用第四代达芬奇系统,但目前市场上第三代达芬奇系统仍然占据主导地位。

本文以技术最成熟,目前世界上应用最为广泛的辅助式外科手术机器人系统达芬奇为主要参考,对微创外科手术机器人投资市场进行分析。

1.2达芬奇手术机器人系统

达芬奇手术机器人系统是由全球医疗机器人巨头IntuitiveSurgical公司研发的辅助式外科手术机器人系统,也是目前世界上唯一获批能正式在医院手术中使用的机器人手术系统。

达芬奇手术机器人系统主要由三部分组成:1. 医生控制台、2.三维成像视频影像系统、3. 多个机械臂,摄像臂和手术器械组成的移动平台。医生可坐在远离手术台的控制台前,通过三维成像视频影像系统直接获取患者体内的手术目标位置周围的三维立体视野,并通过手部动作感官操控机械臂完成手术。

最新一代“达芬奇”手术机器人共有4只手臂,一只为摄像头手臂,其他三只可灵活转换手术所要的分离器、镊子、超声刀等。成像系统内置机器人的核心处理器以及图象处理设备,结合3D摄像头机械臂,可为医生展示病人体内高清的3D影像,以便主刀医生通过机器臂精准完成手术。达芬奇手术机器人系统突破了传统手术视野上和患者体内手术操作角度的局限性,达到了传统外科手术无法企及的微创化,精准化程度。目前,达芬奇手术系统被世界各国医院争相采用,成功应用于成人和儿童的普通外科、胸外科、泌尿外科、妇产科、头颈外科以及心脏手术等。

对主刀医生来说,达芬奇手术机器人系统的优势在于:

(1)提供立体手术视野,清晰准备地位手术目标点位置。

(2)手术器械上的关节腕具有多个活动自由度,更加灵活,拓展了手术人员的操作能力,提高手术精度,且能消除不必要颤动,突破手术操作空间局限。

(3)主刀医生个人能完成一个电视腔镜手术团队的工作,优化人力资源。

(4)主刀医师采取坐姿进行系统操作,有利于长时间复杂的手术。

对患者来说,达芬奇手术机器人系统的优势在于:

(1)微创手术使创口最小化(单个创口直径为25px),

(2)手术失血量或输血必要性减少;

(3)减少麻醉需求量和感染风险;

(4)康复时间缩短、住院天数减少。

因此,手术机器人系统对于微创外科手术来说绝对是革命性的创新,不仅更大程度上的减小了手术创伤,提高了医生的效率,更重要的是提高了手术效果,为推进微创外科手术的进步提供了更多的可能性。

1.3手术机器人产业化瓶颈

手术机器人产业化的制约因素主要体验在技术缺陷,管理应用和使用成本过高三方面。

技术缺陷

触觉缺失导致无法分辨组织韧度和触摸血管搏动,温差感觉缺失导致不能辨别不同组织温度差异。

缺乏对精细动作的握力和压力反馈系统。

管理应用

目前尚不能将机器人手术系统应用于所有外科手术,特别是复杂,难度较大的一些外科手术。

机器人手术系统需要操刀医生具备一定的外科手术临床经验并经过操作培训。

质量控制体系不完善,设备的质量控制工作需要第三方检测认证机构规范。

目前机器人手术还不能纳入医疗保障体系,对患者产生不小的经济负担。

高昂使用成本

维护成本高,手术机器人一般每3-4个月需要进行一次维护、保养。

设备价格昂贵,其在中国地区售价高达2000万人民币左右。

耗材价格昂贵,与设备配套的手术器械属于消耗耗材,每支使用限制为10次,而且每次手术需要使用3~4支。每支耗材器械价格高达3.6- 4.2万人民币,也就是说每次机器人手术耗材就要多花费1万人民币左右。

手术费用昂贵,其费用比普通手术贵2-3万人民币。

1.4手术机器人未来发展方向:个性化、远程化、智能化

微创外科手术机器人科技发展的方向主要能体现在以下3个技术分支里:工作空间分析与路径规划系统,虚拟现实手术系统和人机交互系统。

工作空间分析与路径规划系统:个性化

在使用机器人手术使,器械在患者体内的引动速度,移动范围都需要更为精确地计算。在多个机械臂协同手术时,如果协调路径达到小空间内互不干扰尤为重要。因此,提高工作空间分析与路径规划能改善手术效率和安全性。未来技术目标是把手术前的信息和手术中导航系统结合起来,从而使得手术操作可以高精度完成工作空间和路径自动确定。未来的手术将趋向个性化,医生讲会按照患者体内的解刨图像来编辑手术操作流程,然后发出手术操作指令后只需监控手术的完成。

虚拟现实手术系统:远程化

将虚拟现实技术融合如医学具有十分重要意义。未来虚拟现实技术可以使主刀医生在远程遥控的情况下完成手术。早在2001年,美、法两国已经跨洋完成了世界首例远程胆囊切除手术。我国在2003年由北京海军总医院和沈阳医院合作,完成了全国首例异地遥控机器人手术。未来手术机器人的发展将会使外科医生间沟通和合作变得畅通无助,使得全球医疗技术快速提高。

人机交互系统:智能化

动力反馈的研究开发可以使人机交互系统进一步完善。加入精细动作的动力反馈不但可以加强主刀医生的操作精准度,还可以通过软件设置为医生提供手术提示和报警,使手术机器人更为智能化。

2、手术机器人全球市场

2.1全球医疗器械市场规模和研发投入稳步增长

根据EvaluateMedTech的统计数据,全球医疗器械市场从2007年的2720亿美元增长至2014年的3800亿美元。根据预测,2013-2020年间的复合年均增长率为5%,全球市场将在2020年达到5140亿美元。其中,全球医疗器械研发投入将从2014年的238亿美元在2020年到达305亿美元,其复合年均增长率为4.2%。全球医疗设备的市场规模和研发投入稳步增长将持续改善现有医疗水平。手术机器人作为医疗设备进化的未来方向也将迎来挑战和机遇。

2.2全球医疗机器人将在2018年到达37.64亿美元

根据MarketsandMarkets公司的2014年研究报告,全球医疗机器人市场在2013年为17.81亿美元,预计在2018年达到37.64亿美元,复合增长率为16.1%。其中,手术机器人占60%左右市场份额。报告表示目前北美市场目前为最大市场,而由于政府医疗投入加大,医疗系统重组和人们对微创手术意识加强,未来市场重心将逐渐往亚洲市场转移。

2.3美国Intuitive Surgical公司垄断全球市场

达芬奇手术系统的出现改变了传统外科手术的格局,重塑了美国外科医疗市场。下图为妇产科和泌尿科的手术类型比例图。可见,达芬奇手术系统出现的10年期间已经改变了传统手术的格局,其在医学界地位越来越重要。


Intuitive Surgical公司于1995年成立,2000年上市,2004年开始盈利。股价也从上市时的10美元,涨至2012年5月最高价588美元,涨幅高达58.8倍。 截至2015年6月22日,直觉外科公司股价为499.45美元,总股本为3659.98万,市值规模达到182.80亿美元,折合人民币1133.36亿。

Intuitive Surgical公司过去十年的财务表现也十分惊人。公司营收复合增长率达到41%,净利润增速更高,毛利率处于上升趋势当中,从2008年开始毛利率超过70%。据IFR统计,2013年年全球医疗机器人销售额约为14.5亿美元,约87亿人民币,其中达芬奇系统占到整个医疗机器人市场的50%以上份额。

根据INTUITIVESURGICAL官方2014年报告,达芬奇系统进行了大约570,000手术,相较于2013年的523,000例和2012年的450,000例稳步增长。2014年手术量的主要增长来自于美国的普通手术和全球的泌尿外科手术。2014年除美国外的手术总量为121,000,同比增长为19.8%,远高于手术总量同比增长的9.0%图4:达芬奇系统手术总量2009-2015数据。达芬奇系统一般售价根据地理位置在372万人民币到1550万人民币之间。IntuitiveSurgical公司的营业额还来自于耗材和保养,其中签约保养费用根据型号不同每年为62到105万人民币。2014年全年营业额达到超过130亿人民币。其中耗材和保养费带来的收入呈现了比达芬奇系统销售收入更快的增长速度。

达芬奇系统在2014年总共销售了431台,而2013年的销售量为546台。截止2014年12月31日,全球达芬奇系统达到3,266台,其中,2223分布在美国,欧洲拥有549台,日本拥有193台,其余地区拥有301台。系统销售在日本出现下滑。中国方面,INTUITIVE SURGICAL的2014年报态度乐观,认为销售会遵循往年趋势稳步上涨。

截至2014年底,全球共装机达芬奇机器人3266台,其中美国2223台,欧洲549台,亚洲350台,我国内地共29台,其中9台在北京。据不完全统计,国内目前约有30家医疗机构引进了34台达芬奇手术机器人,香港也有8台达芬奇手术机器人。

2.4其他手术机器人公司

Intuitive Surgical公司的达芬奇系统目前优势巨大,基本完成了对外科手术机器人市场的统治。达芬奇手术系统已经应用于普通外科、胸外科、泌尿外科、妇科、头颈外科以及心脏手术等领域,其产品的优越性使它在这些领域目前无法被替代。

目前大部分其他公司或机构研发的机器人把注意力转移到达芬奇系统暂时未占领的手术领域,如眼科、神经外科、和骨科等。约翰霍普金斯大学在07年研发了针对玻璃体视网膜微创机器人Steady-Hand。ZTH Zurich最新正在研发的眼科手术无线微型机器人系统。ImperialCollege London最近研究了一种新型机器人探针针对神经外科的颅骨穿孔手术。由IBM研究中心和University of California研究团队开发的ROBODOC机器人系统针对骨科的全髋关节置换手术在2008年通过了FDA认证,并不断更新完善中。然而,以上提到的手术机器人的专攻市场小、设备昂贵和技术缺陷明显使他们未能在市场上受到特别关注。

加拿大的TitanMedical公司正在研发的SPORT系统试图以其设备小、价格低和自主研发专利等优势挑战达芬系统的霸主地位。SPORT系统瞄准了普通外科、妇科和泌尿科领域,拥有单孔设备的设计专利,采用平台灵活、占地小和成本低(低于100万美元)的策略进入市场。Titan Medical公司计划在2017年获得FDA认证并在美国销售。然后经费不足和研发耗时等因素使其没有余地应对延迟设备审批或其它紧急情况,前景有待观察。其股价已从2014年9月30日的2.19美金跌至1.34美金(2015年6月23日)。

3. 为什么国内外科手术机器人在此时跨过门槛?

3.1智能医疗硬件是全球医疗大趋势

当“互联网+”和“大数据”在中国风头正盛的时候,美国已逐步开始了“智能硬件时代”。拥有着强大的软件技术和大数据基础,当年的互联网和软件科技巨头们早已经纷纷开始为智能硬件布局。

亚马逊继电子阅读器后投资研发无人飞行器。谷歌全力打造谷歌眼镜和无人驾驶汽车。Facebook计划推出一系列“虚拟世界”体验设备。Apple为了巩固其在智能硬件地位推出了苹果智能手表。智能硬件的代表3D打印机,智能机器人,和特斯拉纯电动车等更是大家耳熟能详。

“智能医疗硬件”必然是医疗器械发展的未来趋势,国内外多家巨头公司纷纷为智能医疗硬件业务布局。纵观历史,新兴科技的进步必然会体现在医疗行业的发展上。人工智能技术发展带动的“智能硬件时代”的到来,不仅仅是将改善提高人们的生活方式,更将在医疗端创造出影响更为深远的价值。

国外多家巨头公司纷纷卡位智能医疗硬件。苹果正全力打造医疗硬件产品,积极开发能够预测心脏病的传感器技术。谷歌和强生旗下医疗设备公司Ethicon在今年三月宣布达成战略性合作协议,共同推进打造一个全新的机器人协助式手术平台。英特尔通过收购新型技术公司Basis Surgical Science进军医疗监测设备的芯片领域。

国内的BAT(百度、阿里巴巴、腾讯)三家互联网巨头纷纷向医疗设备领域进军。阿里巴巴和富士康科技集团于6月18日宣布向软银机器人控股公司注资7.32亿元,致力开发和拓展机器人产业,有意进军医疗健康领域。

3.2智能医疗硬件受到国家政策支撑,有望快速发展

据悉《医药工业“十三五”发展规划》(简称《规划》)今年将编制完成。根据已经确定的思路,生物医药及高性能医疗器械被确定为实现重点突破的领域。据不完全统计,目前我国有医疗器械生产企业约1.5万家,但90%的企业收入规模不足2000万元。在目前的医疗机构中高端医疗器械基本被国外产品垄断。“十三五”期间,国家对医疗器械产业的发展将更加重视并大力支持。医疗器械公司面临产业重构的挑战,相关部门或出台更多的政策来支持高性能医疗器械发展,医疗器械企业创新将被市场重点关注。

3.3外科手术机器人国内市场2018年将翻接近一倍

2013年初,卫计委下发文件《2013-2015年全国内窥镜手术器械控制系统配置规划》明确了公立及非公医疗机构配置手术机器人的标准。按规划内容预测,至2018年全国总共将有90家医院可申购装备达芬奇系统。按目前国内50家达标医院中34家购买了达芬奇系统和80%市场占有率估算,我国目前外科手术机器人市场是8.5亿元。假设2018年达芬奇系统达到70%购入率和市场80%占有率估算,在2018年国内市场将是15.7亿。

3.4国内外科手术机器人处于前期研发或临床试验阶段

2003年,北京航空航天大学、清华大学、海军总医院开发的“黎元”机器人系统,是国内第一个具有自主控制、视觉定位和远程操控功能的新一代微创外科机器人手术系统。

2013年12月,哈尔滨工业大学宣布具有中国自主知识产权的微创腹腔外科手术机器人正式完成。该成果在手术机器人系统的机械设计、主从控制机理、三维视野腹腔镜等关键技术上都有所突破。

2014年三月,国内自研发的“妙手S”机器人在中南大学湘雅三医院成功完成国内首例国产机器人手术。“妙手S”的技术优势体现在多自由度丝传动解耦设计技术,能在狭小空间下实验灵活精确操作。“妙手S”体积小,成本低的优势使其有潜力成为达芬奇系统在国内的竞争对手。

3.5外科手术机器人技术分解和技术壁垒

医生控制台作为操控的核心,由计算进系统、操作手柄和监视器等组成。主刀医生通过手腕和手指的动作,通过电脑信号传递,操控机械手臂上的手术器械进行手术。同时可通过脚踏板完成电切、电凝等操作。设计核心是人机互动的电脑操作系统,技术核心是能精确把握人手指细微动作的力学传感器。

三维成像视频影像系统可提供主刀医生病人解剖结果的逼真3D视野,并通过大屏幕视频系统让整个手术团队所见。核心技术是高清3D内窥镜。

多个机械臂,摄像臂和手术器械组成的移动平台接收医生操作命令对患者进行微创手术。机器人手术时,首先在胸壁或腹壁上打几个直径为25px的小孔,机械手臂进入患者体内操作。机械手臂和核心技术使内置手腕装置,难度在于不但要模仿人类手臂的细微动作行为,并且能在狭窄空间内实验比人手腕运动角度更广的移动范围。设计核心在和多个机械手臂的路径设计,确保移动轨迹互不干扰。

3.6外科手术机器人细分产业给国内企业带来机会

外科手术机器人不同于其它医疗器械,其存在能改变医疗行业规则的潜力。未来手术机器人的推广会导致部分器械遭到淘汰和重新设计,很可能改变目前的医疗行业中许多细分领域的商业模式。对细分市场的研究需要对产业链进行研究。外科手术机器人的产业链可从上游到下游依次分为设备研发、耗材和保养和面向医生的培训服务。国内企业有机会通过细分市场逐步和海外巨头公司竞争。

设备研发

设备端国内市场被国外公司垄断。达芬奇系统的主要技术壁垒主要存在于高自由度的机械手腕设计、高清晰度的窥镜影像设备和电脑集成控制系统设。手术机器人的创新突破需要能完成医生无法完成的手术部分。手术机器人作为一个集多种技术于一身的系统化设备,医学设计上的创新比工程技术更为重要。国内的手术机器人研发项目主要在重点大学的工程技术研发实验室,而国外顶尖团队更多是在医学研究中心或顶尖大学医学院。国内企业可通过招聘国外顶尖人才组建有医学工程综合知识的全面团队进行自主研发。

经销商

我国目前的临床使用的手术机器人系统全部来源于进口。经销商作为国外公司在国内的主要销售桥梁将具备一定市场份额。经销商作为中介,除了对有资格的相关医院销售外,还可以搭建国外供应公司与国内公司设备保养、技术指导和与国内耗材公司合作的平台。

耗材和保养

上文提到IntuitiveSurgical公司的盈利更多的来自于对设备的耗材和保养,在2014年为93亿人民币。达芬奇最新一代手术系统的机械臂能完成多种手术器械和影像设备无缝联接。国内手术器械公司有可能能在器械臂使用的一系列手术器械于Intuitive Surgical公司达成合作,从而占据一定市场份额。

达芬奇系统的保养费用按目前国内34台系统计算为每年2720万人民币市场,在三年后可达到5040万元。国内相关公司可采取承包合作方式进入该细分市场。

机器人操作培训服务

达芬奇操作系统需要医生进行一定时间的培训才能熟练把握。操作练习过程会造成器械损耗,而由于达芬奇系统的高价耗材和设备成本过高以致培训费高昂。国内公司可通过开发人机互动模拟软件和模拟操作系统等服务对有需求医生进行服务。

手术外包服务

手术机器人的推广可能打破现有医疗商业模式。未来医院可能更多是对用户进行诊断,而机器人手术治疗有可能外包给专业公司。手术机器人不但是盈利产品,更可以作为布局未来医疗市场的战略产品。

4、国内业务涉及医疗机器人的公司

4.1上市公司

A、机器人

(1)公司简介

沈阳新松机器人自动化股份有限公司成立于2000年,上市于2009年,由中科院沈阳自动化所作为主发起人。该公司是一家拥有自主知识产权的工业机器人与自动化成套装备供应商,主要产品包括工业机器人、物流与仓储自动化成套装备、自动化装配与检测生产线、交通自动化系统等。公司产品可广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等行业。

(2)医疗机器人布局

沈阳新松机器人公司利用自己在机器人技术领域的优势,已在陪护机器人,骨科手术机器人和镜诊断治疗辅助机器人方面布局。

陪护机器人。

沈阳新松机器人公司的陪护机器人目前主要面向养老院及社区服务。其功能有生理信号检测、语音交互、远程医疗、智能聊天、自主避障漫游等。可全方位地照顾用户在生活护理,远程交流和医疗监护方面的需求。机器人具有智能聊天功能,可以辅助老人心理康复。配合相关检测设备,机器人具有血压、心跳、血氧等生理信号检测与监控功能,可无线连接社区网络并传输到社区医疗中心,紧急情况下可及时报警或通知亲人。陪护机器人为人口老龄化带来的重大社会问题提供解决方案。

该机器人突破了机器人语音识别与交互算法、网络传感与多传感器的数据融合、机器人辅助老人心理康复、无线网络远程监控与控制等多项关键技术。并在2012年申请了远程医疗功能技术的专利。目前尚属于示范应用阶段。

骨科牵引辅助机械手。

新松机器人公司与2013年研发出了首创的骨科牵引机器人并以制出试验机。骨科牵引机器人是利用机器人系统的牵引支架将患者受伤部位固定牵引,提高了牵引的稳定性。再利用一条机械臂在手术和牵引中实时反馈手术部位全息图像,让医生对手术全程有更好的规划,加强了医生对骨折牵引的判断。最后机器人系统帮助医生完成骨折部位的精确牵引,帮助患者骨折部复位。

目前公司拥有7项骨科机器人专利,并在申请医疗器械产品生产许可证。

胃镜诊断治疗辅助机器人系统。

胃镜诊断治疗辅助机器人系统是十二五“国家科技支撑计划”课题之一。是针对我国8000万的胃肠道疾病患者对胃镜诊断和治疗的巨大需求,而训练有素的医生严重不足导致的供需求关系而开展的具有自主知识产权的国际首创胃镜诊断治疗辅助机器人系统的研发。

目前,课题突破了胃镜输送技术、肿瘤病变识别算法、高性能多功率一体化的高频功率系统构建3项关键技术;研制了柔性内镜镜体输送单元、肿瘤病变识别模块,多功率一体化的高频功率系统等核心部件;完成了胃镜辅助机器人系统原理样机、肿瘤辅助诊断软件系统及镜下氩离子凝血设备原理样机的开发。

B、博实股份

(1)公司简介

哈尔滨博实自动化股份有限公司成立于1997年,上市于2012年。由哈尔滨工业大学机器人研究院为主发起人,目前哈工大投资仍为博实自动化的第一大股东。该公司是以石化化工后处理成套设备的研发、生产和销售,并为客户提供相关产品服务的自动化集成解决方案提供商。因为现有石化产业前景下行的压力,公司积极制订了未来战略方向与目标,推动以机器人技术为代表的高端医疗装备领域的研发和投资。

2015年5月11日,公司决定设立全资子公司博实高端医疗装备有限公司投资1亿人民币并,以2000万现金认购思哲睿医疗股权。计划通过医疗装备公司投资“微创外科手术机器人及智能器械项目”。

(2)医疗机器人布局

博实自动化将目标放在高端的医疗机器人上,并以哈工大和关联企业思哲睿医疗研发微创外科手术机器人,目标打破达芬奇机器人在国内的垄断。

微创外科手术机器人。

国家“863”计划资助项目——“微创腹腔外科手术机器人系统”,已在2013 年由哈尔滨工业大学机器人研究所研制成功,并通过国家“863”计划专家组的验收。该机器人由哈工大与思哲睿医疗共同研制。该机器人系统与达芬奇机器人系统类似,由机械臂,三维成像系统和医生控制台组成。使医生可以在操作台内通过高清三维成像系统和力觉反馈遥控对患者进行微创手术。目前该机器人可以可现微创腹腔外科手术常用的分离、切割、止血、缝合等基本动作。一代产品已完成多批次动物实验。而二代产品已完成产品定型,在进行样板机的组装。预计2015年年底可以准备申请产品形式检验,并在2017年底申请产品注册。

C、楚天科技

(1)公司简介

楚天科技股份有限公司成立于2002年,于2014年在深交所创业板上市。该公司以水剂类制药装备的研发、设计、生产、销售和服务为主营业务。水剂类制药装备是制药企业生产针剂的关键制剂。未来公司布局医药机器人和医疗机器人。利用智能机器人的市场规模将迅速放大,来完成公司的产业转型升级。

(2)医疗机器人布局

楚天科技利用自身在水剂类制药装备的经验,加以改进,计划2015年底推出药用无菌分装机器人。

在医疗机器人方面,楚天科技与国防科技大学,中南大学和华中科技大学合作。将把外骨骼机器人研究作为切入点,主要用于残疾人和老年人生活自理,起到辅助性的作用,同时该类机器人可以用于军队负重等领域,由国防科技大学负责进行列装申报。

D、迪马股份

迪马股份于2015年4月1日与成都电子科技大学签订产学研协议,共同合作开发外骨骼机器人。

E、海思科

海思科于2015年6月25日公告,参股公司Haisight将使用 1,050 万美元认购 MST 优先股 174,993 股,占其完全稀释基础上 26.66%的股权。

MST 是一家位于以色列的领先的医疗器械研发公司,其主要产品为“AutoLap”,一种腹腔镜手术用图像引导腹腔镜智能定位装置,可以成为医生“自己的第三只手”。 AutoLap技术全球领先,拥有医疗领域全球唯一的实时图像引导定位系统,产品已获美国食品药品监督管理局(FDA)及 CE 认证。MST计划在近期申请中国食品药品监督管理局(CFDA)的认证。Autolap全球市场机会超过30亿美元,预计2018年将超过50亿美元。

根据相关协议,海思科将获得“AutoLap”在中国的 15 年独家销售代理权,有望为公司未来业绩带来显着提升。

4.2非上市国内医疗机器人公司

A、妙手机器人科技集团

(1)公司简介

南京妙手机器人科技集团成立于2012年,是南京321人才计划支持的初创企业之一。公司专注于提供智能的机电一体化技术、机器人产品和数字化制造设备;关注的领域有:医疗服务、工业生产、制造加工、交通运输、以及智慧城市。目前公司主要研发产品有医疗及辅助手术机器人、工业机器人、服务机器人和科教机器人。

(2)医疗机器人布局

妙手机器人公司致力于研发高端的微创外科手术机器人系统,志在打破达芬奇手术机器人系统的垄断。公司与天津大学合作研发“妙手机器人系统”是国家863计划和国家杰出青年科学基金重点支持项目,已进入临床测试阶段。该机器人系统拥有4个美国SensAble公司6自由度的PHANTOM? DESKTOP机械臂,三维成像仪,和重力感应操作台。妙手S已与中南大学湘雅三医院合作,先后为3位患者进行了胃穿孔修补和阑尾切除。手术过程顺利,患者术后恢复良好。并预计在3年后投产使用。

B、重庆金山科技有限公司

(1)公司简介

重庆金山科技有限公司成立于1998年,是中国最具发展潜力的民营企业50强之一。公司是集数字化医疗设备研发、生产、销售和服务于一体的国家级高新技术企业。其主要产品有胶囊内镜,胶囊机器人,电阻抗成像等。

(2)医疗机器人布局

胶囊机器人:                                                         金山科技研发出全球首款的“胶囊机器人”。传统的胶囊内镜口服内置摄像与信号传输装置的智能胶囊,借助消化道蠕动使之在消化道内运动并拍摄图像。但传统胶囊内镜只能借助消化道蠕动,无法对胃部进行完整精确观察。而胶囊机器人可让医生通过体外的“胶囊内镜姿态控制器”控制病人体内的胶囊运动,实现对胃等大型消化道的全方位检查。

手术机器人系统:                                                                               目前金山科技已布局手术机器人系统,研发的微创手术机器人预计将在2015年7月在重庆的几家医院进行临床试验。该机器人系统由三维成像系统,机械手术臂和触觉感应操作台组成。

C、深圳市桑谷科技有限公司

(1)公司简介

深圳市桑谷医疗机器人有限公司成立于2003年,是深圳市机器人协会、银星集团国家高新技术企业的子公司。目前从事专业智能医疗机器人技术开发应用、生产经营和销售。目前公司旗下产品有集清洁机器人和医疗机器人。

(2)医疗机器人布局

桑谷医疗机器人与美国全球领先生产机器人制造工厂—Unmaion公司和南方科大附属医院发明了中国第一台智能静脉输液药物配制机器人。该机器人可用于医院门诊、肿瘤化疗科、传染病科、全肠道外营养及液体净化的配药。机器人的机器手整个工作过程是无须接触药液,利用无菌的传递操作系统在洁净环境空间室,进行全自动药物的配置,保证了配制输液的无菌性、相容性、稳定性和减少微粒污染。同时也有效防止在配制细胞毒性药物时所带来周边环境的污染,提高了临床合理用药的安全性。

【来源】华创中小盘研究团队


将会是继“个性化医疗/精准医疗”后国内一二级市场在医药领域的未来三到五年重要投资机会。我们定义“智能医疗硬件”为,以先进软件技术和大数据配合新一代硬件技术为基础,对传统医疗设备进行创新或升级的新一代医疗应用设备。

我们将会对“智能医疗硬件”主题,根据中国市场发展情况筛选并整合行业信息,推出一系列医疗设备细分领域的研究报告。本期研究主题为最能代表医疗最新发展趋势的智能医疗硬件之一医疗机器人。

机器人在医疗领域的应用得到广泛关注。目前,关于机器人在医疗界中的应用的研究主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和服务机器人方面。其中,外科手术机器人是目前应用范围最广且最具前景,其提供的强大功能克服了传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题。

外科手术机器人将改变传统医疗格局。手术微创化是医疗界在近30年来一直追求的主题。腔镜微创手术使人们看到了手术微创化的光明前景。2000年时面世的达芬奇手术机器人(da Vinci)系统在临床上效果优异,更是为未来医疗智能化、微创化、精准化的发展打下了重要基调。随着外科手术机器人的更新换代和不断完善,在不久的未来将推动医疗系统的重大改革。

美国IntuitiveSurgical公司垄断全球市场。该公司的达芬奇手术机器人系统的推出在海外一、二级市场引起轰动。IntuitiveSurgical公司的股价也从上市时的10美元,涨至2012年5月最高价588美元,涨幅高达58.8倍。截至2014年底,全球共装机达芬奇机器人3266台,国内引入价格高达2000万元。手术机器人系统不单只具有广大的销售市场,更存在能改变医疗行业规则的潜力,是未来医疗领域布局的重要战略性武器。

我国将在手术机器人热潮中迎来重要发展机会。我国目前市场达到8.5亿,到2018年将是15.7亿。随着国内鼓励高新医疗器械的研发的政策近几年密集出台,和国内研究所的高效自主研发的不断进步,我国将有希望打破手术机器人进口垄断的局势。手术机器人的产业链也将给国内相关企业带来机遇,有潜力从经销商、耗材和保养、机器人操作培训服务、甚至手术外包服务等方面切入市场。

研究逻辑

1、什么是手术机器人?

机器人具有较高的集合运动精度,且能稳定运作、准确处理数据。机器人在医疗领域中可以通过计算机控制技术更好地代替医生完成部分任务。目前,关于机器人在医疗界中的应用的研究主要集中在外科手术机器人、康复机器人、护理机器人和服务机器人方面。其中,外科手术机器人是目前应用范围最广且最具前景,其提供的强大功能克服了传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题。外科手术机器人是集医学、机械学、生物力学、计算机视觉、人工智能等诸多学科交叉的新型研究领域。

1.1外科手术机器人发展历史

1985年,机器人在医疗中第一次被用于手术。当时使用的机器人是PUMA560工业机器人。医生们用其完成了指引探针大脑活体检查,并在之后改进后进行了经尿道前列腺切除手术。然而因为安全隐患问题,该机器人没有进一步的推广。

1987年,第一例腹腔镜微创手术成功以后,公众开始对微创手术(Minimal Invasive Surgery)的诉求不断提高,使越来越多的外科领域都应用微创手术取代传统的外科手术。但是,腹腔镜手术缺陷明显,如需要持镜医生辅佐手术、丧失三维视觉和触觉、器械过长以及支点效应导致灵活性差等。

微创手术机器人研究热潮在20世纪90年代拉开序幕。1994年,第一台来自美国Computer Motion公司的持镜手术机器人伊索(AESOP)出现。伊索具有虚拟关节(7个自由度),能接收手术医生的声控指令或脚踏控制来调整腹腔镜的位置,但不能独立执行手术操作。到1999年底,AESOP已完成手术80,000例。

1996年ComputerMotion公司的升级版第二代机器人宙斯(ZEUS)面世,采用手摇操作模式,由3只机械臂,系数操作台和计算机控制器组成。医生可用声控方式控制操控腹腔镜的手臂,并用手操操作其它两个手术机械臂进行手术。宙斯在1999年获得欧洲CE市场认证,并在2001年完成了远程胆囊切除手术。

1999年IntuitiveSurgical公司的第一代达芬奇手术机器人(da Vinci Standard)研制成功。以宙斯的基本模式为基础,其优秀的人体学设计、高性能视觉系统和独有的内手腕技术完成了外科手术机器人的初步定型。在2000年7月,达芬奇系统获得美国FDA批准成为允许在临床使用的第一个合法商品化手术机器人。该公司在2000年6月在NASDAQ上市。2003年,Intuitive Surgical公司完成了对Computer Motion公司的并购,从而开始独占了外科手术机器人市场,其全球机器人总市场占有已率达到50%以上。

2006年,第二代达芬系统(daVinciS)出现,拥有4个机械臂和HD 3D高清内窥镜。2009年第三代达芬奇系统(da Vinci Si)进一步升级,具有两个主从关系的医生控制台,使手术指导更加便利,并且采用了先进的可视化高清技术,放大倍数达到10倍。

最新一代的第四代达芬奇系统(da Vinci Xi)于2014年4月1号被美国药监局批准投入使用。除了对机械臂精准度和操作范围的升级,新一代达芬奇系统还拥有激光定位、和使四个微创手术刀更灵活的旋转支架新设计。新系统可扩展性加强,可使一系列的影像系统和器械技术无缝连接。迈阿密大学希尔维斯特癌症中心正式投入使用第四代达芬奇系统,但目前市场上第三代达芬奇系统仍然占据主导地位。

本文以技术最成熟,目前世界上应用最为广泛的辅助式外科手术机器人系统达芬奇为主要参考,对微创外科手术机器人投资市场进行分析。

1.2达芬奇手术机器人系统

达芬奇手术机器人系统是由全球医疗机器人巨头IntuitiveSurgical公司研发的辅助式外科手术机器人系统,也是目前世界上唯一获批能正式在医院手术中使用的机器人手术系统。

达芬奇手术机器人系统主要由三部分组成:1. 医生控制台、2.三维成像视频影像系统、3. 多个机械臂,摄像臂和手术器械组成的移动平台。医生可坐在远离手术台的控制台前,通过三维成像视频影像系统直接获取患者体内的手术目标位置周围的三维立体视野,并通过手部动作感官操控机械臂完成手术。

最新一代“达芬奇”手术机器人共有4只手臂,一只为摄像头手臂,其他三只可灵活转换手术所要的分离器、镊子、超声刀等。成像系统内置机器人的核心处理器以及图象处理设备,结合3D摄像头机械臂,可为医生展示病人体内高清的3D影像,以便主刀医生通过机器臂精准完成手术。达芬奇手术机器人系统突破了传统手术视野上和患者体内手术操作角度的局限性,达到了传统外科手术无法企及的微创化,精准化程度。目前,达芬奇手术系统被世界各国医院争相采用,成功应用于成人和儿童的普通外科、胸外科、泌尿外科、妇产科、头颈外科以及心脏手术等。

对主刀医生来说,达芬奇手术机器人系统的优势在于:

(1)提供立体手术视野,清晰准备地位手术目标点位置。

(2)手术器械上的关节腕具有多个活动自由度,更加灵活,拓展了手术人员的操作能力,提高手术精度,且能消除不必要颤动,突破手术操作空间局限。

(3)主刀医生个人能完成一个电视腔镜手术团队的工作,优化人力资源。

(4)主刀医师采取坐姿进行系统操作,有利于长时间复杂的手术。

对患者来说,达芬奇手术机器人系统的优势在于:

(1)微创手术使创口最小化(单个创口直径为25px),

(2)手术失血量或输血必要性减少;

(3)减少麻醉需求量和感染风险;

(4)康复时间缩短、住院天数减少。

因此,手术机器人系统对于微创外科手术来说绝对是革命性的创新,不仅更大程度上的减小了手术创伤,提高了医生的效率,更重要的是提高了手术效果,为推进微创外科手术的进步提供了更多的可能性。

1.3手术机器人产业化瓶颈

手术机器人产业化的制约因素主要体验在技术缺陷,管理应用和使用成本过高三方面。

技术缺陷

触觉缺失导致无法分辨组织韧度和触摸血管搏动,温差感觉缺失导致不能辨别不同组织温度差异。

缺乏对精细动作的握力和压力反馈系统。

管理应用

目前尚不能将机器人手术系统应用于所有外科手术,特别是复杂,难度较大的一些外科手术。

机器人手术系统需要操刀医生具备一定的外科手术临床经验并经过操作培训。

质量控制体系不完善,设备的质量控制工作需要第三方检测认证机构规范。

目前机器人手术还不能纳入医疗保障体系,对患者产生不小的经济负担。

高昂使用成本

维护成本高,手术机器人一般每3-4个月需要进行一次维护、保养。

设备价格昂贵,其在中国地区售价高达2000万人民币左右。

耗材价格昂贵,与设备配套的手术器械属于消耗耗材,每支使用限制为10次,而且每次手术需要使用3~4支。每支耗材器械价格高达3.6- 4.2万人民币,也就是说每次机器人手术耗材就要多花费1万人民币左右。

手术费用昂贵,其费用比普通手术贵2-3万人民币。

1.4手术机器人未来发展方向:个性化、远程化、智能化

微创外科手术机器人科技发展的方向主要能体现在以下3个技术分支里:工作空间分析与路径规划系统,虚拟现实手术系统和人机交互系统。

工作空间分析与路径规划系统:个性化

在使用机器人手术使,器械在患者体内的引动速度,移动范围都需要更为精确地计算。在多个机械臂协同手术时,如果协调路径达到小空间内互不干扰尤为重要。因此,提高工作空间分析与路径规划能改善手术效率和安全性。未来技术目标是把手术前的信息和手术中导航系统结合起来,从而使得手术操作可以高精度完成工作空间和路径自动确定。未来的手术将趋向个性化,医生讲会按照患者体内的解刨图像来编辑手术操作流程,然后发出手术操作指令后只需监控手术的完成。

虚拟现实手术系统:远程化

将虚拟现实技术融合如医学具有十分重要意义。未来虚拟现实技术可以使主刀医生在远程遥控的情况下完成手术。早在2001年,美、法两国已经跨洋完成了世界首例远程胆囊切除手术。我国在2003年由北京海军总医院和沈阳医院合作,完成了全国首例异地遥控机器人手术。未来手术机器人的发展将会使外科医生间沟通和合作变得畅通无助,使得全球医疗技术快速提高。

人机交互系统:智能化

动力反馈的研究开发可以使人机交互系统进一步完善。加入精细动作的动力反馈不但可以加强主刀医生的操作精准度,还可以通过软件设置为医生提供手术提示和报警,使手术机器人更为智能化。

2、手术机器人全球市场

2.1全球医疗器械市场规模和研发投入稳步增长

根据EvaluateMedTech的统计数据,全球医疗器械市场从2007年的2720亿美元增长至2014年的3800亿美元。根据预测,2013-2020年间的复合年均增长率为5%,全球市场将在2020年达到5140亿美元。其中,全球医疗器械研发投入将从2014年的238亿美元在2020年到达305亿美元,其复合年均增长率为4.2%。全球医疗设备的市场规模和研发投入稳步增长将持续改善现有医疗水平。手术机器人作为医疗设备进化的未来方向也将迎来挑战和机遇。

2.2全球医疗机器人将在2018年到达37.64亿美元

根据MarketsandMarkets公司的2014年研究报告,全球医疗机器人市场在2013年为17.81亿美元,预计在2018年达到37.64亿美元,复合增长率为16.1%。其中,手术机器人占60%左右市场份额。报告表示目前北美市场目前为最大市场,而由于政府医疗投入加大,医疗系统重组和人们对微创手术意识加强,未来市场重心将逐渐往亚洲市场转移。

2.3美国Intuitive Surgical公司垄断全球市场

达芬奇手术系统的出现改变了传统外科手术的格局,重塑了美国外科医疗市场。下图为妇产科和泌尿科的手术类型比例图。可见,达芬奇手术系统出现的10年期间已经改变了传统手术的格局,其在医学界地位越来越重要。


Intuitive Surgical公司于1995年成立,2000年上市,2004年开始盈利。股价也从上市时的10美元,涨至2012年5月最高价588美元,涨幅高达58.8倍。 截至2015年6月22日,直觉外科公司股价为499.45美元,总股本为3659.98万,市值规模达到182.80亿美元,折合人民币1133.36亿。

Intuitive Surgical公司过去十年的财务表现也十分惊人。公司营收复合增长率达到41%,净利润增速更高,毛利率处于上升趋势当中,从2008年开始毛利率超过70%。据IFR统计,2013年年全球医疗机器人销售额约为14.5亿美元,约87亿人民币,其中达芬奇系统占到整个医疗机器人市场的50%以上份额。

根据INTUITIVESURGICAL官方2014年报告,达芬奇系统进行了大约570,000手术,相较于2013年的523,000例和2012年的450,000例稳步增长。2014年手术量的主要增长来自于美国的普通手术和全球的泌尿外科手术。2014年除美国外的手术总量为121,000,同比增长为19.8%,远高于手术总量同比增长的9.0%图4:达芬奇系统手术总量2009-2015数据。达芬奇系统一般售价根据地理位置在372万人民币到1550万人民币之间。IntuitiveSurgical公司的营业额还来自于耗材和保养,其中签约保养费用根据型号不同每年为62到105万人民币。2014年全年营业额达到超过130亿人民币。其中耗材和保养费带来的收入呈现了比达芬奇系统销售收入更快的增长速度。

达芬奇系统在2014年总共销售了431台,而2013年的销售量为546台。截止2014年12月31日,全球达芬奇系统达到3,266台,其中,2223分布在美国,欧洲拥有549台,日本拥有193台,其余地区拥有301台。系统销售在日本出现下滑。中国方面,INTUITIVE SURGICAL的2014年报态度乐观,认为销售会遵循往年趋势稳步上涨。

截至2014年底,全球共装机达芬奇机器人3266台,其中美国2223台,欧洲549台,亚洲350台,我国内地共29台,其中9台在北京。据不完全统计,国内目前约有30家医疗机构引进了34台达芬奇手术机器人,香港也有8台达芬奇手术机器人。

2.4其他手术机器人公司

Intuitive Surgical公司的达芬奇系统目前优势巨大,基本完成了对外科手术机器人市场的统治。达芬奇手术系统已经应用于普通外科、胸外科、泌尿外科、妇科、头颈外科以及心脏手术等领域,其产品的优越性使它在这些领域目前无法被替代。

目前大部分其他公司或机构研发的机器人把注意力转移到达芬奇系统暂时未占领的手术领域,如眼科、神经外科、和骨科等。约翰霍普金斯大学在07年研发了针对玻璃体视网膜微创机器人Steady-Hand。ZTH Zurich最新正在研发的眼科手术无线微型机器人系统。ImperialCollege London最近研究了一种新型机器人探针针对神经外科的颅骨穿孔手术。由IBM研究中心和University of California研究团队开发的ROBODOC机器人系统针对骨科的全髋关节置换手术在2008年通过了FDA认证,并不断更新完善中。然而,以上提到的手术机器人的专攻市场小、设备昂贵和技术缺陷明显使他们未能在市场上受到特别关注。

加拿大的TitanMedical公司正在研发的SPORT系统试图以其设备小、价格低和自主研发专利等优势挑战达芬系统的霸主地位。SPORT系统瞄准了普通外科、妇科和泌尿科领域,拥有单孔设备的设计专利,采用平台灵活、占地小和成本低(低于100万美元)的策略进入市场。Titan Medical公司计划在2017年获得FDA认证并在美国销售。然后经费不足和研发耗时等因素使其没有余地应对延迟设备审批或其它紧急情况,前景有待观察。其股价已从2014年9月30日的2.19美金跌至1.34美金(2015年6月23日)。

3. 为什么国内外科手术机器人在此时跨过门槛?

3.1智能医疗硬件是全球医疗大趋势

当“互联网+”和“大数据”在中国风头正盛的时候,美国已逐步开始了“智能硬件时代”。拥有着强大的软件技术和大数据基础,当年的互联网和软件科技巨头们早已经纷纷开始为智能硬件布局。

亚马逊继电子阅读器后投资研发无人飞行器。谷歌全力打造谷歌眼镜和无人驾驶汽车。Facebook计划推出一系列“虚拟世界”体验设备。Apple为了巩固其在智能硬件地位推出了苹果智能手表。智能硬件的代表3D打印机,智能机器人,和特斯拉纯电动车等更是大家耳熟能详。

“智能医疗硬件”必然是医疗器械发展的未来趋势,国内外多家巨头公司纷纷为智能医疗硬件业务布局。纵观历史,新兴科技的进步必然会体现在医疗行业的发展上。人工智能技术发展带动的“智能硬件时代”的到来,不仅仅是将改善提高人们的生活方式,更将在医疗端创造出影响更为深远的价值。

国外多家巨头公司纷纷卡位智能医疗硬件。苹果正全力打造医疗硬件产品,积极开发能够预测心脏病的传感器技术。谷歌和强生旗下医疗设备公司Ethicon在今年三月宣布达成战略性合作协议,共同推进打造一个全新的机器人协助式手术平台。英特尔通过收购新型技术公司Basis Surgical Science进军医疗监测设备的芯片领域。

国内的BAT(百度、阿里巴巴、腾讯)三家互联网巨头纷纷向医疗设备领域进军。阿里巴巴和富士康科技集团于6月18日宣布向软银机器人控股公司注资7.32亿元,致力开发和拓展机器人产业,有意进军医疗健康领域。

3.2智能医疗硬件受到国家政策支撑,有望快速发展

据悉《医药工业“十三五”发展规划》(简称《规划》)今年将编制完成。根据已经确定的思路,生物医药及高性能医疗器械被确定为实现重点突破的领域。据不完全统计,目前我国有医疗器械生产企业约1.5万家,但90%的企业收入规模不足2000万元。在目前的医疗机构中高端医疗器械基本被国外产品垄断。“十三五”期间,国家对医疗器械产业的发展将更加重视并大力支持。医疗器械公司面临产业重构的挑战,相关部门或出台更多的政策来支持高性能医疗器械发展,医疗器械企业创新将被市场重点关注。

3.3外科手术机器人国内市场2018年将翻接近一倍

2013年初,卫计委下发文件《2013-2015年全国内窥镜手术器械控制系统配置规划》明确了公立及非公医疗机构配置手术机器人的标准。按规划内容预测,至2018年全国总共将有90家医院可申购装备达芬奇系统。按目前国内50家达标医院中34家购买了达芬奇系统和80%市场占有率估算,我国目前外科手术机器人市场是8.5亿元。假设2018年达芬奇系统达到70%购入率和市场80%占有率估算,在2018年国内市场将是15.7亿。

3.4国内外科手术机器人处于前期研发或临床试验阶段

2003年,北京航空航天大学、清华大学、海军总医院开发的“黎元”机器人系统,是国内第一个具有自主控制、视觉定位和远程操控功能的新一代微创外科机器人手术系统。

2013年12月,哈尔滨工业大学宣布具有中国自主知识产权的微创腹腔外科手术机器人正式完成。该成果在手术机器人系统的机械设计、主从控制机理、三维视野腹腔镜等关键技术上都有所突破。

2014年三月,国内自研发的“妙手S”机器人在中南大学湘雅三医院成功完成国内首例国产机器人手术。“妙手S”的技术优势体现在多自由度丝传动解耦设计技术,能在狭小空间下实验灵活精确操作。“妙手S”体积小,成本低的优势使其有潜力成为达芬奇系统在国内的竞争对手。

3.5外科手术机器人技术分解和技术壁垒

医生控制台作为操控的核心,由计算进系统、操作手柄和监视器等组成。主刀医生通过手腕和手指的动作,通过电脑信号传递,操控机械手臂上的手术器械进行手术。同时可通过脚踏板完成电切、电凝等操作。设计核心是人机互动的电脑操作系统,技术核心是能精确把握人手指细微动作的力学传感器。

三维成像视频影像系统可提供主刀医生病人解剖结果的逼真3D视野,并通过大屏幕视频系统让整个手术团队所见。核心技术是高清3D内窥镜。

多个机械臂,摄像臂和手术器械组成的移动平台接收医生操作命令对患者进行微创手术。机器人手术时,首先在胸壁或腹壁上打几个直径为25px的小孔,机械手臂进入患者体内操作。机械手臂和核心技术使内置手腕装置,难度在于不但要模仿人类手臂的细微动作行为,并且能在狭窄空间内实验比人手腕运动角度更广的移动范围。设计核心在和多个机械手臂的路径设计,确保移动轨迹互不干扰。

3.6外科手术机器人细分产业给国内企业带来机会

外科手术机器人不同于其它医疗器械,其存在能改变医疗行业规则的潜力。未来手术机器人的推广会导致部分器械遭到淘汰和重新设计,很可能改变目前的医疗行业中许多细分领域的商业模式。对细分市场的研究需要对产业链进行研究。外科手术机器人的产业链可从上游到下游依次分为设备研发、耗材和保养和面向医生的培训服务。国内企业有机会通过细分市场逐步和海外巨头公司竞争。

设备研发

设备端国内市场被国外公司垄断。达芬奇系统的主要技术壁垒主要存在于高自由度的机械手腕设计、高清晰度的窥镜影像设备和电脑集成控制系统设。手术机器人的创新突破需要能完成医生无法完成的手术部分。手术机器人作为一个集多种技术于一身的系统化设备,医学设计上的创新比工程技术更为重要。国内的手术机器人研发项目主要在重点大学的工程技术研发实验室,而国外顶尖团队更多是在医学研究中心或顶尖大学医学院。国内企业可通过招聘国外顶尖人才组建有医学工程综合知识的全面团队进行自主研发。

经销商

我国目前的临床使用的手术机器人系统全部来源于进口。经销商作为国外公司在国内的主要销售桥梁将具备一定市场份额。经销商作为中介,除了对有资格的相关医院销售外,还可以搭建国外供应公司与国内公司设备保养、技术指导和与国内耗材公司合作的平台。

耗材和保养

上文提到IntuitiveSurgical公司的盈利更多的来自于对设备的耗材和保养,在2014年为93亿人民币。达芬奇最新一代手术系统的机械臂能完成多种手术器械和影像设备无缝联接。国内手术器械公司有可能能在器械臂使用的一系列手术器械于Intuitive Surgical公司达成合作,从而占据一定市场份额。

达芬奇系统的保养费用按目前国内34台系统计算为每年2720万人民币市场,在三年后可达到5040万元。国内相关公司可采取承包合作方式进入该细分市场。

机器人操作培训服务

达芬奇操作系统需要医生进行一定时间的培训才能熟练把握。操作练习过程会造成器械损耗,而由于达芬奇系统的高价耗材和设备成本过高以致培训费高昂。国内公司可通过开发人机互动模拟软件和模拟操作系统等服务对有需求医生进行服务。

手术外包服务

手术机器人的推广可能打破现有医疗商业模式。未来医院可能更多是对用户进行诊断,而机器人手术治疗有可能外包给专业公司。手术机器人不但是盈利产品,更可以作为布局未来医疗市场的战略产品。

4、国内业务涉及医疗机器人的公司

4.1上市公司

A、机器人

(1)公司简介

沈阳新松机器人自动化股份有限公司成立于2000年,上市于2009年,由中科院沈阳自动化所作为主发起人。该公司是一家拥有自主知识产权的工业机器人与自动化成套装备供应商,主要产品包括工业机器人、物流与仓储自动化成套装备、自动化装配与检测生产线、交通自动化系统等。公司产品可广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等行业。

(2)医疗机器人布局

沈阳新松机器人公司利用自己在机器人技术领域的优势,已在陪护机器人,骨科手术机器人和镜诊断治疗辅助机器人方面布局。

陪护机器人。

沈阳新松机器人公司的陪护机器人目前主要面向养老院及社区服务。其功能有生理信号检测、语音交互、远程医疗、智能聊天、自主避障漫游等。可全方位地照顾用户在生活护理,远程交流和医疗监护方面的需求。机器人具有智能聊天功能,可以辅助老人心理康复。配合相关检测设备,机器人具有血压、心跳、血氧等生理信号检测与监控功能,可无线连接社区网络并传输到社区医疗中心,紧急情况下可及时报警或通知亲人。陪护机器人为人口老龄化带来的重大社会问题提供解决方案。

该机器人突破了机器人语音识别与交互算法、网络传感与多传感器的数据融合、机器人辅助老人心理康复、无线网络远程监控与控制等多项关键技术。并在2012年申请了远程医疗功能技术的专利。目前尚属于示范应用阶段。

骨科牵引辅助机械手。

新松机器人公司与2013年研发出了首创的骨科牵引机器人并以制出试验机。骨科牵引机器人是利用机器人系统的牵引支架将患者受伤部位固定牵引,提高了牵引的稳定性。再利用一条机械臂在手术和牵引中实时反馈手术部位全息图像,让医生对手术全程有更好的规划,加强了医生对骨折牵引的判断。最后机器人系统帮助医生完成骨折部位的精确牵引,帮助患者骨折部复位。

目前公司拥有7项骨科机器人专利,并在申请医疗器械产品生产许可证。

胃镜诊断治疗辅助机器人系统。

胃镜诊断治疗辅助机器人系统是十二五“国家科技支撑计划”课题之一。是针对我国8000万的胃肠道疾病患者对胃镜诊断和治疗的巨大需求,而训练有素的医生严重不足导致的供需求关系而开展的具有自主知识产权的国际首创胃镜诊断治疗辅助机器人系统的研发。

目前,课题突破了胃镜输送技术、肿瘤病变识别算法、高性能多功率一体化的高频功率系统构建3项关键技术;研制了柔性内镜镜体输送单元、肿瘤病变识别模块,多功率一体化的高频功率系统等核心部件;完成了胃镜辅助机器人系统原理样机、肿瘤辅助诊断软件系统及镜下氩离子凝血设备原理样机的开发。

B、博实股份

(1)公司简介

哈尔滨博实自动化股份有限公司成立于1997年,上市于2012年。由哈尔滨工业大学机器人研究院为主发起人,目前哈工大投资仍为博实自动化的第一大股东。该公司是以石化化工后处理成套设备的研发、生产和销售,并为客户提供相关产品服务的自动化集成解决方案提供商。因为现有石化产业前景下行的压力,公司积极制订了未来战略方向与目标,推动以机器人技术为代表的高端医疗装备领域的研发和投资。

2015年5月11日,公司决定设立全资子公司博实高端医疗装备有限公司投资1亿人民币并,以2000万现金认购思哲睿医疗股权。计划通过医疗装备公司投资“微创外科手术机器人及智能器械项目”。

(2)医疗机器人布局

博实自动化将目标放在高端的医疗机器人上,并以哈工大和关联企业思哲睿医疗研发微创外科手术机器人,目标打破达芬奇机器人在国内的垄断。

微创外科手术机器人。

国家“863”计划资助项目——“微创腹腔外科手术机器人系统”,已在2013 年由哈尔滨工业大学机器人研究所研制成功,并通过国家“863”计划专家组的验收。该机器人由哈工大与思哲睿医疗共同研制。该机器人系统与达芬奇机器人系统类似,由机械臂,三维成像系统和医生控制台组成。使医生可以在操作台内通过高清三维成像系统和力觉反馈遥控对患者进行微创手术。目前该机器人可以可现微创腹腔外科手术常用的分离、切割、止血、缝合等基本动作。一代产品已完成多批次动物实验。而二代产品已完成产品定型,在进行样板机的组装。预计2015年年底可以准备申请产品形式检验,并在2017年底申请产品注册。

C、楚天科技

(1)公司简介

楚天科技股份有限公司成立于2002年,于2014年在深交所创业板上市。该公司以水剂类制药装备的研发、设计、生产、销售和服务为主营业务。水剂类制药装备是制药企业生产针剂的关键制剂。未来公司布局医药机器人和医疗机器人。利用智能机器人的市场规模将迅速放大,来完成公司的产业转型升级。

(2)医疗机器人布局

楚天科技利用自身在水剂类制药装备的经验,加以改进,计划2015年底推出药用无菌分装机器人。

在医疗机器人方面,楚天科技与国防科技大学,中南大学和华中科技大学合作。将把外骨骼机器人研究作为切入点,主要用于残疾人和老年人生活自理,起到辅助性的作用,同时该类机器人可以用于军队负重等领域,由国防科技大学负责进行列装申报。

D、迪马股份

迪马股份于2015年4月1日与成都电子科技大学签订产学研协议,共同合作开发外骨骼机器人。

E、海思科

海思科于2015年6月25日公告,参股公司Haisight将使用 1,050 万美元认购 MST 优先股 174,993 股,占其完全稀释基础上 26.66%的股权。

MST 是一家位于以色列的领先的医疗器械研发公司,其主要产品为“AutoLap”,一种腹腔镜手术用图像引导腹腔镜智能定位装置,可以成为医生“自己的第三只手”。 AutoLap技术全球领先,拥有医疗领域全球唯一的实时图像引导定位系统,产品已获美国食品药品监督管理局(FDA)及 CE 认证。MST计划在近期申请中国食品药品监督管理局(CFDA)的认证。Autolap全球市场机会超过30亿美元,预计2018年将超过50亿美元。

根据相关协议,海思科将获得“AutoLap”在中国的 15 年独家销售代理权,有望为公司未来业绩带来显着提升。

4.2非上市国内医疗机器人公司

A、妙手机器人科技集团

(1)公司简介

南京妙手机器人科技集团成立于2012年,是南京321人才计划支持的初创企业之一。公司专注于提供智能的机电一体化技术、机器人产品和数字化制造设备;关注的领域有:医疗服务、工业生产、制造加工、交通运输、以及智慧城市。目前公司主要研发产品有医疗及辅助手术机器人、工业机器人、服务机器人和科教机器人。

(2)医疗机器人布局

妙手机器人公司致力于研发高端的微创外科手术机器人系统,志在打破达芬奇手术机器人系统的垄断。公司与天津大学合作研发“妙手机器人系统”是国家863计划和国家杰出青年科学基金重点支持项目,已进入临床测试阶段。该机器人系统拥有4个美国SensAble公司6自由度的PHANTOM? DESKTOP机械臂,三维成像仪,和重力感应操作台。妙手S已与中南大学湘雅三医院合作,先后为3位患者进行了胃穿孔修补和阑尾切除。手术过程顺利,患者术后恢复良好。并预计在3年后投产使用。

B、重庆金山科技有限公司

(1)公司简介

重庆金山科技有限公司成立于1998年,是中国最具发展潜力的民营企业50强之一。公司是集数字化医疗设备研发、生产、销售和服务于一体的国家级高新技术企业。其主要产品有胶囊内镜,胶囊机器人,电阻抗成像等。

(2)医疗机器人布局

胶囊机器人:                                                         金山科技研发出全球首款的“胶囊机器人”。传统的胶囊内镜口服内置摄像与信号传输装置的智能胶囊,借助消化道蠕动使之在消化道内运动并拍摄图像。但传统胶囊内镜只能借助消化道蠕动,无法对胃部进行完整精确观察。而胶囊机器人可让医生通过体外的“胶囊内镜姿态控制器”控制病人体内的胶囊运动,实现对胃等大型消化道的全方位检查。

手术机器人系统:                                                                               目前金山科技已布局手术机器人系统,研发的微创手术机器人预计将在2015年7月在重庆的几家医院进行临床试验。该机器人系统由三维成像系统,机械手术臂和触觉感应操作台组成。

C、深圳市桑谷科技有限公司

(1)公司简介

深圳市桑谷医疗机器人有限公司成立于2003年,是深圳市机器人协会、银星集团国家高新技术企业的子公司。目前从事专业智能医疗机器人技术开发应用、生产经营和销售。目前公司旗下产品有集清洁机器人和医疗机器人。

(2)医疗机器人布局

桑谷医疗机器人与美国全球领先生产机器人制造工厂—Unmaion公司和南方科大附属医院发明了中国第一台智能静脉输液药物配制机器人。该机器人可用于医院门诊、肿瘤化疗科、传染病科、全肠道外营养及液体净化的配药。机器人的机器手整个工作过程是无须接触药液,利用无菌的传递操作系统在洁净环境空间室,进行全自动药物的配置,保证了配制输液的无菌性、相容性、稳定性和减少微粒污染。同时也有效防止在配制细胞毒性药物时所带来周边环境的污染,提高了临床合理用药的安全性。

临床上,达芬奇手术机器人的应用越来越广泛,那是,什么是达芬奇手术机器人?是人形机器人吗?机器人怎么做手术呢?漫画告诉您。

小大夫漫画---什么是达芬奇手术机器人?

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