从2000年获得FDA批准上市以来，intuitive surgical的达芬奇机器人就是手术机器人领域的霸主。此前CMR、美敦力、Titan medical等企业加入，但都未撼动直观外科的主导地位。

 

但近年来达芬奇手术机器人遭遇危机，由于受到疫情影响，Intuitive Surgical遭遇了营收增速下滑。直观外科CEO Gary Guthart宣布将在2023年进行大量研发投资，投资用于临床试验、扩展新的手术机器人类别、运营新的系统。Intuitive Surgical 2022年的年度研发费用为8.79亿美元，比2021年增长31%。这意味着未来Intuitive Surgical还将投入更多巨额资金创新手术机器人。

 

除了自身增长面临疲软，手术机器人赛道也迎来更多强者。强生的经自然腔道手术机器人表现强势，新的手术机器人平台蓄势待发。同时，在一级市场，过去由腹腔镜手术机器人主导的市场也在发生变化，显微手术机器人、软组织手术机器人，经自然腔道手术机器人开始成为刷新大额融资的主角。

 

下一代手术机器人朝着什么方向发展，直观外科将如何完善已经推出多年的达芬奇手术机器人系统；新的手术机器人类型是否有机会成为腹腔镜手术机器人这样的大单品市场。动脉网进行了梳理。

 

大象如何转身，达芬奇手术机器人如何进化？

 

达芬奇手术机器人代表着医疗技术的顶峰，但达芬奇手术机器人实际是上世纪的产物。

 

1998年，第二代手术机器人系统宙斯系统诞生，宙斯系统的特点是机械臂集成了手术臂和内窥臂。相比于扶镜手术机器人，宙斯系统的优势在于医生可以坐立操作腹腔镜手术。达芬奇手术机器人则由Intuitive Surgical于1999年研制成功，宙斯手术机器人和达芬奇手术机器人在经过漫长的专利战后整合到一家企业中。

 

上世纪20年代，宙斯手术机器人和达芬奇手术机器人在经过漫长的专利战后整合到一家企业中，机械臂+控制台+推车的设计成为了接下来二十年腹腔镜手术机器人的模型。

 

2016年，随着宙斯手术机器人专利到期，包括英国CMR surgical、美敦力Hugo等手术机器人逐渐进入市场，这一类腹腔镜手术机器人和达芬奇手术机器人不同之处是采用分体式的设计，每一个台车上分别带有一个机械臂。

 

从达芬奇手术机器人的进化来看，虽然如今的达芬奇手术机器人和二十年前并没有革命性的改变，但是Intuitive Surgical其实进行了三次革新。这几次革新的方向也成为了达芬奇手术机器人改进的主要方向。

 

 

第一代达芬奇手术机器人在1999年推出，拥有四个机械臂。相比于第一代手术机器人，2006年推出的第二代达芬奇手术机器人的改进在于拥有了3D 高清视觉，改善主要体现在提升术中视野质量。

 

2009年，Intuitive Surgical发布了第三代手术机器人系统，第三代产品为双控制台，整体更加小巧和高效；第三代达芬奇手术机器人在2011年进入中国市场。

 

2014年发布da Vinci  Xi系统（第四代），第四代产品在2018年进入中国市场。相对于第三代达芬奇手术机器人来说，达芬奇Xi系统在影像和灵活性方面有所改善，应用悬吊式安装与移动平台，可满足手术机械到达各个方向的手术区域，手术臂较前更小、更薄。

 

达芬奇手术机器人在2014年的改进中推出了具有自然深度感观的卓越实时3D图像。这一技术的意义在于在腹腔镜手术中，医生通常看到的是二维图像，但必须以三维的方式思考。3D图像可以还原真实视觉中的三维立体术野，有利于病变部位的辨识，进行精确地切除与重建，使得外科医生在操作中有良好的手眼协调能力，显著提高了手术效率。

 

达芬奇手术机器人的创新方向还包括微创手术器械的创新。虽然intuitive surgical是一家手术机器人公司，但在微创外科手术器械的研发上，intuitive一直和美敦力、强生这样的微创外科手术器械龙头保持一致。以吻合器为例，intuitive的吻合器和美敦力的智能吻合器产品一样，同样能够通过智能的组织厚度识别，来减少对软组织的损伤。

 

在国内，从安装量上看，目前国内安装的达芬奇手术系统以第三代产品为主，国内仅仅安装了少部分的第四代Xi产品。国内医生对于操作第三代系统更为熟练。

 

2018年，达芬奇手术机器人还推出了变革性的单孔手术机器人，FDA批准da Vinci SP®系统（单孔）可用于成人单孔泌尿外科手术，目前这一产品尚未进入中国。da Vinci SP采用8.5 mm的预弯型器械。但达芬奇单孔手术机器人仍然没有解决单孔手术中操作空间小，手术器械存在干扰的“筷子效应”，且目前手术适应症较窄。

 

从以上的改进来看，可以看到达芬奇手术机器人的改进方向主要三个方面：提升影像质量、提升操作精准度、拓展适应症。这也是达芬奇手术机器人持续改进的方向。

 

在提升图像质量方面，intuitive surgical近年来的一大创新是采用了荧光成像技术，也为医生在术中提供肉眼无法看到图像。

 

2019年，达芬奇基于多年的光学和成像技术推出了Firefly近红外荧光功能。荧光成像系统工作光谱在 400-900nm 的范围，除了能够提供人体组织表层的图像外，还能同时实现表层以下组织的荧光显影（如胆囊管、淋巴管和血管显影），对术中精准定位和降低手术风险起到关键的作用。目前这一技术也被广泛应用于内窥镜中。

 

Intuitive还在继续探索荧光成像系统，通过探索可以靶向关键解剖结构或异常组织（如输尿管或前列腺癌）的荧光剂，Intuitive 团队希望通过减少对重要结构的损伤来帮助外科医生提高手术效果，并为外科医生提供增强的可视化效果，帮助外科医生能够更可靠地执行复杂的手术。

 

第二大核心问题是提升触觉反馈。da Vinci机器人手术系统仍有很多问题亟待解决。首先最明显的是缺少触觉反馈，医生初始打结易断线，夹持组织易损伤，需要不断学习通过手感经验和视觉反馈弥补。传感器技术和人工智能的进步正在提高机器人手术系统的精度、抓地力、反馈和自主性。

 

在临床应用方面，达芬奇手术机器人的重点是拓展适应症，尤其是单孔手术机器人，在全球，机器人手术应用最多的领域是泌尿外科，尤其是在治前列腺切除术和肾部分切除术两种手术中，而还存在很多机器人尚未渗透的科室，例如耳鼻喉科，这些科室成为达芬奇手术机器人开拓的重点。目前，2019年，FDA批准达芬奇SP手术系统可用于口咽部的经口耳鼻咽喉外科手术，仅限于成人T1及T2类的良性肿瘤及恶性肿瘤。

 

其他的改进方向还包括改进外科医生的培训方式，改变传统的外科医生带教模式，降低医生的学习成本，尤其是应对复杂的手术。

 

总的来说，intuitive改进方向主要是利用先进的硬件、软件和数字智能来增强外科医生的感官。

 

强者入局，强生如何改写手术机器人

 

过去，手术机器人市场由intuitive surgical定义，但随着达芬奇机器人一批专利到期。手术机器人领域出现更多强有力的参与者，美敦力和强生有望在不断扩大的手术机器人市场分得一杯羹。

 

在intuitive surgical和强生都有产品布局的经自然腔道手术机器人赛道上，强生的Monarch适应症拓展领先，目前被批准应用于肺部和泌尿手术中。目前Monarch已经完成了超过2万例肺癌诊断治疗应用。Monarch下一个重点适应症是肾结石，目前已经完成首例辅助肾结石手术。

 

在骨科手术机器人领域，强生也通过VELYS平台扩展到骨科领域，VELYS用于膝关节置换手术中，旨在提高骨切割的准确性，目前已获得FDA的批准。

 

除了经自然腔道的Monarch和骨科数字化系统VELYS外，强生还有一款更大潜力的软组织手术机器人产品Ottava。强生的软组织手术机器人Ottava从现有公布的资料来看，和达芬奇手术机器人有着较大的差异。

 

Ottava软组织手术机器人拥有六个机械臂，且机械臂被整合到手术台中来减少占地面积。但目前尚不清楚如果六个机械臂同时使用，如何避免器械间的互相干扰问题。

 

Ottava手术平台的优势在于可以与强生Ethicon平台结合，Ethicon在能量手术设备方面是全球主导者，未来在提升手术器械性能方面更具优势。

 

Ottava的另一大优势是集成，目前全球多种手术机器人都是独立的产品。例如腹腔镜机器人和血管介入机器人，Ottava有望成为能够同时集成血管介入机器人和腹腔镜机器人的平台。

 

Ottava的研发和推出进度曾受到疫情影响，随着疫情逐渐常态化，强生在手术机器人领域将再添产品。

 

相比于达芬奇手术机器人的庞然大物，从强生Ottava的研发方向来看，手术机器人正朝着模块化的方向进化。

 

Ottava设计图

 

新方向：显微手术机器人成为新赛道

 

手术机器人市场巨头厮杀激烈，同时也有赛道巨头还未涉足。达芬奇手术机器人虽然在腹腔镜领域应用纯熟，但在重建、淋巴和眼部等手术中到目前为止仍未被大规模使用。这些对手术机器人操作要求更加精细的赛道成为创新企业生长的沃土。

 

以显微外科手术机器人为例，传统的显微外科手术需要依靠光学和精密手术器械才能完成手术。需要通过将手术部在光学仪器下放大5倍到40倍的条件下，才能人为完成手术。显微外科手术通常要吻合0.3-0.8毫米的淋巴管-血管或者神经，在耳鼻喉、淋巴外科、神经外科、整形外科等多科室均有大量未被满足的需求。

 

以眼科手术为例，在眼科手术领域，器械围绕巩膜刺入点运动，对患者而言，容易产生切口组织的撕扯，影响术后愈合。而且，眼科手术的操作精度要求极高，理想精度为10微米。但在眼科手术中，人手存在约100微米的自然抖动，容易造成视网膜损伤，影响视力恢复。

 

这一被巨头忽视的市场正迎来突破，多家创新公司开始研发创新产品。包括意大利公司Medical Micro instruments研发的Symani系统，以及由荷兰公司Microsure研发的MUSA系统。

 

Microsure的显微外科手术机器人的作用原理在于通过缩小运动过滤震颤，在显微外科手术中保持手部稳定，提升医生在显微外科手术中修复解剖结构的能力。MUSA应用场景包括淋巴静脉吻合术，远端神经修复，血管化组织移植和许多其他复杂的显微外科手术。MUSA已被证明在缝合血管以减少淋巴结肿方面是安全有效的。Microsure目前已经获得270万欧元的融资。

 

Symani旨在提高外科医生的自然灵活性和运动范围，使医生能够超越人手的活动范围。例如缝合直径小至0.3毫米的静脉，动脉，神经和淋巴管。Medical Micro instruments已也已获得2700万美元的融资。

 

目前，国内也有布局这一赛道的昂泰精微和迪视医疗两家企业获得融资。昂泰精微拥有通用型显微外科机器人、眼科手术机器人、经胃肠镜机器人等多个产品。迪视医疗以眼科手术为切入点，并深入显微外科领域。迪视医疗眼科手术机器人已经完成型检。

 

手术机器人领域一直是医疗技术创新的巅峰，经过二十年的发展，手术机器人无论是在技术、临床认知度上都上了新的台阶，这也意味着市场有机会酝酿新的变革，期待手术机器人领域更多变革性的创新。图片

 

参考资料：

小儿外科进展|小儿da Vinci机器人手术的发展现状与展望--汤绍涛

Past, present and future of surgical robotics——trend in urology & men health