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深度 | 2024年手術(shù)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢與應(yīng)用前景

發(fā)布時間:2024-03-01 來源: 醫(yī)械知識產(chǎn)權(quán) 瀏覽量: 字號:【加大】【減小】 手機(jī)上觀看

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手術(shù)機(jī)器人是一種先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備,借助微創(chuàng)傷手術(shù)及相關(guān)底層技術(shù)的發(fā)展而發(fā)明。手術(shù)機(jī)器人是醫(yī)療機(jī)器人的一種細(xì)分領(lǐng)域。手術(shù)機(jī)器人,即外科醫(yī)生能夠通過遠(yuǎn)程控制,并通過微小切口精密操作進(jìn)入患者體內(nèi)的手術(shù)器械,從而輔助外科醫(yī)生進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)的精密操作型機(jī)器人。


手術(shù)機(jī)器人被用于在高于人類能力的微創(chuàng)傷手術(shù)領(lǐng)域中實現(xiàn)高于人類能力的對手術(shù)器械的精準(zhǔn)操控。手術(shù)機(jī)器人通常由手術(shù)控制臺、配備機(jī)械臂的手術(shù)車及視像系統(tǒng)組成。外科醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺,觀看由放置在患者體內(nèi)腔鏡傳輸?shù)氖中g(shù)區(qū)域三維影像,并操控機(jī)械臂的移動,以及該機(jī)械臂附帶的手術(shù)器械及腔鏡。機(jī)械臂模擬人類的手臂,為外科醫(yī)生提供一系列模擬人體手腕的動作,同時過濾人手本身的震顫。

機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)是集多項現(xiàn)代高科技手段于一體的綜合體,其用途廣泛,在臨床上外科上有大量的應(yīng)用。外科醫(yī)生可以遠(yuǎn)離手術(shù)臺操縱機(jī)器進(jìn)行手術(shù),完全不同于傳統(tǒng)的手術(shù)概念,在世界微創(chuàng)外科領(lǐng)域是當(dāng)之無愧的革命性外科手術(shù)工具。

市場分析


當(dāng)前,隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新科技的快速滲透,醫(yī)療健康正在與機(jī)器人全面融合,引領(lǐng)外科技術(shù)大變革。手術(shù)機(jī)器人行業(yè)迎來快速發(fā)展,賽道火熱,備受資本青睞。

根據(jù)Frost & Sullivan的統(tǒng)計,2020 年全球機(jī)器人手術(shù)市場規(guī)模為 61 億美元,預(yù)計從 2021 年到 2028 年將以 17.60% 的復(fù)合年增長率增長,到 2028 年將達(dá)到 222.7 億美元(折合人民幣約為1414億元)。

我國手術(shù)機(jī)器人市場發(fā)展迅猛,根據(jù)Frost & Sullivan的統(tǒng)計,市場規(guī)模由2016年的人民幣853.6百萬元增至2020年的人民幣2,934.5百萬元,年復(fù)合增長率達(dá)36.2%,預(yù)計2030年中國手術(shù)機(jī)器人的市場規(guī)模將達(dá)至人民幣58,425.9百萬元,年復(fù)合增長率為34.9%。

手術(shù)機(jī)器人是將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域,顯然的,機(jī)器人手術(shù)是使用機(jī)器人系統(tǒng)完成的外科手術(shù)類型,機(jī)器人輔助手術(shù)的開發(fā)旨在克服現(xiàn)有的微創(chuàng)手術(shù)程序的局限性,并增強(qiáng)外科醫(yī)生進(jìn)行開放手術(shù)的能力。

手術(shù)機(jī)器人集成了醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、自動控制學(xué)、數(shù)字圖像處理學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)器人學(xué)等諸多學(xué)科為一體的新型交叉科學(xué)。一般情況下,從臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用角度可將手術(shù)機(jī)器人主要分為腔鏡手術(shù)機(jī)器人、骨科手術(shù)機(jī)器人、泛血管手術(shù)機(jī)器人、 經(jīng)自然腔道手術(shù)機(jī)器人、經(jīng)皮穿刺手術(shù)機(jī)器人。

下面兩幅附圖分別給出了各主要細(xì)分手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用場景和市場規(guī)模情況,供各位讀者參考。

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筆者認(rèn)為,隨著時間發(fā)展,對于國內(nèi)手術(shù)機(jī)器人市場而言,各大廠商會面臨如下5個方面的競爭,分別為:

1.技術(shù)戰(zhàn),入局者眾多,內(nèi)卷嚴(yán)重,而且在技術(shù)上目前國外先進(jìn)巨頭具有一定優(yōu)勢,國內(nèi)廠家只有通過技術(shù)上“高人一等”才能“脫穎而出”。

2.臨床戰(zhàn),目前手術(shù)機(jī)器人雖然種類繁多,但是依然是醫(yī)械法規(guī)強(qiáng)監(jiān)管的產(chǎn)業(yè),且市場受眾面以大城市的大醫(yī)院為主體,在如此眾多的品牌上市過程中,臨床資源就顯得彌足珍貴。

3.融資戰(zhàn),手術(shù)機(jī)器人是一個多學(xué)科高度集中的產(chǎn)品,研發(fā)周期長,臨床要求高,各方面人力資源也緊張稀缺,必然需要高額的投入,這些都需要大量的資本投入,因此手術(shù)機(jī)器人的玩法從資本市場來講其實就是“誰的資本強(qiáng)誰成功率大”。

4.營銷戰(zhàn),隨著國內(nèi)、國外廠商的產(chǎn)品逐步上市,需要“賣出去”,也需要市場各群體的認(rèn)同,更需要占據(jù)市場率,因此在眾多同類型同適應(yīng)癥的手術(shù)機(jī)器人中“賣得好”才是各大廠商的終極目標(biāo),才是“長久之計”。

5.專利戰(zhàn),專利對于手術(shù)機(jī)器人而言十分重要,當(dāng)然也是技術(shù)層面的演化,更是各大手術(shù)機(jī)器人廠商市場角力的重要武器,甚至是“終極核武”,規(guī)避設(shè)計風(fēng)險、占據(jù)市場率都需要專利的輔助,達(dá)芬奇在腔鏡機(jī)器人領(lǐng)域“叱咤風(fēng)云”恰恰是得益于專利。

趨勢與前景



在過去的幾年里,手術(shù)機(jī)器人技術(shù)在主流醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中取得了令人矚目的進(jìn)展。從新應(yīng)用到新技術(shù),該領(lǐng)域展示了令人印象深刻的增長態(tài)勢。然而,這僅僅是一個開始,因為手術(shù)機(jī)器人仍然擁有巨大的增長空間。展望2024年,我們看到了幾個明顯的發(fā)展機(jī)遇:


市場條件與增長機(jī)遇


隨著科技的飛速發(fā)展,手術(shù)機(jī)器人已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一顆璀璨的明星。從近四十年前的第一次機(jī)器人輔助手術(shù)到如今,手術(shù)機(jī)器人不僅走過了漫長的道路,更在全球范圍內(nèi)催生了一個價值180億美元的龐大市場。預(yù)計到2032年,這一數(shù)字將飆升至830億美元,增長潛力令人矚目。


手術(shù)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用,不僅為患者帶來了更為精準(zhǔn)、微創(chuàng)的治療手段,更在手術(shù)效率、康復(fù)速度以及醫(yī)療成本方面為醫(yī)療機(jī)構(gòu)帶來了革命性的變革。以Intuitive Surgical的達(dá)芬奇系統(tǒng)為例,其已成功完成1200萬例手術(shù),成為現(xiàn)代醫(yī)療科技的一大里程碑。


然而,這僅僅是冰山一角。隨著更多類型的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)不斷涌現(xiàn),其在各類手術(shù)中的優(yōu)勢也日益凸顯。對于患者而言,微創(chuàng)手術(shù)意味著更快的康復(fù)和更少的痛苦;對于醫(yī)生而言,手術(shù)機(jī)器人能夠提供前所未有的精確度和操作穩(wěn)定性,有效減輕身體負(fù)擔(dān);對于醫(yī)院而言,手術(shù)機(jī)器人則能顯著縮短住院時間和減少再次入院率,從而降低醫(yī)療成本并提高市場競爭力。


在這一背景下,越來越多的醫(yī)療系統(tǒng)和醫(yī)生開始擴(kuò)大手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。據(jù)Bain公司最近的一項研究顯示,美國有78%的外科醫(yī)生對手術(shù)機(jī)器人表現(xiàn)出濃厚的興趣。即便在手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)普及的領(lǐng)域,如髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)置換手術(shù),研究仍發(fā)現(xiàn)有大量手術(shù)尚未涉及機(jī)器人技術(shù),這預(yù)示著巨大的市場潛力。


AI的融合與醫(yī)療新篇章


當(dāng)我們回望2023年,幾乎沒有哪個詞匯或技術(shù)像人工智能(AI)那樣在各行各業(yè)中都引起如此廣泛的討論,醫(yī)療領(lǐng)域自然也不例外。AI在成像、診斷以及其他醫(yī)療應(yīng)用中的持續(xù)突破,不僅展示了其改善患者治療效果的巨大潛力,還顯著提高了醫(yī)療服務(wù)提供者的效率。


展望2024年,我們預(yù)期AI將穩(wěn)步集成到新的和現(xiàn)有的手術(shù)機(jī)器人平臺中。AI在成像技術(shù)中的有效性已經(jīng)得到驗證,這為改進(jìn)手術(shù)機(jī)器人的導(dǎo)航能力、實時診斷甚至基本功能的自動化提供了廣闊的前景。隨著這些技術(shù)的進(jìn)步,手術(shù)機(jī)器人將能夠在醫(yī)生的監(jiān)督下,更自主地執(zhí)行一些手術(shù)程序,從而提高手術(shù)的精確度和效率。


更長遠(yuǎn)來看,我們可能會見證醫(yī)療領(lǐng)域出現(xiàn)類似于無人駕駛汽車的變革,即手術(shù)機(jī)器人平臺能夠在某些手術(shù)程序中完全自主操作。在最近的一篇美國外科醫(yī)師學(xué)會期刊文章中,Stephanie Worrell博士指出,AI甚至有一天可能會利用數(shù)千名醫(yī)生進(jìn)行的手術(shù)視頻記錄,來復(fù)制并自主完成某項手術(shù)任務(wù)。


這樣的發(fā)展不僅將徹底改變手術(shù)室的運(yùn)作方式,還將對醫(yī)療行業(yè)的未來產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。通過集成AI,手術(shù)機(jī)器人將能夠處理更復(fù)雜的手術(shù)案例,同時減少醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān)和患者的恢復(fù)時間。此外,隨著數(shù)據(jù)的不斷積累和算法的不斷優(yōu)化,這些機(jī)器人平臺的性能和準(zhǔn)確性也將得到持續(xù)提升。


然而,與所有新技術(shù)一樣,AI在手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用也將面臨一系列挑戰(zhàn)和倫理問題。例如,如何確保AI算法的準(zhǔn)確性和可靠性?如何平衡機(jī)器人的自主性與醫(yī)生的監(jiān)督責(zé)任?這些問題將需要醫(yī)療界、科技界以及監(jiān)管機(jī)構(gòu)共同合作,制定出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則。


材料革新與軟機(jī)器人的崛起


隨著科技的日新月異,手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域正迎來一場由材料革新驅(qū)動的變革。過去一年里,軟機(jī)器人技術(shù)的顯著進(jìn)步,為我們展示了機(jī)器人在人體內(nèi)安全操作的巨大潛力。


最近,來自愛爾蘭高威大學(xué)和麻省理工學(xué)院的一個國際團(tuán)隊推出了一款植入式設(shè)備,該設(shè)備巧妙地將人工智能與軟機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合,能夠通過改變形狀來克服纖維化,從而持續(xù)釋放藥物。這種方法在治療糖尿病等慢性疾病方面可能具有顯著優(yōu)勢。


展望2024年,我們預(yù)計這類應(yīng)用及其他相關(guān)領(lǐng)域?qū)⑷〉镁薮蟀l(fā)展。目前已有多個項目正在開發(fā)中,其中包括能夠智能進(jìn)入手術(shù)部位的軟機(jī)械臂。這些創(chuàng)新不僅有望提高手術(shù)的精確度和效率,還可能為患者帶來更為舒適和安全的手術(shù)體驗。


軟機(jī)器人的崛起,得益于新型材料的開發(fā)和應(yīng)用。這些材料不僅具有更好的生物相容性和柔韌性,還能夠模擬人體組織的物理特性,從而減少手術(shù)過程中的創(chuàng)傷和并發(fā)癥。此外,隨著3D打印等先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展,我們有望看到更為復(fù)雜和精細(xì)的軟機(jī)器人結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于手術(shù)中。


當(dāng)然,材料革新和軟機(jī)器人的發(fā)展也面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如,如何確保這些新型材料在人體內(nèi)的長期穩(wěn)定性和安全性?如何設(shè)計和控制軟機(jī)器人以實現(xiàn)精確的手術(shù)操作?這些問題將需要科研人員、工程師和醫(yī)生共同努力,通過跨學(xué)科合作來尋求解決方案。


微型化的未來與納米機(jī)器人的潛力


隨著科技的飛速發(fā)展,手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)從初期的龐大構(gòu)造逐漸走向微型化,為醫(yī)療領(lǐng)域帶來了新的變革。早期機(jī)器人平臺由于體積龐大,占用了大量物理空間并需要廣泛的支持系統(tǒng),這自然限制了其在資源較為豐富的大型醫(yī)療系統(tǒng)中的應(yīng)用。然而,隨著技術(shù)的進(jìn)步,我們對手術(shù)機(jī)器人的期望和需求也在不斷增長。


除了外部手術(shù)系統(tǒng),納米機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展更是引人矚目。納米機(jī)器人是一種能夠在人體內(nèi)部自由移動,執(zhí)行藥物輸送、肌腱修復(fù)或疾病監(jiān)測等任務(wù)的微型機(jī)器人。今年早些時候,韓國的一個研究團(tuán)隊發(fā)表了一項研究,詳細(xì)介紹了他們?nèi)绾卫猛獠看盆F精確引導(dǎo)一個微型機(jī)器人穿過豬的血流,到達(dá)動脈阻塞部位,成功輸送造影劑并導(dǎo)航返回提取部位。


盡管納米機(jī)器人在人體內(nèi)的應(yīng)用影響尚不完全明確,但這一領(lǐng)域無疑令人興奮,并具有推動人類健康和患者治療效果取得巨大進(jìn)步的潛力。納米機(jī)器人的微型化特點使其能夠到達(dá)傳統(tǒng)手術(shù)難以觸及的區(qū)域,以更高的精度和效率執(zhí)行任務(wù)。此外,隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,我們有望看到納米機(jī)器人在實時成像、精確藥物輸送以及腫瘤治療等領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。


當(dāng)然,納米機(jī)器人的發(fā)展也面臨著諸多挑戰(zhàn)。如何確保其在人體內(nèi)的安全性、如何控制其精確移動以及如何有效地執(zhí)行任務(wù)等問題都需要科研人員深入研究和解決。此外,與所有新技術(shù)一樣,納米機(jī)器人的廣泛應(yīng)用還需要克服倫理、監(jiān)管和社會接受等方面的障礙。


遠(yuǎn)程手術(shù)的新時代


近年來,隨著科技的飛速發(fā)展,遠(yuǎn)程醫(yī)療逐漸成為主流。疫情更是加速了這一趨勢,使得人們更加依賴遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。如今,隨著技術(shù)的不斷成熟和新興發(fā)展,如元宇宙等領(lǐng)域的開拓,遠(yuǎn)程手術(shù)的大門正逐漸敞開。


事實上,遠(yuǎn)程培訓(xùn)外科醫(yī)生已經(jīng)進(jìn)行了多年,但新型的混合現(xiàn)實工具正在加速機(jī)器人輔助手術(shù)和更復(fù)雜手術(shù)程序的培訓(xùn)。這些工具為醫(yī)生提供了更為真實、沉浸式的手術(shù)模擬環(huán)境,使他們能夠在沒有實際風(fēng)險的情況下進(jìn)行反復(fù)練習(xí),從而提高手術(shù)技能和應(yīng)對復(fù)雜情況的能力。


隨著這些技術(shù)的不斷發(fā)展,我們有理由相信,未來的某一天,機(jī)器人將能夠在戰(zhàn)場上執(zhí)行拯救生命的手術(shù),而操作這些機(jī)器人的外科醫(yī)生則安全地坐在數(shù)千英里之外的控制中心。這種遠(yuǎn)程手術(shù)的概念不僅將徹底改變戰(zhàn)場醫(yī)療的現(xiàn)狀,還將為偏遠(yuǎn)地區(qū)和醫(yī)療資源匱乏的地區(qū)提供更為及時、高效的醫(yī)療服務(wù)。


當(dāng)然,要實現(xiàn)遠(yuǎn)程手術(shù),還需要克服諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。如何確保手術(shù)的精確性和實時性?如何保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性?這些問題都需要科研人員、工程師和醫(yī)生共同努力,通過跨學(xué)科合作來尋求解決方案。


此外,遠(yuǎn)程手術(shù)還面臨著倫理、法律和監(jiān)管等方面的挑戰(zhàn)。如何確?;颊叩碾[私權(quán)和知情權(quán)?如何制定和完善相關(guān)法律法規(guī)來規(guī)范遠(yuǎn)程手術(shù)的行為?這些問題同樣需要我們深入思考和探討。


成功的策略與協(xié)作創(chuàng)新


隨著科技的飛速發(fā)展,2024年無疑將見證手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域的更多新進(jìn)展和應(yīng)用。然而,成功的關(guān)鍵將在于通過患者和醫(yī)療系統(tǒng)的雙重視角來推動創(chuàng)新。


對于像新型機(jī)器人系統(tǒng)這樣的資本密集型投資而言,如果無法展示其既能改善患者治療效果,又能為醫(yī)療機(jī)構(gòu)帶來運(yùn)營和經(jīng)濟(jì)效益的能力,那么這些投資最終可能會失敗。因此,第二代手術(shù)機(jī)器人必須為患者提供更高的臨床價值和更快的康復(fù)速度,同時為醫(yī)療系統(tǒng)及其工作人員帶來更高的效率和收入。


創(chuàng)新者還必須抵制為了制造機(jī)器人而制造機(jī)器人的沖動。對于那些無法顯著改善當(dāng)前方法的時間、成本或效果的機(jī)器人平臺,市場是沒有需求的。因此,創(chuàng)新者需要深入了解患者的需求和醫(yī)療系統(tǒng)的挑戰(zhàn),以確保他們開發(fā)的機(jī)器人能夠真正滿足市場的需求。


對于大型和小型機(jī)器人公司而言,與醫(yī)生緊密合作開發(fā)新系統(tǒng)將是關(guān)鍵。這種協(xié)作方法將使公司能夠超越現(xiàn)有技術(shù),將昨日的科幻小說變?yōu)槊魅盏默F(xiàn)實。通過與醫(yī)生合作,機(jī)器人公司可以更好地了解臨床需求,開發(fā)出更符合實際應(yīng)用的手術(shù)機(jī)器人。同時,醫(yī)生也可以借助機(jī)器人公司的技術(shù)實力,將他們的臨床經(jīng)驗和知識轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新的手術(shù)機(jī)器人解決方案。


此外,為了確保手術(shù)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用和接受,還需要加強(qiáng)相關(guān)培訓(xùn)和教育工作。醫(yī)生、護(hù)士和醫(yī)療技術(shù)人員需要接受專業(yè)的培訓(xùn),以掌握手術(shù)機(jī)器人的操作技能和維護(hù)知識。同時,公眾也需要了解手術(shù)機(jī)器人的優(yōu)勢和潛在風(fēng)險,以便做出更明智的決策。


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