2014年電影《機器紀元》的公映，似乎暗示著服務機器人正在由人機對抗朝人類價值的延伸在轉變。不過，醫療未來，會是手術機器人的世界嗎？
動脈網（ID：vcbeat） 作者：allenxu
近年來，機器人不僅用于工業領域，在醫療系統也已得到推廣應用。如大名鼎鼎的手術機器人（SurgicalRobot）的問世不過短短10年，但同樣取得重大進展。目前，關于機器人在醫療界中的應用的研究主要集中在外科手術機器人、康復機器人、護理機器人和服務機器人方面。
其中，外科手術醫療機器人是目前應用范圍最廣且最具前景，其提供的強大功能克服了傳統外科手術中精確度差、手術時間過長、醫生疲勞、和缺乏三維精度視野等問題。
實際上，手術機器人是一組器械的組合裝置。它通常由一個內窺鏡（探頭）、刀剪等手術器械、微型攝像頭和操縱桿等器件組裝而成。據國外廠商介紹，目前使用中的手術機器人的工作原理是通過無線操作進行的外科手術，即醫生坐在電腦顯示屏前，通過顯示屏和內窺鏡仔細觀察病人體內的病灶情況，然后通過機器人手中的手術刀將病灶精確切除（或修復）。
這種被國外科學家命名為MIS的系統是設計一切手術機器人的基礎。以目前各國醫院使用中的達·芬奇手術機器人為例，只要在病人皮膚表面開一個極小的口子，將探頭塞進體內，即可觀察到病人病灶所在位置，然后再用機器人手中的手術刀將其切除。
此外，手術機器人還可做器官修補、血管吻合或骨磨削等需要十分精細的手術。近年來，手術機器人被用于做包括基因移植、神經手術和遠程手術等在內的各種重要手術，從而大大提高了危重病人的存活率。
那么，這么厲害的手術機器人發展情況如何？有哪些研發公司？又有哪些細分領域？國內情況如何？未來將如何發展？別急，聽我慢慢道來。
新興力量
今年3月初，谷歌最新發布的一則通告顯示，公司已同醫療器械公司強生達成合作協議，將共同研發一款機器人平臺，來幫助醫生們進行外科手術。
據悉，這款機器人手術平臺將有助于外科微創手術技術的的進步，解決病人諸如修疤、疼痛、恢復期漫長等方面的問題。谷歌將為這款機器人平臺注入視覺系統和圖像分析軟件，能為外科醫生提供更好的視覺空間，并幫助其獲取其他相關信息。
到了5月中旬的時候，博實股份公告，公司擬投資1億元，設立全資子公司博實高端醫療裝備有限公司，同時擬通過博實股份或子公司投資微創外科手術機器人及智能器械項目。
2015年7月31日的時候，東京工業大學和東京醫科齒科大學創立的RIVERFIELD公司宣布，內窺鏡手術輔助機器人“EMARO：EndoscopeMAnipulatorRObot”將于2015年8月上市。
EMARO是主刀醫生可通過頭部動作自己來操作內窺鏡的系統，無需助手（把持內窺鏡的醫生）的幫助。東京醫科齒科大學生體材料工學研究所教授川嶋健嗣和東京工業大學精密工學研究所副教授只野耕太郎等人，從著手研究到EMARO上市足足用了約10年時間。
其作為手術輔助機器人，首次采用了氣壓驅動方式。用自主的氣壓控制技術，實現了靈活的動作，在工作中“即使接觸到人，也可以躲開其作用力”（只野）等，可保證高安全性。與馬達驅動的現有內窺鏡夾持機器人相比，整個系統更加輕量小巧也是一大特點。該系統平時由主刀醫生由頭部的陀螺儀傳感器來操作，發生緊急情況時，還可以手動操作。可利用機體上附帶的控制面板的按鈕來操作。
它誕生的背景是，近年為取代對患者造成很大負擔的開腹手術，使用內窺鏡的低創手術日益普及，就是以“切個1日元硬幣的口就可完成全部手術”（東京醫科齒科大學理事兼副校長森田育男）為目標的療法。
其典型代表是從在患者腹部切開的小口插入鉗子和內窺鏡、切除癌癥等的腹腔鏡手術。作為手術輔助機器人代名詞的美國直覺外科公司的“達芬奇系統（da Vinci Surgical System）”也是輔助內窺鏡手術的系統。
雖然內窺鏡手術日益普及，但內窺鏡手術所需要的“助手難以保證”。尤其，在中小型醫院，助手不足據說是一個嚴重的問題。EMARO的問世就是為了解決這一問題。
據稱，RIVERFIELD的機器人鉗子系統已在作動物和模擬內臟器官的實驗，正在開發第7號產品。預定2019年上市。最初考慮用于跟達芬奇系統一樣的疾病和手術，原口充滿信心地表示“還要推廣到達芬奇系統無法應對的領域”。超越達芬奇系統的日本產機器人誕生了。EMARO將成為第一塊試金石。
11月，專注于跨境醫療投資的基金匯橋資本集團(“Ally Bridge Group”) 宣布，將以可轉債及認股權證的形式對法國公司Medtech SA投資1500萬美元。Medtech是一家創新的手術機器人系統開發商，目前在泛歐證券交易所掛牌(股票代碼Euronext:ROSA)。
Medtech SA成立于2002年，總部設在法國南部蒙彼利埃，是一家全球領先的手術輔助機器人系統研發商。公司的旗艦產品ROSA腦部機器人已經獲得歐洲、美國、中國、加拿大和澳大利亞的批準。2014年7月，ROSA脊柱機器人也已獲得CE mark認證，預計很快將會獲得美國FDA的批準。
目前公司在全球范圍內已安裝51個手術系統，分布在全球各大頂級的神經外科中心，包括克利夫蘭診所和馬薩諸塞州總醫院。目前，4家中國頂級的神經外科醫院也已安裝ROSA機器人手術系統。
2013年，公司被全球增長咨詢公司Frost & Sullivan評為神經外科機器人類別的 “歐洲年度企業”。
隨著機器人產業的快速發展，醫療機器人的發展已經受到了全球高度關注，美國已經把手術治療機器、假肢機器人、康復機器人、心理康復輔助機器人、個人護理機器人、智能健康監控系統定為未來發展的六大研究方向。歐洲計劃將建立“Robotics for Health-care”網絡，促進醫療機器人在歐洲的發展和應用。
一切事物的發展都有其源頭，在進一步探索手術機器人之前，我們先來了解一下手術機器人從伊索到達芬奇的這段發展歷程。
從伊索到達芬奇
1994年出現的伊索被設計用來接受手術醫生的指示并控制腹腔鏡攝像頭。其三個階段的產品伊索-1000，伊索-2000和伊索-3000，充分體現了介入手術的特點。該機器可以模仿人手臂功能，實現聲控設置，取消了對輔助人員手動控制內窺鏡的需要，提供比人為控制更精確一致的鏡頭運動，為醫生提供直接、穩定的視野。至2014年，外科醫師應用“伊索”已在全球做了超過7.5萬例次微創手術。
1996年初，在伊索機器人的基礎上，開發出了功能強大的視覺系統，推出主從遙控操作的宙斯機器人。宙斯機器人分為Surgeon-side系統和Patient-side系統，Surgeon-side系統由一對主手和監視器構成，醫生可以坐著操控主手手柄，并通過控制臺上的顯示器觀看由內窺鏡拍攝的患者體內情況。Patient-side由用于定位的兩個機器人手臂和一個控制內窺鏡位置的機器人手臂組成。
達芬奇手術機器人是目前全球最成功及應用最廣泛的手術機器人。其也代表著當今手術機器人最高水平，它主要由3個部分組成：
1.醫生控制系統。
2.三維成像視頻影像平臺。
3.機械臂，攝像臂和手術器械組成移動平臺。
實施手術時主刀醫師不與病人直接接觸，通過三維視覺系統和動作定標系統操作控制，由機械臂以及手術器械模擬完成醫生的技術動作和手術操作。
投資觀點
在伊索機器人、宙斯機器人等前代機型的基礎上，美國視覺公司開發的達芬奇手術機器人是目前全世界應用最廣、技術最先進的手術機器人。截止至2014年底，達芬奇手術機器人在全球已安裝了3266臺，完成手術共計約57萬例。
從全球來看，手術機器人產業化和技術突破都正處于甜點期，如達芬奇、Rewalk等優秀科技企業涌現，而部分國內自動化企業依托于科研院所的合作、引進國外技術等資源，也在積極研發醫療機器人產品，處于產業化前期階段。業內人士認為，手術機器人雖然絕對空間更大，但外資份額過高并且處于絕對壟斷地位，競爭格局短期不利于國內企業。
但是，基于廣闊的市場前景和高技術壁壘，建議以科技股的視角看待手術機器人相關國產化企業，重點關注積極研發和投資相關領域、打造醫用機器人平臺的公司 。
其實相比手術機器人，向醫療護理的方方面面滲透的其他領域醫療機器人更加值得投資，包括骨科機器人、胃鏡機器人、診斷機器人、牙科輔助機器人、護理機器人等等，這些品類正在不同的領域里替代醫生經驗和人工護理，提高醫療效率和精確度，并產生了一批精專于某一細分領域的新公司。
細分領域
骨科手術機器人為手術機器人中的一個細分領域。比較著名的有： 1992年的ROBODOC手術系統，由已并入CUREXO科技公司的Integrated Surgical Systems公司發布。
該系統能夠完成一系列的骨科手術，如全髖關節置換術及全膝關節置換術(THA & TKA)，也用于了全膝關節置換翻修術(RTKA)，其包括兩個組件：
一個是配備了三維外科手術前規劃專有軟件的電腦工作站 ORTHODOC(R)。
以及一個用于髖、膝置換術精確空腔和表面處理的電腦操控外科機器人 ROBODOC(R) Surgical Assistant。
該設備已經廣泛用于全球20,000多例外科手術。 德國Orto Maquet公司在1997年推出了CASPAR手術系統，該系統用于THA&TKA中的骨骼磨削，以及前交叉韌帶重建術的隧道入點定位，磨削精度達到了0.1 mm，在歐洲一些醫院里得到應。
牙科輔助機器人是手術機器人另一個細分市場。目前有牙齒美容機器人和義齒機器人。
義齒機器人利用圖像、圖形技術來獲取生成無牙頜患者的口腔軟硬組織計算機模型，利用自行研制的非接觸式三維激光掃描測量系統來獲取患者無牙頜骨形態的幾何參數，采用專家系統軟件完成全口義齒人工牙列的計算機輔助統計。
Sinora齒雕機器人是一款比較典型的牙齒美容機器人,其突破了傳統的牙齒修復方法，利用數字化口腔修復網絡平臺，經3D智能數字化技術系統直接設計，避免因材料或操作造成的誤差，不會發生規定混合物，印模和設定時間有錯誤或不符的現象，從診斷、拍攝、設計、制作、試戴在一個區域內完成，一氣呵成。例如過去需要一周時間來制作的全瓷牙，現在僅需要1小時左右就能完成，“純”打磨時間僅需要8-10分鐘。是目前最有效、最安全的牙齒美容技術。
胃鏡機器人和手術機器人同屬醫療機器人，只是兩者以不同的方式進行“手術”而已。目前，胃鏡機器人以胃鏡膠囊機器人為主。患者只需吞下一顆普通膠囊藥物大小的膠囊內鏡機器人，醫生就能檢查胃和小腸。
該遙控膠囊內鏡機器人集成了各種各樣的傳感器，采用獨創的磁場控制技術，把膠囊內鏡變成了“有眼有腳”的機器人。由于其體積很小，進入體內毫無異物感與不適感，消除患者緊張、焦慮情緒，極大提高了受檢者對檢查的耐受性。
全球研發情況
據WinterGreen Research報告，手術機器人市場規模在2014年為32億美元，報告表示目前北美市場目前為最大市場，而由于政府醫療投入加大，醫療系統重組和人們對微創手術意識加強，未來市場重心將逐漸往亞洲市場轉移。
并且，伴隨著下一代設備、系統和器械的發布，手術機器人將從目前的大型開放手術，覆蓋到身體中的微小部分。預計2021年將達到200億美元。
近20年來，伴隨著技術的突破和醫療水平的前進，手術機器人已完成了三次升級，從單臂機器人伊索到三臂機器人宙斯，直至最先進的四臂機器人達芬奇。
達芬奇系統由美國Intuitive Surgical（ISRG）公司開發和制造，1999年獲得歐洲CE市場認，次年被FDA正式批準投入使用。此手術系統最初主要用于泌尿外科的微創手術，例如前列腺切除手術，現在被越來越多地應用于心外科，婦科以及小兒外科等外科微創手術。
根據IFR發布的統計數據， 2013年全球外科手術輔助機器人總銷售額達14.95億美元，其中達芬奇機器人全球銷售額達 6.33億美元，占比42.43%。截至2014年底，全球共裝機達芬奇機器人3266臺，其中美國2223臺，歐洲549臺，亞洲350臺，我國內地共29臺，其中9臺在北京。
手術機器人系統開發者除了美國Intuitive Surgical公司外，還有剛剛進入手術機器人的老牌醫療公司Stryker。 Stryker公司是全球骨科356億美元市場中最大的公司之一，自從Homer Stryker醫生于1941年研制并生產第一臺產品至今，已擁有30家現代化工廠。公司產品涉及關節臵換、創傷、顱面、脊柱、手術設備、神經外科、耳鼻喉、介入性疼痛管理、微創手術、導航手術、智能化手術室及網絡通訊、生物科技、醫用床、急救推床等。
由于業績良好，史賽克公司分別被美國著名的《財富》雜志及《Business Week》評為財富500強公司及全美50大醫療公司之一。 2014年，公司營業收入96.75億美元，同比增加7.25%；營業利潤22.26億元，同比增加5.50%。此外，公司研發投入穩步增加，占營業收入比重保持5%-6%。
2013年，Stryker以16.5億美元收購Mako外科治療公司及其相關核心技術。Mako總部位于佛羅里達州，其主打產品包括Makoplasty全髖關節臵換系統等。MAKOplasty由具有高精確性的RIO機械臂系統和創新性的髖膝關節假體系統組成，二者突破了傳統工具的限制，用微創的手術方式，精確植入假體，恢復自然的髖關節和膝關節。
MAKOplasty膝關節系統針對早到中期膝關節骨性關節炎患者，可進行單間室或多間室的假體臵換。允許醫生術中實時調整膝關節力線和軟組織平衡。并通過微創的手術方式保留更多骨質和組織，病人恢復更快。 MAKOplasty髖關節臵換手術可以通過機械臂精確限定關節銼進入的深度并指導方向和角度，從而達到手術更加精確和安全的目的。
另外，國際上一些公司已經開始把注意力集中在眼科、神經外科、骨科這些達芬奇系統還未占領的領域,例如CUREXO Technology的ROBODOC外科手術系統、英國Acrobot公司的外科醫療手術系統等。以上提到的手術機器人由于專攻市場小、設備昂貴等缺陷使他們未能在市場上受到特別關注，但也都是手術機器人商品化的成功案例。
國內研發情況
由于目前外科手術機器人生產商的技術和市場壟斷，使得手術機器人的購置費用高、手術成本高、維護費用高。這就直接導致我國醫院手術機器人的普及率遠低于歐美，也不及亞洲日、韓等近鄰。
目前，國內研究人員正在加緊研制各種手術機器人及其輔助設備、耗材。從長遠看，當前的手術機器人技術和市場的壟斷地位可能被打破，手術機器人使用成本的下降是必然趨勢。我國自主研發手術機器人領域起步較晚，仍處于試驗領域。主要有以下幾個研究機構：
a. 海軍總醫院與北京航天航空大學聯合開發的機器人系統CRAS（Computer and Robot Assisted Surgery，CRAS）。CRAS是國內手術機器人系統的先行者，已完成第五代的研制和臨床應用。該系統系統選用PUMA260、262機器人作為系統輔助操作的執行機構。
第一代機器人于1997年5月首次應用于臨床。第二代1999年研制成功，實現了無框架立體定向手術。第五代機器人除了前四代機器人的特點外，自動定位功能更加先進，實現了視覺自動定位，使手術誤差更小，手術操作更加快捷安全。該系統能通過互聯網實施遠程操作手術。
2005年12月12日，在北京與延安之間利用互聯網成功進行了2例立體定向手術。雖然如此，CARS手術機器人在擴大適用范圍和實用性方面還是有許多問題需要解決。
b.2013年11月，國家“863”計劃資助項目——“微創腹腔外科手術機器人系統”，由哈爾濱工業大學機器人研究所研制成功，并通過國家“863”計劃專家組的驗收。
據哈工大機器人研究所的研發人員介紹，國產微創腹腔外科手術機器人系統具有我國自主知識產權，研究人員針對微創外科手術的多種術式，在手術機器人系統的機械設計、主從控制算法、三維（3D）腹腔鏡與系統集成等關鍵技術上都進行了重要突破，并申請了多項國家發明專利。
這個項目的突破被看做是打破了進口達芬奇手術機器人的技術壟斷，將加快實現國產微創手術機器人輔助外科手術。
c. 2014年04月，中南大學湘雅三醫院順利完成了3例國產機器人手術，這是我國自主研制的手術機器人系統首次運用于臨床。該手術機器人就是天津大學研發的具有自主知識產權的微創外科手術機器人系統——“妙手S”。
“妙手S”系統較國外同類產品有三點技術優勢，第一是運用了微創手術器械多自由度絲傳動解耦設計技術，解決了運動耦合問題，固定、防滑、防松，更有利于精度保持。第二是實現了從操作手的可重構布局原理與實現技術，使機器人的“胳膊”更輕，更適應手術的需要。第三是運用系統異體同構控制模型構建技術，解決了立體視覺環境下手-眼-器械運動的一致性。
據了解，“妙手S”外科手術機器人系統將有望3年內投產。
據前瞻產業研究院發布的《2015-2020 年中國醫療器械行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》，2014 年國內醫療器械市場總規模將近2556 億元，但進口醫療器械的進口金額占據中體市場份額40%，其中中高端市場上的醫療器械幾乎被外國廠商包攬，占比超過70%。目前，國產手術機器人還大多處于研發或臨床試驗階段，距離商業化推廣還有一定的距離。
以歷史看未來
從第一臺手術機器人誕生到現在，自動化手術已經走過了近30個年頭。當1985年第一臺手術機器人Puma 560生產出來的時候，生產該機器人的公司出于安全考慮，曾經禁止該機器人被用于手術。但現在，最先進的手術機器人系統每年執行著上萬例各種手術。不禁讓人感嘆醫療技術發展如此之快。
現在，我們仍然很好奇，機器人手術的未來將會是怎樣的情景呢？
現在，全球各地的醫生們正期盼著遠程醫療和遠程手術的發展，那樣的話，一個醫生就可以在另一個城市、另一個州或者另一個大陸為患者做手術。這意味著我們可以在世界的不同地方建立一些手術中心，醫生可以去一個手術中心，坐在控制臺上，而患者則在另一個手術中心，他只需要操控機器人，便可以為患者動手術了。
實際上，2001年的時候，紐約和法國的斯特拉斯堡就通過機器人完成了一次遠程手術。這臺具有開創性特質的手術被成為“林德伯格手術”。雖然手術成功完成，但是影像的傳輸和手術操作卻出現了延遲的現象，這使得遠程手術難以實現。然而，隨著網速的增長和帶寬變得更便宜，延遲的現象毫無疑問會得到改善。
我相信，在未來我們會擁有遠程醫療的條件，醫生可以為世界上其他地方的患者動手術，我并不認為那是個遙不可及的科學幻想，我認為在我有生之年，這將成為現實。并且，遠程醫療的發展同樣意味著醫生之間更高層面的競爭。這會提高外科醫生的準入門檻，讓他們在自己的領域變的最為出色。
另外一種可能是，在未來我們可以只通過單一的創口為患者進行手術，或許可以通過肚臍，插入一支蛇形的機械臂。而現在，為了能夠方便機械臂進入身體，患者的身體上會留下幾處較小的創口。
這項技術的繼續發展將意味著，醫生只需要在患者身體上開一個小洞，然后在插入一支蛇形機械臂就行了，那才是真正的顛覆性技術，這可能會永遠改變手術的性質，這些真的很酷，不是嗎？
