2019 年 中国手术机器人行业概览

报告摘要

手术机器人是融合多学科和多项高新技术为一体,用于手术影像导航定位和临床微创手术的综合化医疗器械。中国手术机器人行业虽然起步较晚,但得益于终端需求的不断扩大、技术水平的持续提升以及国家相关政策的支持,手术机器人行业于2010 年进入快速发展阶段,市场规模持续增长。2014 年至2018 年,中国手术机器人行业市场规模从0.5 亿元人民币增长至1.5 亿元人民币,年复合增长率为39.2%(见图2-4)。未来五年,中国手术机器人行业市场规模仍将保持29.8%的年复合增长率续增长,并于2023 年达到4.1 亿元人民币规模。

中国手术机器人行业市场综述

1.1 手术机器人的定义与分类

医疗机器人是指医院、诊所等医疗机构用于医疗或辅助医疗的专业服务机器人。根据医疗应用领域的不同,医疗机器人可分手术机器人、康复机器人、诊疗机器人、辅助机器人和其他类型医疗机器人。其中, 手术机器人是融合多学科和多项高新技术为一体,用于手术影像导航定位和临床微创手术的综合化医疗器械。

手术机器人通常由医生操控台、机械臂手术系统和三维成像系统三部分组成。外科医生可远离手术台,通过三维成像系统观察病况,控制操纵杆带动手术台上的仿真机械臂完成复杂的手术操作。手术机器人不仅解决了传统开放式手术中存在的定位精准度低、手术耗时过长和缺乏三维高清图像视野等问题,且具有手术成功率更高、创伤面积更小、出血量更少和恢复速度更快的优势。手术机器人是医疗领域的一次革命性创新,随着技术水平的不断进步,手术机器人行业将迎来发展热潮。

经过30 余年的发展,手术机器人已在骨科、脑神经外科、泌尿外科,妇科和普通外科等多个领域有着广泛的应用。按照医疗应用领域划分,可将手术机器人分为骨科手术机器人、神经外科手术机器人、窥镜手术机器人和血管介入治疗手术机器人。

4.1 产品技术落后于国外企业,核心零部件依赖进口

中国手术机器人企业因研发起步时间晚,长期缺乏技术积累、资金和专业人才支持,导
致整体行业的技术水平无法在短期内迅速提高,行业规模较小。手术机器人研发技术壁垒高,
安全性和稳定性需要经过多年的临床试验,中国绝大部分手术机器人依然处于技术研发或临
床试验阶段,未能形成有效的产业化和商业化,未来还需要克服多重困难,完全实现进口替
代尚需时日。

虽然中国企业已经开始自主研发手术机器人,但被视为机器人制造的三大核心零部件:控制器、伺服电机和减速机主要依赖进口,成为制约中国手术机器人行业发展的重要因素。目前本土品牌的手术机器人的核心零部件大量依赖进口,导致采购成本高和生产成本大,在下游推广中缺乏市场竞争力。

4.2 医工结合研发路漫长,复合型人才缺口大除

除薄弱的技术基础和和核心零部件依赖进口的问题,缺乏具有多领域和技术背景的复合型人才和难以突破医工结合的模式是手术机器人行业发展面临的第二大挑战。手术机器人作为终端医疗设备,由医生来进行使用操作,其设计应该以医生使用需求为主要导向。然而,多数研发制造机器人的工程师不了解医学,无法及时、有效地了解医生进行手术操作的需求,会导致闭门造车的情况。反之亦然,医生虽清楚治疗方案和手术流程,却不了解如何运用机器人操作程序完成手术。

手术机器人的研发设计涉及医学、机械制造、人工智能、大数据等多学科交叉,在缺乏复合型人才下,中国手术机器人企业采用医工结合的方式实现手术机器人研发。医生向工程师提供关于产品在功能、安全和工艺方面的需求,随后工程师根据医生的需求进行产品设计方案的初步规划,转化成技术的语言,再变为机器人语言。在研发过程中需经过医生和工程师反复测试和修改,需克服合作中遇到关于医学和理工科在不同层次上重重障碍。医工结合可有效解决中国复合型人才短缺的燃眉之急,但弊端为研发时间成本增加,不利于推进行业的整体发展进程。

现阶段,中国采用医工结合模式的去研发新技术的同时也应该加快培养复合人才。据2017 年教育部发布的《制造业人才发展规划指南》显示,到2025 年,中国机器人领域人才缺口将突破450 万。中国天津大学、南开大学两所高校已在2018 年秋季首次开设智能医学工程专业,首期仅招生30 名。中国虽已具备多元化人才培养体系,但中国高校的智能医疗机器人相关学科设立尚不健全,少量的人才培养不足以支撑巨大的人才缺口。

4.3 成本高昂制约推广应用,安全性问题引发关注

尽管手术机器人具有微创化、精准化和稳定化等优势,但手术机器人前期研发的高成本分摊到患者身上,导致手术价格整体提高。加之,受到机器人本体昂贵和耗材成本费用高的因素影响,患者使用手术机器人进行手术比普通手术治疗价格高出2-3 万人民币。例如,患者在安徽第一附属医院通过国产骨科手术机器人“天玑”进行手术,仅开机费(不包括术中耗材费)就达到2 万人民币。患者在上海做当囊切除手术,普通手术费用大约8000 人民币,然而利用手术机器人辅助手术费用高达3.8 万。由于目前大部分中国机器人手术项目并未被纳入医疗保险的,收入水平一般的患者面对高昂的手术费用,只能对手术机器人服务望而却步。手术机器人的购置费用高,维护费用高和手术成本高等核心因素,导致中国医院手术机器人的应用普及率远远低于欧美日国家。

另外,目前手术机器人的收费方式与标准主要分为3 种,分别是固定开机费另加实际耗材费用、省市固定价格打包收费和自主定价。在不同的省市采用不同的收费方式和标准,机器人手术费用存在较大差异,对设备应用推广也将产生较大的影响。

手术机器人的安全性和应用差异性引发人们广泛的关注。在2000 年到2013 年之间,手术机器人主导进行的手术导致144 名患者致死,1391 病人受伤,期间,共发生8061 次机械故障。中国手术机器人处于发展初期,依然存在精准感控,柔性控制和缺失触觉反馈等问题,这导致患者面对新兴的医疗机器人手术安全性产生怀疑。

在2019 年1 月,国家卫生健康委为规范医疗手术机器人临床应用,提高医疗质量,保障医疗安全,决定成立手术机器人临床应用管理专家委员会。中国手术机器人的临床应用逐渐走向规范化,但距离形成一个完善的应用管理标准和质量控制体系尚需时日。

6 中国手术机器人行业发展趋势

6.1 智能化和远程化

随着人工智能技术进步和不同类型的医疗机器人在全球迅速的发展,智能化和远程化将会是未来手术机器人的发展趋势。目前市面上的大部分手术机器人的触觉反馈系统不完善,无法让医生了解机械操作力度和患者的组织软硬程度,增加了手术不确定性和风险。

结合人机交互系统和智能感知的研究进展可以进一步提高手术机器人的智能化,有利于提升医生做手术时的操作精准度。2019 年,天津大学机械工程学院研发的“妙手”微创手术机器人是中国首台具有触觉功能的柔性手术机器人。与人类医生相比,“妙手”能更精准地控制“刚”与“柔”的力量。它不仅能以柔顺方式经过鼻、口、结直肠等人体自然腔道入口精确抵达病灶,也能使用刚性手术器材进行高强度和力度的手术操作。微创手术机器人的“刚柔并济”能减少体内健康组织破坏程度和表面留下的伤疤面积,实现内外科融合一体的创新手术方式。

“看病难、看病贵”和中国医疗资源明显不均衡一直是困扰人们的难题,结合虚拟现实技术和手术机器人技术实现远程手术治疗成为解决这一问题的有效办法。早在2001 年,美国医生为身处法国的患者进行了世界首例跨洋远程胆囊切除手术。2003 年,中国北京海军总医院和沈阳医院共同完成了中国首次异地遥控机器人手术,但受限于传统的通信网络和机械装备,目前远程机器人手术技术难以得到推广应用。据报道,5G 通信技术的大带宽和低延迟将能有效的解决远程手术操作延迟问题,优化医生的手术体验和提高手术操作准确度,实现远程手术治疗技术的落地普及。在2018 年底,中国医生已完成世界首例5G 远程外科手术动物测试。虽然这次远程手术只运用在一只实验猪上,不过这是中国远程机器人手术领域上的一大突破,从动物实验迈向临床应用指日可待。在未来,利用智能感应、人机交互技术以及5G 通信技术,医生为身在异地的患者进行精准的远程手术和治疗将成为可能。

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