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外科手术是现代医学重要的组成部分，手术机器人的出现不断改变外科手术的形态。与传统外科手术相比，手术机器人可以实现高精度、小创口、少出血、低损伤、快恢复的临床优势，已被越来越多的医生和病人所接受。如今，手术机器人已广泛应用于肝脏外科、泌尿外科、胸外科、耳鼻喉科、妇产科、骨科、小儿外科和心脏大血管外科。据统计，目前全球2%的手术借助手术机器人完成。以达芬奇为代表的腔镜手术机器人是商业化最成熟的品类，截至2020年3月，全球达芬奇机器人安装量已达5669台，累计参与手术达到约720万台。据预测，2018年-2023年，手术机器人行业将达到22.7％的年度复合增长率，2021年全球手术机器人市场规模将达到200亿美元。

当前手术机器人向着实现力触觉反馈和单孔或自然腔道手术机器人进化。如果融入当下最热门的5G和人工智能（AI）技术，手术机器人将有望实现智能化和远程化，智能化将颠覆现有的机器人只用于辅助手术的模式，而远程化是解决医疗资源不均衡的有效办法。鉴于我国在5G和AI领域有一定的竞争优势，将手术机器人和AI以及5G进行融合创新，或许是国内手术机器人企业“突围”的终极方向。

漫漫研发路

1985年，美国洛杉矶医院的医生使用工业机器人Puma560完成辅助定位的神经外科脑部活检手术，这是外科史上第一例机器人手术。1991年，骨科机器人RoboDoc问世，设想借助这款机器人将骨科手术操作标准化，但是由于它体积笨重，且无法适应个体化的人体结构，曾一度被FDA撤销资格。20世纪80年代内窥镜和人工气腹技术走向成熟。1997年，“伊索系统”研制成功，并完成了第一例腹腔镜手术。1998年，美国Computer Motion对“伊索系统”进行一系列的改造，将其升级为一套完整的手术器械机器人系统——“宙斯系统”，它彻底放弃了放弃替代医生和主动操作的思路，变成模拟医生动作的微创手术机器人。20世纪80年代美国的陆军开发项目尝试将手术机器人用于海湾战争与太空站的远程医疗，但受限于当时的网络条件，逐渐放弃了远程而转向辅助手术。在此基础上，1999年，达芬奇手术机器人由Intuitive Surgical研制成功，目前已有四代产品，代表着当今手术机器人最成功的商业化案例。

▲图：国际手术机器人研制里程碑

国内手术机器人研制起步较晚，初期主要是大学、医院等科研机构联合进行探索。1997年，中国海军总医院与北京航空航天大学共同研制出第一台医用机器人CRA-S，并在海军医院神经外科实施了立体定向颅咽管瘤内放射治疗术。2010年，天津大学、南开大学和天津医科大学总医院联合研制“妙手A”腹腔镜微创手术机器人。2010年，天智航公司第一代骨科手术机器人获CFDA批准上市，目前已发布第三代“天玑”骨科手术机器人。

随着创新政策支持和风投资本的涌入，近年来，我国涌现出微创医疗、华志微创、思哲睿医疗、键嘉机器人、华科精准、唯迈医疗等一批手术机器人研制企业。

▲图：我国手术机器人研制历程

“独秀不是春”

按技术类型，手术机器人可分为操作机器人和定位导航机器人；按治疗部位，手术机器人可分为软组织机器人和硬组织机器人。软组织操作类手术机器人领域已被Intuitive Surgical占据，国内手术机器人研制方向大都在硬组织定位导航机器人领域。

▲图：手术机器人分类

在软组织操作机器人领域，Intuitive Surgical凭借达芬奇手术机器人，已经成长为行业龙头。目前，达芬奇手术机器人在前列腺切除手术、子宫切除术、疝修补术等手术中应用最多，未来也会越来越多地应用于心脏瓣膜修复、心脏搭桥等手术中。达芬奇手术机器人成为当前全球市占率最高、应用最广泛的手术机器人。2019年，美国达芬奇机器人手术量达到了88万例，其中普外科占比48%，妇科占比32%，泌尿外科占比16%，三科室合计手术量占比约95%。截至2020年底，中国达芬奇装机量突破200台。国内的软组织操作类手术机器人研制起步较晚，大多公司仍处在研发、动物实验、临床实验阶段，研究方向以单孔、具有柔性机械臂的腹腔镜手术系统为主。精锋医疗的单孔腹腔镜手术机器人研制进度较为靠前，有望填补国内市场空白。

为避免与Intuitive Surgical正面竞争，创新企业大多聚焦定位导航机器人的研制，骨科、神经外科成为主要的细分赛道。医疗科技巨头美敦力（Medtronic）、强生（Johnson& Johnson）、史赛克（Stryker）、捷迈（Zimmer Biomet）等纷纷加入其中，通过收购创新型医疗机器人企业实现快速布局。国内以天智航、华志微创、柏惠维康、华科精准等为代表，已上市的国产手术机器人产品数量已达9个，包含天智航的2款骨科手术机器，柏惠维康、华科精准和华志微创的5款神经外科手术机器人，和柏惠维康的国内首款口腔手术机器人“瑞医博”。

达芬奇手术机器人占据强势的市场地位，可谓“一枝独秀”，但由于外科手术治疗领域广阔、细分赛道众多，其他手术机器人仍有巨大的发展空间。比如，国产骨科手术机器人“天玑”成功实施了世界首例“寰枢椎经关节突螺钉内固定手术”，使得我国自主研发的骨科手机器人达到世界水准；西安交通大学第二附属医院借助机器人“ARTHROBOT”完成全国首例“全髋关节置换手术”，“ARTHROBOT”是由键嘉机器人自主研发的一款七轴髋关节置换手术机器人，较国际上通用的六轴手术机器人具有明显优势。

为手术机器人“插上翅膀”

虽然医疗手术机器人远程应用已有10余年发展进程，但因为网络带宽的限制，长距离空间会出现信号卡顿、反馈迟钝、处理不能实时等问题。2019年，在中国电信5G网络和华为通信技术的支持下，北京积水潭医院机器人远程手术中心完成了全球首例5G骨科手术机器人多中心远程手术。远程手术需要超高清画面（分辨率至少4K）才能让医生看清画面并精确地进行操作。

与此同时，远程手术需要同时连接生命监测仪、心电图机、除颤监护仪和高清视频设备等设备，连接主体数量较多且需要实时同步保证操作的安全性。这要求网络带宽达到15Mbps-1Gbps，延时在1ms左右才能满足相关操作要求，这些只能靠高带宽低延迟的5G网络。

中国大规模5G网络建设为手术机器人远程操控奠定基础。中国从3G跟随，4G并行，到5G实现领跑，拥有全球5G专利数量的1/3，引领了5G的技术、标准、产业和商用进程。截止2020年12月，全球5G基站部署总量已超过102万，中国5G基站超过71.8万个，实现所有地级以上城市5G网络全覆盖，5G终端连接数超过2亿。

中国大规模的5G网络建设为手术机器人的远程化应用打下坚实基础。据了解，在国家卫生健康委和工信部的推动下，全国有20余家医院参与到创建骨科手术机器人应用中心的工作中，将带动300余家医院试点，对提升医疗服务质量、落实分级诊疗制度及医疗技术均质化具有重要意义。

▲图：北京积水潭医院通过5G通信实现手术机器人远程操控

当前的手术机器人只是辅助外科医生进行临床操作，并不能独立自主进行手术的实施。鉴于目前能人工智能的飞速发展，手术机器人技术将于人工智能和数据挖掘相结合，实现自动的诊断与规划。借助机械抓手、传感器、视觉系统和先进的软件，AI手术机器人可以在工作的同时收集并分析周围数据，再做出实时回应和改进。随着执行任务、收集信息的增加，AI手术机器人的算法效率也会提高。我国一些企业和科研团队已经开始探索。

国内创新企业长木谷将顶尖关节外科专家们丰富的手术经验转化为标准算法供人工智能深度学习，研发出AIJOINT人工智能辅助关节置换三维手术解决方案，为骨科关节医生提供覆盖术前规划、术中导航、和术后评估全流程的关节整体解决方案。中国科学院苏州生物医学工程技术研究所高欣团队尝试人工智能赋能持镜机器人，借助深度学习方法，融合区域分割思想与目标搜索策略，提出了一种新型的全自动无标记手术器械视觉追踪方法。2021年3月，在葛均波教授团队的主持下，西门子医疗Corindus途灵™最新一代CorPath®GRX介入手术机器人在海南博鳌超级医院完成其国内首例机器人辅助下冠状动脉介入治疗（PCI）手术，中国介入医疗领域在经过近半个世纪的时间，终于实现了从人到机器人的突破。借助影像识别、影像分解与融合、影像跟踪等技术可以有效应用屏幕上的视觉反馈，并与手术规划及机器人的动作编程相结合，可以达到一定导航功能。

当前，距离基于具有自我学习能力的人工智能手术机器人问世为时尚早，但不断地尝试和探索将加速这一天的到来。

▲图：西门子医疗Corindus途灵™最新一代CorPath®GRX介入手术机器人

外科手术，经历了由传统开放手术到腹腔镜手术再到手术机器人的历史性变革，与AI、5G等信息技术的深度融合，或许是下一次变革的先声。

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