“上帝之手”被垄断了30年

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2019年底,在上海世博园区,一个由工程师控制的机器人正在灵巧地舞动它的机械臂。

在这个庞然大物的手术台上,有一朵花,在两臂之间,微小的雄蕊被巧妙地拨开。

这个名为“达芬奇”的手术机器人第二次出现在世博会上。有了这个复杂的机器人,医生可以进行更精确的手术,减少受伤和出血。

就在一年前,达芬奇手术机器人的第一批专利保护相继到期,这个市值1000亿的市场迅速涌入许多著名的医疗巨头:美敦力、强生、西门子、史赛克等公司投入大量资金争取手术机器人的入场券。

是谁吸引了国际医学巨擘为之奋斗,背后是什么样的神秘海域?

第一部分一次打开60,000件尖端医疗器械

20世纪80年代末,一群科学家开始在斯坦福研究所研发战场手术机器人,希望提高复杂战场的医疗水平,并允许医生远程操作士兵。

这个手术系统引起了美国国防部的注意。很快,项目团队收到了国家卫生研究院的投资,希望他们能尽快设计出一个实际使用的原型。

当时,一些人敏锐地意识到这种复杂技术背后的商机。一家名为直觉手术的公司成立了,这项技术很快就商业化了。垄断手术机器人市场近30年的达芬奇机器人诞生了。

该产品以达芬奇的名字命名,并在开始时向圣贤致敬。500年前,列奥纳多·达·芬奇在图纸上画了第一个机器人的草图,这个草图被后人命名,不仅是为了开创先例,也是为了让外科手术成为一门精致的艺术

达芬奇手术机器人由三部分组成:

1.外科医生控制台:外科医生坐在手术室无菌区外的控制台上,用手和脚控制仪器和3D高清内窥镜。外科器械尖端与外科医生的手同步移动,好像医生的手伸出来了。

2.床边机械臂系统:床边机械臂系统是手术机器人的操作部件,其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。助理医生在无菌区床边机械臂系统旁工作,负责更换仪器和内窥镜,并协助外科医生完成手术。

3.成像系统:手术机器人的核心处理器和图像处理设备安装在成像系统中,成像系统在手术过程中位于无菌区外,可由来访护士操作,并可放置各种辅助手术设备。

核心机械臂系统

许多人直觉地认为手术机器人是为了代替医生对人类进行手术。事实上,手术机器人远非取代医生的专业判断。它的意义在于帮助医生完成传统手持器械难以完成的精细和微创手术。

与传统方法相比,达芬奇机器人首先提供了放大10~15倍的视野,其次增加了手部除颤功能,解决了医生因长期操作而握手的问题。换句话说,手术机器人是一双更精致的假手。

对于病人来说,当手术区域有大量神经末梢或情况复杂时,机器人可以进行比传统手术更复杂的手术,而且伤口小,不良反应率将大大降低。

这也是达芬奇机器人一次能起价高达4万至6万元的原因,但对机器人手术的需求仍然是无穷无尽的。

达芬奇机器人精确地缝制葡萄皮

例如,开胸手术通常需要打开胸腔、分离胸骨和游离肋骨,并且通常通过心肺转流术进行,这种手术创伤大、风险高、恢复时间长。

使用达芬奇机器人是不同的,只需要在肋骨之间做几个小切口,手术就可以成功完成。当然,受限于微创手术和机器人本身所能达到的手术范围,它只能完成一些不复杂的手术。

另一个例子是前列腺手术。由于前列腺位于内腔深处,周围有许多细小的神经,如果进行传统的手术,不仅伤口大,而且手术过程中也不方便。"手必须一直被扭曲。"。通常的前列腺手术不仅增加了手术的难度,也消耗了医生更多的精力。使用达芬奇机器人不仅可以到达人手难以到达的内腔,而且可以手动完成高难度、高精度的操作。

使用机器人后,操作模式将会改变。机器人的应用大大降低了一些手术的难度,医生只需要坐在操作台前面就可以进行操作,从而减少了医生的辛苦工作。

由于伤口小,手术环节相对简单,除了必要的外科医生和助手外,手术所需的医务人员也会减少。特别是在这种流行病的情况下,非接触式医疗受到了极大的关注,让机器人代替体力劳动者来完成接触任务也是对高风险医务人员的保护。

使用达芬奇时的手术场景

目前,医用手术机器人的主要应用领域是泌尿外科和妇科,普通外科位居第三,但增长速度最快。在美国,使用达芬奇机器人进行前列腺手术和子宫切除术已经成为“标准操作”。

然而,这种在医疗领域被称为“上帝之手”的尖端医疗设备已经被一家公司牢牢控制了30年。

在神话,创造财富的“上帝之手”被垄断了30年

2015年,在谷歌成立11周年之际,据华尔街统计,只有13家上市公司的回报率高于谷歌,而专门研究达芬奇机器人的直觉手术就是其中之一。随着十几年的快速增长,直觉手术及其手术机器人已经成为神话吸引资金和致富之王。

直觉手术公司的市值已经达到220亿美元。该公司于2000年6月上市。上市初期,由于技术先进,市场认知度低,股价一度持平,公司市盈率为12倍。从2001年到2004年,国内生产总值保持在10倍以下。

当转折点在2005年到来时,达芬奇机器人被FDA批准用于妇科微创手术,这使得达芬奇手术机器人爆发出巨大的应用前景。今年,直观手术公司的收入同比增长60%,净利润从上一年的2300万美元增长到9400万美元,而股价上涨了三倍,首次超过100美元。

直观手术10年净利润(来源:东西方智库)

直觉手术高达70%的毛利率反复揭示了一个行业的现实。只要你的技术壕沟更深,你就能不断获利。除了美国食品和药物管理局的认证,直觉外科手术的主导地位源于达芬奇机器人在医疗机器人领域真正杰出的事实。

手术机器人的整个研发过程涉及到医学、生物力学、机械力学、材料科学、计算机图形学、计算机视觉、人工智能、数学分析、机器人等多个学科。如果你想进入这个行业,没有几十年的技术积累和雄厚的资金基础是不可能的。

直觉手术公司已经积累了大量资金。根据其年度报告的分析,其在R&D的投资多年来一直居高不下,约占其收入的8%。直觉手术拥有4000多项专利,完全垄断了手术机器人市场。

将手术机器人的核心部件机械臂作为高价值消费品,不仅是直观的手术科研力量的体现,也是其丰厚利润的来源。

达芬奇机器人的机械臂可以达到7个自由度,是对人手臂的完美模拟。这些机械臂有不同的工具,如针托、夹子、剪刀等。,它们的位置可以互换。然而,与此同时,机械臂具有很高的精度,有时可以完成对人手来说太复杂的各种动作。

人类手臂的七个自由度

每个达芬奇机械手的使用次数是有限制的,并且其内置的计数装置在10次后不能使用。根据东西方智库的研究,这是因为高精度的仪器容易损坏,必须更换才能保证手术的安全性,也是直观手术公司稳定的摇钱树。机械臂的价格大约是每只手臂10万,平均每个操作至少需要4只手臂,所以4万~ 6万的启动费用可能就来自这里。

此外,由于机器人的使用使医生缺乏触觉,并且由于在外科手术中使用机器人的微妙性,使用达芬奇机器人必须经过直觉外科公司150小时的培训。医生支付的时间是换成其他机器人的成本。随着直觉手术公司的达芬奇机器人成为一种惯性,达芬奇的市场壁垒建立了。

直觉手术及其达芬奇机器人从一开始就不是一帆风顺的。在2000年上市的最初阶段,直觉手术公司与另一家手术机器人公司——计算机运动公司(ComputerMotion)发生了旷日持久的专利纠纷。

实际上,计算机运动是外科机器人的先驱。1994年发射的伊索机器人是世界上第一个专门为外科手术制造的机器人。《计算机运动》未获奖的原因是它没有得到食品和药物管理局的批准。

到2003年,直觉外科已经获得了它的竞争对手和前身计算机运动,并将其技术移植到达芬奇机器人。直觉外科通过并购消除了最大的竞争对手。

从那以后,达芬奇机器人在市场上已经有十多年了,他们还没有遇到任何竞争对手,并且在微创手术机器人市场上横行霸道。毕竟,人们的专利优势非常强大,足以将所有竞争对手拒之门外。

多年来,世界上主要的医疗巨头一直对外科机器人的肥肉垂涎三尺。直觉手术的第一批专利将在过去两年内到期,主要的医疗器械巨头一直暗流涌动。直观手术的快速发展所隐藏的其他问题也暴露了出来。

一方面,达芬奇机器人的全球推广并不快。从地区分布来看,达芬奇机器人的主要市场仍在美国。随着奥巴马医改在美国的实施,医院在购买高价值设备时会更加谨慎。

如果直觉外科公司想继续稳坐在神话致富的祭坛上,它将面临越来越复杂的挑战。

西方不亮,东方亮。“上帝之手”这一医学概念已经在中国扎根,并在医疗器械领域引发了探索和创新。

第三部分多维竞赛进一步拓展了医疗机器人的手臂长度

中国引进的达芬奇手术机器人只有50多个。一方面,由于达芬奇手术机器人在2018年之前属于甲级大型设备,医院在购买之前必须等待国家卫生和计划生育委员会的直接批准。可以配置什么样的医院以及可以配置多少家医院都有明确的定义。

另一方面,达芬奇在中国售价很高。据《上海科技新闻》报道,达芬奇机器人在海外以约1400万元的价格出售,而在中国的售价高达2000万元。从这个角度来看,开发国产自主手术机器人不仅是进入蓝海市场的一个举措,也是实现中国高端制造业自主化的一个使命。

然而,在自主研发的手术机器人面前的技术差距是相当现实的。达芬奇机器人主要关注的腹腔镜手术是面向人体软组织的,每个病人都有很大的差异,所以医生也要注意切割的先后顺序。

因此,与骨科和神经外科相比,腹部手术对机器人的精度要求最高。如果你不能达到这样的精度,你就不能处理意想不到的情况。这种精确度是怎么来的?只有通过大量的临床总结,反复改进。

目前,在中国拥有独立产权的“妙手S”也已经完成了许多实验操作,但对于工程师来说,赶上已经疯狂奔跑了30年的达芬奇机器人仍然是一个棘手的挑战。

但是中国的外科机器人正试图找到另一种绕过达芬奇擅长的腹腔区域的方法。

在中国,一些转向骨科、神经外科和介入外科的医疗器械企业在手术机器人领域取得了巨大成就。天智行天极骨科机器人和百会伟康瑞米神经外科机器人成功通过三级医疗器械检测,在拓展手术机器人功能边界方面走得越来越远。

可以说,为中国的外科器械行业添加催化剂需要5G技术。

去年6月,北京积水潭医院院长田伟通过5G技术远程交替操作两个天极骨科手术机器人,为山东烟台和浙江嘉兴两个脊柱骨折患者进行了三维定位脊柱螺钉固定手术。总共拧入12个螺钉,定位准确。

这是世界上第一个由5G完成的远程骨科手术,这是外科医学史上的一个里程碑。这不仅意味着用真刀进行远程手术的梦想实现了,还意味着技术已经找到了解决医疗资源不平等的方法。

中国基准达芬奇机器人“妙手S”手术机器人(来源:中国网)

特别是在当前的疫情下,远程医疗逐渐成为人们急需的手段。远程咨询和指导已经逐渐成熟,在5G的祝福下,远程医疗正在成为一种新的趋势。

随着互联网技术的发展,人们可以在网上咨询。余纯博士可以最大限度地减少医疗资源在会诊中的不对称性,实现医疗资源的下沉和无接触会诊。便携式可穿戴设备还允许医疗保健医生远程监控病人的状态并给出医疗保健建议。

但是手术是不同的。外科是最专业的医学环节之一,它受外科医生的影响很大。优秀的医疗资源倾向于在地理上聚集,大多数优秀的医生聚集在大城市。

远程操作是远程医疗最重要的部分,也是最短的缺点。达芬奇机器人最初有一个远程操作模块,但是当他们被介绍到中国时,大多数人没有这个模块。

即便如此,中国正面临着与达芬奇机器人的技术差距。目前,国家政策把支持医疗机器人作为中国工业4.0战略的重要组成部分。随着老龄化社会的到来,中国医疗市场规模迅速扩大,分级诊疗的推广和基层医生的巨大差距也成为机器人研发的强大动力。

如果中国机器人想赶上达芬奇,模仿猫和老虎不是出路,但最合适的办法是找到另一条路,换车道超车。

这种围绕手术机器人的追逐和竞争已经超越了医学领域,这与大国之间的科技博弈有关。

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