国产机器人在医疗手术方面的发展与应用

石晓飞

（济南国科医工科技发展有限公司，山东 济南 250013）

1 引言

我国基层医疗存在显著缺口，尤其是基层的医疗手术设施、专业医生人才等资源较为薄弱，同时伴随老龄化日趋增加，医疗健康需求的迅猛增长成为手术机器人研发的超强动力[1]。手术机器人的发展有利于缓解或解决医疗技术供需不平衡问题，大大提高医生诊疗的效率。“十四五”期间进一步制定了机器人产业发展规划[2]，指出高端医疗器械是重点发展方向之一，在创新驱动下面向高端化、智能化方向发展，推动手术机器人装备高质量发展，为建设健康中国、保障人民健康及创造美好生活提供重要支撑[3]。

手术机器人是融合医学、计算机科学和机械学等多学科的新型医疗装备产品[4]，能为医生在进行手术操作时提供帮助支持。手术机器人被用于微创手术[5]等领域，能够辅助外科医生以精准控制、低损伤的方式完成手术过程。我国的创新型手术机器人产业正处于刚刚起步，尚处于部分外科手术的领域范围，市场的产品投入量远少于欧美等发达国家的产品。我国良好政策的支持和先进市场的推动让国产的手术机器人产业奋起直追、力争上游，与国际先进水平竞争。

2 国产手术机器人的必然性

在微创伤手术中，手术机器人通过小切口放入手术器械完成手术，减少了手术伤口和失血量并降低术中感染，会大幅降低术后并发症的风险。微创伤治疗方法使患者产生较少的痛楚，并能使患者得到更快地康复，导致其受欢迎程度不断地增加。在高难度手术中，手术机器人经过计算机算法处理实现细微运动，并能提供高清三维图像，多自由度的灵活机械臂可以配合医生操作，三维高清图放大视野可以实现清晰的组织识别，大大提高手术的精准度。

手术机器人具有的震颤滤除系统是通过计算机特定算法有效地过滤医生手部固有的震颤，使外科医生更轻易地控制手术器械。手术机器人具有的光学导航系统，可以指示植入物放置位置，能够降低医生不慎操作的风险。对于手术医生而言，众多方面人性化的手术机器人受欢迎程度得到大大增加。手术机器人设备的应用将提高医院的竞争力，患者也可能会考虑选择有手术机器人的医院进行手术。

随着机器人辅助手术的需求日益增长，我国政府大力实施多项政策，促进手术机器人行业的快速稳步发展。政策鼓励进口替代，国内手术机器人企业致力于创新，在产品投入使用过程中得到医生的不断反馈，促进产品的优化与升级，国产手术机器人产品的临床工作数据在不断地丰富。国产机器人价格具有明显的优势，达芬奇机器人[6]的价格是几千万元，而国产手术机器人的价格可能会便宜近千万元，通过手术同样在消除患者病痛的前提下，成本优势更易于被患者和医院接受。在利好政策夹持下，手术机器人的应用逐渐普及，技术程度逐渐提升，国产手术机器人的长远规划将从一线城市的大型重点医院扩展到一线城市中小型医院，并逐步拓展到二线、三线城市。

3 国产机器人在医疗手术方面的发展

在国家科技项目的支持下，“医、工、企”三方合作并加深开展手术机器人的研发、工程化应用和临床应用管理，为病人提供精准可靠的手术机器人设备，更加推动了国产手术机器人的发展进程。目前国产手术机器人作为医生手术的辅助器械属于半自动化设备，根据应用领域的分类有骨科手术机器人、神经外科机器人、腔镜手术机器人、血管介入治疗机器人、口腔手术机器人及其他手术机器人。

3.1 国产骨科手术机器人

传统的骨科手术受到术中影像设备及医生技术经验等条件制约，存在定位困难、手术创伤大、植入精度低或并发症多等问题。统计发现，我国的骨科治疗手术需求量呈逐年上升趋势，尤其是体育运动群体导致的骨科伤病需治疗，以及老龄化人口由于骨质疏松发生骨折需治疗等[7]。一方面是患者手术数量的增加，另一方面是医疗资源的缺乏及对精准医疗的需求增加，且从降低民众骨科诊疗价格出发，众多因素助推了国产骨科手术机器人的发展。

国产骨科手术机器人如图1所示。国内企业不断涌现创新型骨科机器人系统并实现其产业化。例如，新型国产骨科手术机器人“天玑”[8]打破了市场的垄断，其临床指标在国际上领先，可以开展四肢骨折手术、脊柱全节段及骨盆骨折手术，采用天玑系列骨科机器人进行的手术量已达到3万例以上。哈工大成功研制了基于6-PTRT型并联机构的机器人实现骨干骨折复位功能。北航研制出双平面导航的机器人系统[9]，用于股骨干骨折的复位，并且正在开展胫骨钉手术、股骨颈空心钉的手术等多方面的临床应用研究。多年研发打造的国产骨科手术机“鸿鹄”获得国家药品监督管理局批准、美国食品药品监督管理局认证和欧洲共同市场安全标识，国产“鸿鹄”手术机器人具备定制化的术前规划，多重安全保护，具有可扩展性和精确的定位补偿，有效提高手术精度。国产品牌铸正佐航-300、鑫君特ORTHBOT机器人作为骨科脊柱手术机器人均已上市。

图1 国产骨科手术机器人

3.2 国产神经外科手术机器人

神经外科手术机器人用于协助医生定位、夹持或固定手术器械等，主要在脊髓、脑部或神经等部位进行手术，通过精确的空间定位来完成经颅磁刺激、深脑刺激、活检手术操作、神经内窥手术或者立体脑电图等的神经外科手术。神经外科手术机器人应用市场广阔，可以辅助治疗包括帕金森病和癫痫病在内的神经系统疾病、脑血管病、脑卒中或中枢神经系统炎症疾病等。

国内的柏惠维康的睿米机器人[10]，是我国首个获批的神经外科手术机器人，融合自由神经导航技术与立体定位技术，能够纠正定位误差，有效地提升手术精度。其中睿米（RM-50）系统采用国产自主研制的核心部件，打破了核心部件被国外垄断的局面。华科精准的SR1-3D神经外科国产手术机器人，内含3D结构光注册模块，克服患者体位限制的问题，打造自动定位的一体化手术平台优势。华志微创CAS-R-2型手术机器人系统采用无框架立体定向技术，具有手术定位精准等特点，解决了手术死角的问题。

3.3 国产腔镜手术机器人

腔镜手术机器人常用于众多微创手术[11]，辅助外科医生进行繁复的开放手术，在胸科、泌尿外科、普外科及妇科手术等范围有广阔的应用前景。腔镜手术机器人具有灵活性强、手术创口小、重复性强、易操作且精度高等优点。当前在国外大多数的子宫癌手术和前列腺切除手术都为手术机器人辅助完成，是当前市场接受度最好的手术机器人。国内巨大的诊疗需求，对于国产化腔镜手术机器人的成长空间形成具有极高明确性，未来的商业化拓展性较强。

上海微创公司研发的图迈二代机器人也用于胸外科、妇科与普外科等手术的临床应用，逐步实现多科室拓展应用。与同类的达芬奇手术机器人相互竞技，拥有明显本土化优势，或将打破达芬奇的长期垄断。微创机器人公司的蜻蜓眼是我国自主研发的电子腹腔镜，应用于检查盆腔、腹部或胸腔等器官范围，属于首批国产商业化三维电子腹腔镜技术，同样打破了国际进口相关腔镜产品长期垄断的受限格局。康多SR1000腔镜手术机器人[12]是首位在单个医院开展手术高达上百台的国产腔镜手术机器人，在泌尿外科领域为国内领先水平。国内威高集团和高校联合研发的妙手S手术机器人[13]属于新一代国产原研手术机器人，成功完成的临床手术有胃穿孔修补术、阑尾切除术和胆囊切除术等，并随着技术发展，能够完成距离相隔几千公里外的远程手术操作。精峰医疗公司的SP1000单孔手术机器人[14]辅助医生在腹腔镜下成功完成卵巢囊肿剥除操作手术，实现国内首例妇科临床试验，通过该手术机器人的协助能降低手术并发症、减少住院时间及美化创口等。

3.4 国产血管介入治疗机器人

血管介入治疗是一种微创方法，结合血管介入机器人[15]逐渐被用于心血管内外科、神经内外科及血管外科等不同范围学科。血管介入机器人能够减少器械或导管与血管壁的接触，具有成像定位精准及操作准确稳定等优点，更有助于减少人员的 X 射线暴露。血管介入机器人可以提高医生操作的舒适感，同时减少其劳动强度，当前在医疗机器人发展领域属于热点研究方向。

唯迈医疗公司研发的ETcath血管介入机器人[16]取得多项血管介入手术机器人的核心技术突破，其全部零部件和关键技术均为企业国产自研，有利于解决原材料和技术“卡脖子”的难题。该手术机器人完成首台经皮冠状动脉介入治疗手术，成功将临床冠脉支架植入并完成临床球囊扩张。国内企业例如爱博医疗、奥朋医疗和润迈德医疗等在血管介入手术机器人系统领域均有自主研发的创新型产品，具有高端制造、系统集成化、精准影像导航、远程操作及减少辐射暴露等优势。梅奥心磁公司走在研发微创精准诊疗一体化的前沿，致力于使导管消融手术成为安全性极高的心脏介入手术。其注重将心脏内科介入手术的价格成本降至最低，同时又有效地提高手术的成功率与安全性。

3.5 国产口腔手术机器人

使用口腔机器人进行种植牙手术，可降低医生对临床经验丰富度的要求，减短了医生的学习曲线，极大地提高了种植效率和精度。瑞医博口腔手术机器人是国内首款自主研发的口腔领域手术机器人，填补国产数字化口腔种植牙空白，医生经培训后可以掌握规范化种植流程。雅客智慧的口腔种植机器人是国产自主式口腔种植系统，全面整合多项现代化技术并攻克了口腔非直视条件下微创手术等问题。不仅满足微创、精准等特点，还提升种植牙手术的效率和安全性。

我国手术机器人是以准确定位功能机器人为开端，逐渐普及操作人性化的机器人系统，在推广中走向大众化。国产手术机器人在更细分的领域逐步取得重大突破，不断地进化升级。

4 国产机器人在医疗手术方面的问题及发展趋势

4.1 当前问题

在技术层面，国产手术机器人可完成相同的操作，但在机械、算法等性能上还存在缺陷，在手术医生操作中较为突显，如延迟响应、卡顿效果及操作顺滑度不高等，会影响到医生的手术体验与顺畅性，而且机器人细节设计需不断改进，要考虑怎样更贴合医生的使用习惯。其次，机器人末端的位姿检测与实时反馈有利于保障机器人的精准度，定位和轨迹跟踪存在误差。还有，患者病因的复杂多样，个体间有明显的差异性，很难形成统一的手术操作标准，由此建立有效的临床标准，并进行参数化或数字化设计是当前待解决的关键问题。手术中涉及的手术机器人操作控制权和安全策略等问题还有待细化规范。

4.2 发展趋势

手术机器人可作为手术室的基础设施，在此基础设施上将会衍生出更多新的、经过改进优化后的手术工具，它不再像是传统的手术钳子等各种夹持工具的具体化，而是将会变成新的一套系统，不断地朝着新方向发展。

1）远程化的发展。结合我国现有5G技术，国产天玑膝关节手术机器人在千里之外顺利完成全膝关节置换手术；国产原研手术机器人已成功实施万里之外远程操控的胆囊切除术，实现超远程机器人对人体肝胆手术零的突破。未来手术机器人结合互联网技术与虚拟现实技术可使主刀医生在远程控制的条件下完成更多繁复的手术，使得身处各地的手术医生之间沟通与协作变得畅行无阻，对于医疗发展贫瘠地区具备有利保障。

2）智能化的发展。国产手术机器人未来发展趋势是在理解和执行医生的指令方面具有更加智能化，人机交互系统满足个性化的差异，动力反馈、路径规划系统等更适用于不同患者。结合临床应用与经验考虑繁多的因素，国产手术机器人发展图像处理技术将实现实时路径规划算法，提高手术全程的安全性，研发设计优化目标以实现对轨迹的高效优化和求解，且融合人工智能辅助诊断、制作个体化手术计划及术后智能评估等全流程，将促进全球医疗技术快速提高。

3）种类多样化的发展。我国人口数量居世界第一，由于常见疾病种类繁多，所以对各专项领域的手术机器人需求巨大。目前国产手术机器人适应的术中治疗范围不够全面，随着手术机器人技术的发展，以及外科医生的培训及患者的接受程度提高，机器人辅助的手术将越来越多样化。医保制度的发展将降低患者支付负担，将提高医患双方对手术机器人的接纳度，更多的手术机器人临床应用也将成为必然趋势，推动我国健康医疗的发展。

5 结束语

经过不断地探索，国产手术机器人逐渐发展应用，但距离常规化和智能化还有很长的距离。国家鼓励相关研发团队提速手术机器人的国产化步伐，通过“医、工、企”交叉的密切协作与创新，将不断完善手术机器人的硬件制造、远程通信及人工智能等各方面技术，将改善医疗技术水平差异并解决医疗资源不均的问题。通过可靠的底层设计和优良的临床效果，国产手术机器人才能更快地放量，才能更好地提升我国整体医用治疗水平，才能更有效地促进我国高端医疗装备的高速发展。