全球手术机器人的发展现状及前景

《全球手术机器人的发展现状及前景》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全球手术机器人的发展现状及前景（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、精品文档 全球手术机器人的发展现状及前景 机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体。 主要用于心脏外科和前列腺 切除术。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术， 完全不同于传统的手术概念， 在世界 微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。 第一代手术机器人已经用于世界各地的许多手术室中。 这些机器人不是真正的自动化机 器人，它们不能自已进行手术， 但是它们向手术提供了有用的机械化帮助。 这些机器仍然需 要外科医生来操作它们并对其输入指令。这些手术机器人的控制方法是远程控制和语音启 动。 虽然说手术机器人比人手有一些优点， 但是要用自动化的机器人在没有人参与的情

2、况下 对人体进行手术，还有很长的一段路要走。但是， 随着计算机能力和人工智能的发展， 在本 世纪将会设计出一种机器人， 可以找出人体中的异常， 进行分析并校正这些异常而不需要任 何人指导。 组成部件 之所以将机器人引入医疗， 是因为在微创手术中， 它们可以实现对外科仪器前所未有的 精准控制。目前为止，这些机器已经用来定位内窥镜、 进行胆囊手术以及胃灼热和胃食管反 流的矫治。机器人手术领域的最终目标是设计一种机器人， 可以用来进行不开胸口的心脏手 术。某制造商表示，仅在美国，机器人设备每年可以用于超过 350万个医疗手术中。机器人。 1、达芬奇手术系统 2、ZEUSM器人

3、手术系统 3、AESOPL器人系统 2000年7月11日，美国食品和药物管理局（FDA）批准了达芬奇手术系统，使其成为 美国第一个可在手术室使用的机器人系统。 由IntuitiveSurgical 公司开发的达芬奇系统使 用的技术使外科医生可以到达肉眼看不到的外科手术点， 这样他们就可以比传统的外科手术 更精确地进行工作。价值 1百万美元的达芬奇系统由两个主要部件组成： 1、外科医生控制台：主刀医生坐在控制台中， 位于手术室无菌区之外， 使用双手（通过 操作两个主 控制器）及脚（通过脚踏板）来控制器械和一个三维高清内窥镜。正如在立体目镜 中看到的那样，手术器械尖端与外科医生的双手同

4、步运动。 2、床旁机械臂系统：床旁机械臂系统（PatientCart） 是外科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。 助手医生在无菌区内的床旁机械臂系统边工作， 负 责更换器械和内窥镜， 协助主刀医生完成手术。 为了确保患者安全， 助手医生比主刀医生对 于床旁机械臂系统的运动具有更高优先控制权。 3、成像系统：成像系统（VideoCart）内装有外科手术机器人的核心处理器以及图象处理 设备，在手术过程中位于无菌区外， 可由巡回护士操作， 并可放置各类辅助手术设备。 外科 手术机器人的内窥镜为高分辨率三维 （3D）镜头，对手术视野具有 10倍以上的放大倍数，

5、能 为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像， 使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作 距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度。 操作方法 外科医生站在控制台边， 离手术台几十厘米远， 透过探视镜向里看， 来研究病人体内的 照相机发送的3-D图像。图像显示的是手术点以及两个固定在上述两根杆端点上的手术仪 器。像操纵杆一样的控制手柄， 位于屏幕的正下方，外科医生用来操作手术仪器。 每次操纵 杆移动时，计算机就向仪器发送电子信号，仪器就和外科医生的手同步移动。 | 另一个即将被FDA批准的 机器人系统是 ZEUS系统，由ComputerMotion公司制作，在欧洲已经可以使用。但

6、是，无论 是达芬奇系统还是 ZEU繇统，用来进行手术计划的每一道程序都必须得到政府部门的批准。 价值75万美元的ZEUS系统与达芬奇的装置类似。它有一个计算机工作站、一个视频显示器 和控制手柄，用于移动手术台上安装的手术仪器。 ZEUS系统目前在美国只被批准用于医疗 试验，而德国医生已经使用此系统进行了冠心病搭桥手术。 ZEU繇统得到了自动化内窥镜定位（AESOP机器人系统白协助。由 ComputerMotion 公司于1994年发布的AESOPS FDA批准使用的第一台可以用于手术室协助手术的机器人。 AESOP：匕达芬奇系统和 ZEUS系统要简单得多。AESOPi本上只是一个机械臂

7、， 用于医生定位 内窥镜——一种插入病人体内的外科照相机。 脚踏板或声音软件用于医生定位照相机， 这就 让医生的手空出来继续进行手术。 加拿大卡尔加利大学日前宣布，该校外科专家加内特 萨瑟兰德博士带领的研究小组与 研制航天飞机机械手的 MD心司合作，研制出名为 神经臂”的外科手术机器人系统。有关专 家认为，该系统将为外科手术带来变革，从而使显微手术产生革命性的突破。 未来研究 外科手术特别是神经外科手术，受到人手准确性的限制。发展于上世纪 60年代的显微 外科技术，使外科医生超越了人手精准、灵活和持久的极限，而 神经臂”系统则又极大地提 高了外科手术的精准率，使外科手术水平从器官级发

8、展到细胞级。 利用该系统，外科医生可 通过操纵计算机工作站，使 神经臂”与核磁共振图像仪协同作战，从而在显微尺度下使用器 械从事微细手术。 据研究人员介绍，神经臂”需要与具有强磁场的核磁共振成像仪一起运行，它的开发是 由包括医疗、物理、电子、软件、光学和机械工程师等的合作进行的。项目启动时， MD心 司的工程人员与卡尔加里大学外科医生一起，确定了设计 神经臂”机器人的技术需求。由于 医生和工程人员仅擅长于各自的专业， 难以沟通，把外科术语翻成技术词汇面临很大的挑战。 目前萨瑟兰德博士的研究小组正与卡尔加里卫生局、 卡大医疗教育的教师合作开展一个培训 项目，对将使用 神经臂”系统的外

9、科医生进行培训。 萨瑟兰德博士表示，他们不仅要研制 神经臂”机器人，还要为其设计一套 医疗机器人教 学大纲。他们希望这一新技术能够在世界范围得到应用。 为实现这一目标，他准备更多地向 学生和年轻专家宣传该技术，因为他们更推崇新技术，也是临床新技术应用的中坚力量。 前景展望 在现在的手术室，一般会有两到三名外科医生， 一名麻醉师和几名护士， 即使是最简单 的手术也需要这么多人。 大多数外科手术需要将近十来个人在手术室。 手术机器人全部都是 自动化的，这会最大限度地减少操作人员。 展望一下未来，外科手术可能只需要一名外科医 生、一名麻醉师以及一到两名护士。 在这个宽敞的手术室中，医

10、生坐在手术室内或手术室外 的计算机控制台前，使用手术机器人来完成以前需要很多人才能完成的手术。 使用计算机控制台从稍远的地方进行手术开创了远程手术的概念， 就是让医生从离病人 很远的地方来进行精密的手术。如果医生不用站在病人的身旁进行手术， 而是在离病人几十 厘米远的计算机台旁远程控制机器人手臂，那么下一步将是从离得更远的位置来进行手术。 如果可以使用计算机控制台来实时移动机器人手臂， 则在加利福尼亚的医生就可以对身在纽 约的病人进行手术。远程手术的主要障碍就是医生手的移动和机器人手臂做出的反应之间的 时间延迟。当前，医生必须与病人同在一室，以便机器人系统可以根据医生手的移动快速做

11、出反应。 手术室中人员的减少以及医生可以远距离对病人进行手术减少了医疗保健的费用。 除了 成本效益高之外，机器人手术还有比传统手术更优越之处， 包括更加精确以及减少病人创伤。 例如，心脏搭桥手术现在需要在病人的胸口 切开”一个30.48厘米长的切口。而如果使用达 芬奇或ZEUS系统，可能是在胸口处做三个切口来进行心脏手术， 每个切口直径仅有1厘米。 因为外科医生做手术时切口非常小， 而不是沿着胸口向下的很长的一个刀口， 病人受的痛苦 也会少一些、流血也会减少，恢复的就快一些。 机器人还使医生在长达几个小时的手术过程中节省了体力。 外科医生在如此长的手术过程中 会很疲惫，结果可能

12、手会颤动。即使最稳定的人手也比不上手术机器人的手臂。 达芬奇系统 经过程序设定可对手的颤动这个缺点进行补偿， 因此如果医生的手颤动，计算机会忽略此颤 动，使机械臂保持稳定。 达芬奇手术机器人治疗疾病的优势： 一、达芬奇手术机器人拥有三维影像技术， 可以向术者提供高清晰的三维影像， 突破了 人眼的极限，并且能够将手术部位放大 10-15倍，使手术的效果更加精准。 二、达芬奇手术机器人的机器手臂非常灵活， 而且具有无法比拟的稳定性及精确度， 能 够完成各类高难度的精细手术。 三、达芬奇手术机器人治疗疾病创伤非常小，不需要开腹，手术创口仅在 1厘米左右， 大大减少了患者的失血量及术后

13、疼痛，住院时间也明显缩短，有利于术后的康复。 近年来，机器人不仅用于工业领域， 在医疗系统也已得到推广应用。 如大名鼎鼎的手术 机器人（SurgicalRobot ）的问世不过短短10年，但同样取得重大进展。目前，关于机器人 在医疗界中的应用的研究主要集中在外科手术机器人、 康复机器人、护理机器人和服务机器 人方面。其中，外科手术机器人是目前应用范围最广且最具前景， 其提供的强大功能克服了 传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题实际上， 手术机器人是一组器械的组合装置。它通常由一个内窥镜（探头）、刀剪等手术器械、微型 摄像头和操纵杆等器件组装而成。 据

14、国外厂商介绍，目前使用中的手术机器人的工作原理是 通过无线操作进行的外科手术， 即医生坐在电脑显示屏前，通过显示屏和内窥镜仔细观察病 人体内的病灶情况，然后通过机器人手中的手术刀将病灶精确切除（或修复）。 这种被国外科学家命名为 MIS的系统是设计一切手术机器人的基础。 以目前各国医院使 用中的达 芬奇手术机器人为例， 只要在病人皮肤表面开一个极小的口子， 将探头塞进体内， 即可观察到病人病灶所在位置，然后再用机器人手中的手术刀将其切除。 DaVinciSi手术机器人手术 此外，手术机器人还可做器官修补、血管吻合或骨磨削等需要十分精细的手术。 近年来， 手术机器人被用于做包括基因移植

15、、 神经手术和远程手术等在内的各种重要手术， 从而大大 提高了危重病人的存活率。 那么，这么厉害的手术机器人发展情况如何？有哪些研发公司？又有哪些细分领域？国 内情况如何？未来将如何发展？别急，听我慢慢道来。 新兴力量 今年3月初，谷歌最新发布的一则通告显示， 公司已同医疗器械公司强生达成合作协议， 将共同研发一款机器人平台，来帮助医生们进行外科手术。据悉，这款机器人手术平台将有 助于外科微创手术技术的的进步，解决病人诸如修疤、疼痛、 恢复期漫长等方面的问题。谷 歌将为这款机器人平台注入视觉系统和图像分析软件，能为外科医生提供更好的视觉空间， 并帮助其获取其他相关信息。 到了 5

16、月中旬的时候，博实股份公告，公司拟投资1亿元，设立全资子公司博实高端医 疗装备有限公司，同时拟通过博实股份或子公司投资微创外科手术机器人及智能器械项目。 2015年7月31日的时候，东京工业大学和东京医科齿科大学创立的 RIVERFIELD公司 宣布，内窥镜手术辅助机器人 EMAROEndoscopeMAnipulatorRObot ”将于2015年8月上市。 EMAR建主刀医生可通过头部动作自己来操作内窥镜的系统，无需助手（把持内窥镜的 医生）的帮助。东京医科齿科大学生体材料工学研究所教授川嵋健嗣和东京工业大学精密工 学研究所副教授只野耕太郎等人，从着手研究到 EMAROb市足

17、足用了约10年时间。 其作为手术辅助机器人， 首次采用了气压驱动方式。 用自主的气压控制技术， 实现了灵 活的动作，在工作中 即使接触到人，也可以躲开其作用力 ”（只野）等，可保证高安全性。 与马达驱动的现有内窥镜夹持机器人相比， 整个系统更加轻量小巧也是一大特点。 该系统平 时由主刀医生由头部的陀螺仪传感器来操作， 发生紧急情况时，还可以手动操作。 可利用机 体上附带的控制面板的按钮来操作。 它诞生的背景是，近年为取代对患者造成很大负担的开腹手术， 使用内窥镜的低创手术 日益普及，就是以 切个1日元硬币的口就可完成全部手术 ”（东京医科齿科大学理事兼副校 长森田育男）为目标的疗

18、法。其典型代表是从在患者腹部切开的小口插入钳子和内窥镜、 切 除癌症等的腹腔镜手术。作为手术辅助机器人代名词的美国直觉外科公司的 达芬奇系统 （daVinciSurgicalSystem ）”也是辅助内窥镜手术的系统。 TiRobot骨科手术 机器人 虽然内窥镜手术日益普及，但内窥镜手术所需要的 助手难以保证尤其，在中小型医 院，助手不足据说是一个严重的问题。 EMAROJ问世就是为了解决这一问题。 据称，RIVERFIELD的机器人钳子系统已在作动物和模拟内脏器官的实验， 正在开发第7 号产品。预定2019年上市。最初考虑用于跟达芬奇系统一样的疾病和手术，原口充满信心 地表示

19、还要推广到达芬奇系统无法应对的领域 超越达芬奇系统的日本产机器人诞生了。 EMARO■成为第一块试金石。 2015年11月，专注于跨境医疗投资的基金汇桥资本集团( AllyBridgeGroup ")宣布， 将以可转债及认股权证的形式对法国公司 MedtechSA投资1500万美元。Medtech是一家创 新的手术机器人系统开发商，目前在泛欧证券交易所挂牌。 MedtechSA成立于2002年，总部设在法国南部蒙彼利埃，是一家全球领先的手术辅助 机器人系统研发商。公司的旗舰产品 ROSA西部机器人已经获得欧洲、美国、中国、加拿大 和澳大利亚的批准。2014年7月，ROSAf

20、柱机器人也已获得 CEmark认证，预计很快将会获 得美国FDA的批准。 目前公司在全球范围内已安装 51个手术系统，分布在全球各大顶级的神经外科中心， 包括克利夫兰诊所和马萨诸塞州总医院。 目前，4家中国顶级的神经外科医院也已安装 ROSA 机器人手术系统 2013年，公司被全球增长咨询公司 Frost&Sullivan 评为神经外科机器人类别的 欧洲I 年度企业” 随着机器人产业的快速发展，医疗机器人的发展已经受到了全球高度关注， 美国已经把 手术治疗机器、假肢机器人、康复机器人、心理康复辅助机器人、个人护理机器人、智能健 康监控系统定为未来发展的六大研究方向。欧洲计划将

21、建立 RoboticsforHealth-care ”网 络，促进医疗机器人在欧洲的发展和应用。 一切事物的发展都有其源头， 在进一步探索手术机器人之前， 我们先来了解一下手术机 器人从伊索到达芬奇的这段发展历程。 全球研发情况 据WinterGreenResearch报告，手术机器人市场 规模在2014年为32亿美元，报告表示 目前北美市场目前为最大市场， 而由于政府医疗投入加大， 医疗系统重组和人们对微创手术 意识加强，未来市场重心将逐渐往亚洲市场转移。 并且，伴随着下一代设备、系统和器械的 发布，手术 机器人将从目前的大型开放手术，覆盖到身体中的微小部分。预计 2021年将

22、达 至ij 200亿美元。 近20年来，伴随着技术的突破和医疗水平的前进，手术机器人已完成了三次升级，从 单臂机器人伊索到三臂机器人宙斯，直至最先进的四臂机器人达芬奇。达芬奇系统由美国 IntuitiveSurgical (ISRG)公司开发和制造，1999年获得欧洲 CE市场认，次年被 FDAE 式批准投入使用。此手术系统最初主要用于泌尿外科的微创手术， 例如前列腺切除手术， 现 在被越来越多地应用于心外科，妇科以及小儿外科等外科微创手术。 根据IFR发布的统计数据，2013年全球外科手术辅助机器人总销售额达 14.95亿美元， 其中达芬奇机器人全球销售额达 6.33亿美元，占比4

23、2.43%。截至2014年底，全球共装机 达芬奇机器人3266台，其中美国2223台，欧洲549台，亚洲350台，我国内地共 29台， 其中9台在北京。 手术机器人系统开发者除了美国 IntuitiveSurgical 公司外，还有刚刚进入手术机器人 的老牌医疗公司 Stryker 。 Stryker公司是全球骨科 356亿美元市场中最大的公司之一，自 从HomerStryker医生于1941年研制并生产第一台产品至今，已拥有 30家现代化工厂。公 司产品涉及关节谿换、创伤、颅面、脊柱、手术设备、神经外科、耳鼻喉、介入性疼痛管理、 微创手术、导航手术、智能化手术室及网络通讯、生物科技、医

24、用床、急救推床等。由于业 绩良好，史赛克公司分别被美国著名的《财富》杂志及《 BusinessWeek》评为财富500强公 司及全美50大医疗公司之一。2014年，公司营业收入 96.75亿美元，同比增加 7.25%;营 业利润22.26亿元，同比增加5.50%。此外，公司研发投入稳步增加，占营业收入比重保持 5%-6% 2013年，Stryker以16.5亿美元收购Mako外科治疗公司及其相关核心技术。 Mako总 部位于佛罗里达州，其主打产品包括 Makoplasty全雕关节谿换系统等。MAKOplasty由具有 高精确性的RIO机械臂系统和创新性的雕膝关节假体系统组成，二者突破了

25、传统工具的限 制，用微创的手术方式，精确植入假体，恢复自然的懿关节和膝关节。 MAKOplasty膝关节 系统针对早到中期膝关节骨性关节炎患者， 可进行单间室或多间室的假体辂换。 允许医生术 中实时调整膝关节力线和软组织平衡。 并通过微创的手术方式保留更多骨质和组织， 病人恢 复更快。MAKOplasty雕关节谿换手术可以通过机械臂精确限定关节锤进入的深度并指导方 向和角度，从而达到手术更加精确和安全的目的。 另外，国际上一些公司已经开始把注意力集中在眼科、 神经外科、骨科这些达芬奇系统 还未占领的领域，例如 CUREXOTechnology的ROBODOC科手术系统、英国 Acrobo

26、t公司的 外科医疗手术系统等。以上提到的手术机器人由于专攻市场小、 设备昂贵等缺陷使他们未能 在市场上受到特别关注，但也都是手术机器人商品化的成功案例。 国内研发情况 由于目前外科手术机器人生产商的技术和市场垄断， 使得手术机器人的购置费用高、 手 术成本高、维护费用高。这就直接导致我国医院手术机器人的普及率远低于欧美， 也不及亚 洲日、韩等近邻。 目前，国内研究人员正在加紧研制各种手术机器人及其辅助设备、 耗材。从长远看，当 前的手术机器人技术和市场的垄断地位可能被打破，手术机器人使用成本的下降是必然趋 势。我国自主研发手术机器人领域起步较晚，仍处于试验领域。主要有以下几个研究

27、机构： a.海军总医院与北京航天航空大学联合开发的机器人系统 CRAS （ComputerandRobotAssistedSurgery , CRAS 。 CRAS1 国内手术机器人系统的先行者，已 完成第五代的研制和临床应用。该系统系统选用 PUMA260 262机器人作为系统辅助操作的 执行机构。］ 第一代 机器人于1997年5月首次应用于临床。 第二代1999年研制成功，实现了无框架立体定向手 术。第五代机器人除了前四代机器人的特点外， 自动定位功能更加先进， 实现了视觉自动定 位，使手术误差更小，手术操作更加快捷安全。该系统能通过互联网实施远程操作手术。 2005 年

28、12月12日，在北京与延安之间利用互联网成功进行了 2例立体定向手术。虽然如此，CARS 手术机器人在扩大适用范围和实用性方面还是有许多问题需要解决。 b.2013年11月，国家863”计划资助项目一一微创腹腔外科手术机器人系统 ：由哈尔 滨工业大学机器人研究所研制成功，并通过国家 863”计划专家组的验收。据哈工大机器人 研究所的研发人员介绍， 国产微创腹腔外科手术机器人系统具有我国自主知识产权， 研究人 员针对微创外科手术的多种术式， 在手术机器人系统的机械设计、主从控制算法、三维（3D） 腹腔镜与系统集成等关键技术上都进行了重要突破， 并申请了多项国家发明专利。 这个项目 的

29、突破被看做是打破了进口达芬奇手术机器人的技术垄断， 将加快实现国产微创手术机器人 辅助外科手术。 c.2014年04月，中南大学湘雅三医院顺利完成了 3例国产机器人手术，这是我国自主 研制的手术机器人系统首次运用于临床。 该手术机器人就是天津大学研发的具有自主知识产 权的微创外科手术机器人系统 一一妙手S”。 妙手S”系统较国外同类产品有三点技术优势，第一是运用了微创手术器械多自由度丝 传动解耦设计技术，解决了运动耦合问题，固定、防滑、防松，更有利于精度保持。第二是 实现了从操作手的可重构布局原理与实现技术， 使机器人的胳膊”更轻，更适应手术的需要。 第三是运用系统异体同构控制模型

30、构建技术， 解决了立体视觉环境下手-眼-器械运动的一致 性。据了解， 妙手S”外科手术机器人系统将有望 3年内投产。 2014年国内医疗器械市场总规模将近 2556亿元，但进口医疗器械的进口金额占据中体 市场份额40%其中中高端市场上的医疗器械几乎被外国厂商包揽，占比超过 70%目前， 国产手术机器人还大多处于研发或临床试验阶段，距离商业化推广还有一定的距离。 以历史看未来 从第一台手术机器人诞生到现在， 自动化手术已经走过了近 30个年头。当1985年第一 台手术机器人Puma560生产出来的时候，生产该机器人的公司出于安全考虑， 曾经禁止该机 器人被用于手术。但现在，最先进的手

31、术机器人系统每年执行着上万例各种手术。 不禁让人 感叹医疗技术发展如此之快。 现在，我们仍然很好奇，机器人手术的未来将会是怎样的情景呢？ 现在，全球各地的医生们正期盼着远程医疗和远程手术的发展， 那样的话，一个医生就 可以在另一个城市、另一个州或者另一个大陆为患者做手术。 这意味着我们可以在世界的不 同地方建立一些手术中心， 医生可以去一个手术中心， 坐在控制台上，而患者则在另一个手 术中心，他只需要操控机器人，便可以为患者动手术了。 实际上，2001年的时候，纽约和法国的斯特拉斯堡就通过机器人完成了一次远程手术。 这台具有开创性特质的手术被成为 林德伯格手术虽然手术成功完成，但

32、是影像的传输和 手术操作却出现了延迟的现象， 这使得远程手术难以实现。然而，随着网速的增长和带宽变 得更便宜，延迟的现象毫无疑问会得到改善。 在未来我们会拥有远程医疗的条件， 医生可以为世界上其他地方的患者动手术， 我并不 认为那是个遥不可及的科学幻想，我认为在我有生之年， 这将成为现实。并且，远程医疗的 发展同样意味着医生之间更高层面的竞争。 这会提高外科医生的准入门槛， 让他们在自己的 领域变的最为出色。 另外一种可能是，在未来我们可以只通过单一的创口为患者进行手术， 或许可以通过肚 脐，插入一支蛇形的机械臂。而现在，为了能够方便机械臂进入身体， 患者的身体上会留下 几处较小的创口。 这项技术的继续发展将意味着， 医生只需要在患者身体上开一个小洞， 然后在插入一支 蛇形机械臂就行了， 那才是真正的颠覆性技术，这可能会永远改变手术的性质， 这些真的很 酷，不是吗？ 11欢迎下载 欢迎您的下载, 资料仅供套考! 致力为企业和个人提供合同协议， 策划案计划书，学习资料等等 打造全网一站式需求