手术机器人的应用现状与未来发展趋势
手术机器人的应用现状与未来发展趋势
手术机器人的基础与优势：空间定位能力提高、计算机强大快速的计算能力、3D数字化医疗影像。
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。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。
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）。
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。
达芬奇系统由美国Intuitive Surgical（ISRG）公司开发和制造，1999年获得欧洲CE市场认，次年被FDA正式批准投入使用。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。
医用机器人手术数量从例达到2016年65万例。80%的前列腺切除手术是由机器人完成的。从全球市场来看，BCG波士顿咨询数据显示，截止2016年1月，全球医疗机器人行业每年营收达到74.7亿美元，预计未来5年年复合增长率能稳定在15.4%。至2020年，全球医疗机器人规模有望达到114亿美元。其中，手术机器人占60%左右的市场份额。截止到2014年年底，直觉外科公司在全球销售了3266台。2015年第三季，中国达芬奇46台，中国有三甲医院1079家，渗透率为4.3%。从另一角度看，这也表明中国的医疗机器人产业还大有可为。
中国手术机器人正在打破“达芬奇”的技术垄断。
2013年11月，国家“863”计划资助项目——“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。
威高集团的“妙手S”微创手术机器人
“妙手S”微创手术机器人是与天津大学合作研发、具有自主知识产权的第三代微创手术机器人，可实现模块化组装。目前已开展腔镜手术机器人技术研究和临床动物实验，顺利完成了胆囊摘除、肠癌根治等复杂临床手术，现在已经成功为六位患者实施手术，标志着我国的腹腔微创手术机器人已进入临床试验阶段。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。
NeuroArm是目前唯一一个兼容MR的立体定向机器人。
Medtech SA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脑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。目前主要用于功能神经外科，包括癫痫、帕金森病的手术。
国内有301、三博脑科医院、天坛医院、宣武医院、沈阳军区总医院等多家医院装备。
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（Computer and Robot Assisted Surgery，CRAS）。CRAS是国内手术机器人系统的先行者，已完成第六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，这就是华志CAS-R-2。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。而北京柏惠维康的Remebot则是第六代产品，具有主动臂及更为智能的操作系统。产品是海军总医院(田增民)、北京航空航天大学（王田苗）、公司三方合作的结果。Remebot在临床研究阶段得到天坛医院、宣武医院、301医院、郑州大学第一附属医院的大力支持。
NeuroBlate(R) System则是应用激光系统的立体定向机器人。
国外产品有以色列Mazor Robotics的脊柱机器人；美国Curexo的关节机器人；美国Mako的关节机器人也有很强的市场发展。
手术机器人的老牌医疗公司Stryker也进入手术机器人市场，其选择的方向则是：骨科。 Stryker公司是全球骨科356亿美元市场中最大的公司之一，自从Homer Stryker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。公司产品涉及关节臵换、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、医用床、急救推床等。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全髋关节臵换系统等。MAKOplasty由具有高精确性的RIO机械臂系统和创新性的髋膝关节假体系统组成，二者突破了传统工具的限制，用微创的手术方式，精确植入假体，恢复自然的髋关节和膝关节。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置换。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髋关节臵换手术可以通过机械臂精确限定关节锉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。
新一代产品天玑是天智航的第三代国产骨科手术机器人，是世界上唯一一个能够开展四肢、骨盆骨折以及脊柱全节段（颈椎、胸椎、腰椎、骶椎）手术的骨科机器人系统。产品由北京积水潭医院(田伟)、北京航空航天大学（王田苗）、北京天智航医疗科技三方联合研发。
天玑骨科手术机器人精准定位误差不到1毫米。日，功能强大的“天玑”正式获得国家食品药品监督管理总局颁发的医疗器械注册证，拿到了正式上市所需的关键“通行证”。“天玑”凭借亚毫米级的高精准度的“眼”和高稳定性的“手”，远远领先于全球同类产品。在临床试验期间，“天玑”的上一代产品就已在全国十多家医院使用，累计手术超过2000例。“玛特I”骨科手术机器人也在跃跃欲试。
由于血管介入手术的发展迅速，以及血管介入应用机器人的良好前景，世界各国都在加快研发用于血管介入手术的机器人。 美国、以色列、日本、德国和韩国相继开展血管介入手术机器人研究。其中Hansen和Corpath得到FDA认证，并积极应用于临床，主要在心脏介入领域。
国家863项目，北京航空航天大学（王田苗、刘达）、北京理工大学（郭书祥）、海军总医院（田增民）与北京医院（王大明）共同研发中国首款血管介入机器人，成功完成全脑血管造影临床手术。
更多的研究团队在加入这个行列。北京天坛医院（李佑祥）与北京理工大学（郭书祥）团队；复旦大学团队（余波）：自主研发国产远程数控血管介入机器人，成功完成动物全脑血管造影手术。系统的专用数字导管头部具有多重关节，各关节可向任意方位弯曲，以适应血管的自然解剖形态；配套导丝和导管均能实现数字化独立旋转与进退，可有效降低腔内操作对血管壁的造成损伤。
中国科学院：这款血管介入手术机器人有着和人的小臂相似的高精度机器臂，它具备基于多数据融合的机器人定位与导航技术，能用激光找准手术点，“医生如果不用这个机器人，需要用上百例动物实验后才能找准手术部位，有了这项技术，就能够通过机器臂感知血管位置和压力，大大提高手术的准确率“。
手术机器人正在渗透各个外科亚专业，包括牙科、眼科、整形外科、移植外科等。
医用机器人手术数量从例达到2016年65万例。80%的前列腺切除手术是由机器人完成的。
机器人手术种类：在普外科中，胃部分切除术、阑尾切除术、胃造口术、乳房切除术等；肝胆外科的胆囊切除术、肝门空肠吻合术、总胆管造口术等；妇产科的子宫切除术、卵巢错位、子宫肌瘤切除术等；泌尿外科中，前列腺切除术、肾切除术、输尿管成形术等；胸心外科的心脏不停跳旁路术、瓣膜修复术、食管肿物切除术等手术,达芬奇手术机器人都可以漂亮地完成。
机器人的最大特点是它具有人不具备的灵巧性，其基础在于：1、震颤过滤系统能滤除外科医生手部颤动；2、动作缩减系统能成比例(5：1)缩减外科医生的动作幅度。
触觉反馈（力反馈）缺少或不足，正在慢慢地随着技术的进步得以提高。
AR和VR，以及混合现实，将可以更方便地应用于外科手术。
未来的方向：未来医用机器人发展还应该更加注重轻量化、精密、灵巧机器人机构构型创新设计；系统集成面向具体的手术流程需求、手术室应用，遥控操作及远程手术操作；高精度3D跟踪定位及可视化技术实现术中实时标定及配准；与互联网和大数据的结合。人工智能的快速进展将开创外科机器人的一片新天地。
远程医疗 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；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。微创理念进一步深化 在未来我们可以只通过单一的创口为患者进行手术，或许可以通过肚脐或血管，插入一支蛇形的机械臂或者微型机器人完成外科手术。
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&&&　　近年来，威高集团坚持产品结构调整，大力开展高科技含量产品的研发，提高威高技术、威高产品生产技术装备水平，由传统的生产加工向智能化制造转变。这项重大转变，为威高技术、威高产品的发展带来了质的飞越。
　　威高集团生产模式向自动化升级 降低成本提升效益
　　在威高集团医用制品公司专用输液器分公司的车间内，技术人员正在对其中一项威高产品--从日本引进的TPE精密输液器生产线设备进行测试，零部件从进料口进入，经过组装、测漏、包装等工序，一支支带有包装的完整产品在出料口被生产出来。
　　据医用制品公司研发部经理陈寿松介绍，同样生产200万支产品，以前需要160个人共同完成，各生产环节之间缺乏关联性，不仅产品有沾染杂质的可能，而且容易造成在制品的积压，生产效率也亟待提升。该生产线正式投入使用后，仅需2名工人在现场进行巡视和操作即可，在高效、节能的自动化设备面前，上述问题都将不复存在。
　　2014年9月，威高集团医用制品公司着手引进武藏野株式会社的TPE精密输液器全自动生产线。该生产线精度为世界最高。该生产线的成功引进，使威高产品、威高技术在组装、测漏、包装等工序实现了全自动化生产，标志着输液器类产品生产从传统手工组装工艺向全自动化生产线的转变，该生产线可节省工人160多名，增加效益720多万元。此举开启了威高输液器类产品全自动化生产的先河，根据规划，输液器分公司今后将引进6条普通输液器自动生产线，实现普通输液器产品的全自动化生产，可节约人工数百名，实现改进效益上亿元，大大降低生产成本。
　　高端威高产品向自主化迈进
　　全自动发光仪AutolumiS 2000自主研发工作的完成是生物科技集团研发中心的成果之一。2015年以前，全自动发光仪由于产品质量出现诸如性能不稳定、检测数值不准确、返修率高等问题，市场销售不理想。
　　由于时间紧迫，研发中心团队的成员们昼夜忙碌，攻克各种技术难关，完成了全自动发光仪AutolumiS 2000的自主研发工作。他们利用有限的资源条件刻苦攻关，在短时间内解决了堵针、结晶、可靠性等重大技术问题，进行了22项重大技术改进。新产品除了外观更加轻便和美观外，还采用了目前医院急需的传感器技术，并且增加了自动清洗功能。新产品在各项性能提高的基础上，成本也大大降低，每年的售后服务成本可降低500多万。该产品研发成功的另一重要意义在于，威高集团掌握了该产品的全部软件源代码及软硬件开发资料，拥有了核心技术，不仅可以随时解决市场上出现的产品技术问题，而且培养了公司自身的研发队伍，为后续的威高产品升级和改进打下了坚实的基础。
　　威高产品、威高技术向智能化提升
　　2015年11月，威高产品&妙手S&微创手术机器人在世界机器人大会上亮相，其创新设计和威高技术水平得到了包括欧洲机器人协会主席保罗在内的专家的赞赏。去年年底，该产品获得国家优秀工业设计金奖。
　　据这项威高技术的研发人员介绍，微创手术机器人是一种新型的智能微创手术系统，医生只需坐在操作台前通过机器上的观察孔来观察3D影像，同时操纵机械臂便可实施手术。该系统不仅适用于常规微创手术，并且能够完成腔镜下难以完成的精准复杂手术，弥补了传统微创手术器械造成手术盲区的缺陷，可以大大减轻患者的疼痛感，并缩短住院时间。
　　威高集团与天津大学合作研发的、具有自主知识产权的第三代微创手术机器人&妙手S&系统，打破了国外技术垄断局面，填补了国内空白，并获得37项国家发明专利。由该机器人衍生出的3D内窥镜及影像系统，将成为世界上第一台3D高清产品。&&&1&&&
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&|&&|&&|&&|&威高研发|生物科技集团自主研发新型设备，促进产业壮大发展
威高研发的力量一直带动着旗下各大产业的发展。生物科技集团近年来大力加快产业结构、产品结构调整，促进产业壮大发展。2016年，生物科技集团专注于医疗设备自主研发，研制研发出了新型医疗设备，改变了威高集团高端设备依靠外部资源的局面，增强了威高研发的信心和决心。威高研发项目从正式启动到产品上市共计不到一年时间，此研发速度在业内也非常罕见。AutolumiS3000系列增加了堵针报警、自动冲洗、RFID扫码批量模式等22项新功能，并且其测试速度相比老型号提高30%。2016年底，威高研发人员对投入市场的发光仪进行了全面回访，收到了很好的反馈，医院老师对仪器的新功能给予了很高的评价，尤其是测试速度的提高更加得到了肯定。其中发出较早的献县人民医院的仪器已经无故障运行了四个月的时间，充分说明了威高研发的AutolumiS3000的稳定性。彩超自主研发样机调试成功。威高原有彩超是与加拿大某公司合作产品，但主要部件非自主研发，后经研发中心团队努力，已经改变该局面，现为威高研发产品，样机也已经调试成功。相较原有产品，威高研发的彩超采用全新工业设计，对各方面进行了优化，外观更加现代美观、结构更加合理；操控盘应用了全新设计，操作使用更加符合医生及操作人员的习惯；主屏由17寸升级为19寸、副屏由8.4寸升级为10.4寸，极大地提升了图像显示效果。2016年8月份，半自动化学发光仪JR-I完成了相关的注册工作，已经上市并生产了40台。“妙手S”微创手术机器人技术让威高研发创新结硕果。2016年，“妙手S”微创手术机器人获得了国家优秀工业设计金奖，并且是9件作品中唯一一个概念奖，还获得了山东省省长杯工业设计大赛金奖。目前“妙手S”微创手术机器人正在送检阶段。威高研发的微创智能握力辅助手套也填补了国内市场空白。该产品应用传感识别以及电机辅助系统，是一种能够帮助手部受损或因其他原因造成手部握力不足的患者将手部作用力放大的装置，属于高端产品，目前处于研发调整调试阶段，预计明年完成注册。
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中国医疗事业正加快转型的步伐，医疗改革效果显著，作为治病救人最重要的医疗器械也在接受着新一轮的考验。作为国内的佼佼者，威高集团正在悄悄对医疗产业进行布局。
手术机器人引领医药行业人工智能
日，随着国务院新一代人工智能发展规划的正式出台，人工智能在中国将迎来高速发展时期，人工智能的迅速发展将深刻改变未来人类社会生活，改变世界。作为国内医疗器械行业的领跑者，威高集团在很早就开始对医疗行业进行了人工智能布局。
在全球范围内，达芬奇手术机器人（da Vinci）目前装机约3600台，其中有2400台在美国装机，我国仅有50台。根据人口数量、常见疾病形式等方面分析，中国对该类手术机器人具有很大的需求。因此，结合中国实际国情，加快手术机器人的国产化步伐是当下最迫切需要解决的问题，这对于提升中国整体治疗水平、促进高端医疗装备发展具有重要意义。
在国家科技支撑计划“腔镜手术辅助机器人系统研制”课题支撑下，威高集团有限公司、天津大学与火箭军总医院等单位联合攻关，在多自由度手术器械、腔镜手术操作平台、主从实时控制、立体影像系统及手术安全等关键技术方面取得突破，成功研制出面向辅助胸腹腔微创手术的腔镜手术机器人“MiroHand”系统，弥补了中国近二十年来在手术机器人领域的空白。
在谈到手术机器人的优势时，威高集团首席技术官吴刚告诉记者，“手术机器人MiroHand系统的诞生，使医生在实施微创手术时恢复了如同开放手术般的操作灵活性与组织处理能力，大大提升了手术效率与质量，降低误操作的几率。”
在采访过程中，张华威还向记者分享了微创手术机器人涉嫌侵权的故事。“在我们研制出微创手术机器人后，美国的达芬奇机器人公司对我们的研究成果表示怀疑，为此甚至用威高研制出的机器人反复进行动物实验，希望在手术过程中寻找侵权的行为，但是结果却失败了。”
“达芬奇机器人虽然早在2000年就开始在手术室中使用，但是这不代表手术机器人这项技术是达芬奇所独有的，威高集团通过借鉴国外的先进技术，在很早以前就开始研制属于自己的手术机器人。假如被别人找到我们侵权的事实，那我们这十几年的功夫算是白下了！”吴刚骄傲地说道。
对于未来人工智能在医疗行业的发展进程，吴刚认为，未来将会有更多种类的手术机器人面世。“鉴于在手术过程中的精准化操作，手术机器人未来将很大程度上提高速度、效率以及成功率，降低因人类操作原因而影响手术结果。”吴刚说，“但这并不意味着手术机器人可以完全代替人类，在面对复杂人体疾病时，机器人并不具备独立思考、制定手术方案的能力。人类和人工智能的结合或许会产生更好的效果。”
创新发展是长远发展的内在驱动力
没有创新就没有竞争力，没有竞争力就没有市场，威高集团自1988年创立以来，始终坚持创新发展的战略方针。在创业之初条件极其艰苦的情况下，陈学利董事长带领员工在厂房中，完成了第一批一次性输液器研究生产，至此开启了威高集团的发展之路。
在医疗行业在国内起步较晚的大背景下，中国在相当长的一段时间内，受困于高端医疗器械被国外发达国家垄断，引进技术和产品的成本非常高，导致患者在高昂的治疗价格前退步。威高集团开拓创新思路，与科研院所联手，形成产学研结合促进威高研发能力的市场化运作机制，为企业长久发展提供智力支持。
谈到威高集团自主研制生产的医疗器械产品，张华威骄傲地告诉记者，“威高最大的价值就是代表民族企业抵抗国外高端医疗器械市场占有率，以心脏支架为例，在国内不能自主生产的时候，心脏支架的价格是3万多一个，在我们成功研制后，心脏支架在医院的价格是每个1万1，每使用一个就节省超过2万元。现在全国一年能够使用90万个支架，仅仅这一项，就能够为国家节省医疗支出接近200亿。”
对于未来的发展策略，威高有着自己的打算。“我们现在开始向国外布局，通过收购兼并海外的医疗器械公司，走向世界，逐渐提高威高在国外的市场份额。威高计划在遵纪守法的基础上，成为受到尊敬的企业。”张华威说。
在掌握超过600项自主知识产权的基础上，如今的威高集团在国际上掌握着发言权，通过与世界银行、美国美敦力公司、美国真视觉公司等知名跨国企业强强联手，在美国、日本、德国等发达国家均设有自己的研发中心，全面吸收世界先进的医疗技术，以引进、吸收、再创新的模式，拉动威高集团企业的自主创新能力，擦亮民族品牌，让全世界看到中国民族品牌的力量。
精益求精是将原本做好的事情发挥到一个更好的状态。在威高，“1”的经营理念深深印在每个员工的心中，从领导到车间生产，各个环节严格把关，即使是万分之一的失误也坚决不允许出现。正是精益求精、追求卓越理念的正确引导，才使得威高在国际舞台上的影响力得到显著提升，逐渐向世界强企迈进。
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