医疗机器人发展趋势(全球医疗机器人产业发展趋势)

二十一、医疗机器人

18.分类:手术、康复、援助、服务

医用机器人是指医疗、保健、助老助残等与人体健康相关的机器人。按照应用场景和国际机器人联合会(IFR)的分类,可以分为手术机器人、康复机器人、辅助机器人和服务机器人四大类。

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19.规模:全球1000亿,中国200亿,国产化率5%。

2019年全球医疗机器人市场规模为156亿美元,2021年预计为207亿美元。2019年中国医疗机器人市场规模为141亿元人民币,2021年预计为200亿元人民币。国产化率仅为5%。

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10.政策:北京上海率先医保。

2021年2月9日,工信部发布《医疗装备产业发展规划(20212025年)》,将手术机器人列为重点发展领域。北京、上海医保局相继将手术机器人纳入医保支付目录,可全额报销。

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31.产业链:上游软硬件,中游本体,下游医院。

医疗机器人技术融合了医学、生物力学、力学、力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机器人学等多门学科,包括材料、光电技术、视觉成像、算法、机械控制、耗材设计等。

工作原理分三步:感知、分析、行动。机器人首先通过传感器系统感知外界环境信息,然后通过人工智能算法分析学习各种信息给出下一步动作指令,最后驱动系统根据指令完成具体动作并实时反馈。

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下面依次介绍。

二十二、手术机器人

32.定义:三类,高清3D成像,安全高效的操作平台,灵活稳定的机械手。

手术机器人属于三类医疗器械,主要用于外科手术,起到辅助或替代医生手术的作用。医生通过清晰的成像系统在控制台上下达指令,灵活的机械臂可以以微创手术的形式进行术中定位、切割、穿刺、止血、缝合等操作,具有三大优势。

高清手术视野:高分辨率的三维(3D)镜头超越了人眼的限制,为手术医生带来了患者体腔的三维高清图像。

50度灵活稳定运行:人手最多可上下翻转180度,机器人手腕可自由旋转540度,同时过滤掉不必要的手抖。

安全高效的操作台:可以减少医生和患者的暴露和感染风险,可以远程坐着操作,提高效率。

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33.分类:内镜、骨科、外星、血管等。

手术机器人根据手术类型可分为软组织和硬组织。从软到硬可分为腹腔镜、自然腔、血管介入、穿刺介入、骨科、神经外科等。最复杂的是腹腔镜机器人。毕竟里面的小玩意很多,危险系数高的是血管介入和超自然,精度要求高的是超自然和骨科机器人。

内窥镜手术机器人是系统最复杂、技术难度最大、临床和商业价值最高的产品。达芬奇手术机器人在美国直觉外科的全球市场占有率为88%。

骨科机器人主要应用于脊柱外科和关节外科,学科成熟,易于替代医生,实现规模化。

神经外科机器人可分为导航定位机器人和开颅机器人。视觉导航功能可以帮助医生解决视野受限的痛点,让定位操作变得简单。

血管介入机器人用于心、脑和周围血管疾病的介入手术。

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14.市场:全球500亿,中国30亿。

2020年,全球手术机器人市场将达到83.21亿美元,其中内镜52.5亿美元,骨科13.9亿美元。从地区来看,46亿美元占55.1%,渗透率为13%,欧盟占18亿美元

微创和精细手术是外科的两大追求,主要包括以下五个趋势。

触觉反馈:传统手术中,医生可以通过皮肤直接感知力度和触觉,从而进行精准手术。手术机器人的力反馈系统通过仪器末端的力传感器模拟并传递电流给医生。触觉反馈是指触觉传感器感知到的顺应性、硬度、质地、温度等。并反馈给医生。

单孔:目前手术机器人需要在病人身上开多个伤口。单孔手术机器人可以将原来的多个手术孔缩减为一个孔甚至一个自然腔,避免了多个手术臂的碰撞和复杂的术前定位,简化了手术流程,从而减少了患者的麻醉时间和失血量,对患者损伤小,恢复快,同时提高了术中安全性,缩短了术后恢复时间。

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远程:远程手术需要4K以上的超高清图像,并与生命监护仪、心电图机、除颤监护仪等设备相连。需要15Mbps~1Gbps的5G网络带宽,延迟1ms,可以使用VR眼镜进行三维观察。

纳米柔性:可通过磁场控制和血管注射在人体内自由移动,将药物靶向输送到人体病灶区域。人体结构复杂,柔性机器人的操作将更方便AI人工智能:自动化手术导航利用AI识别人体器官和手术机械,规划手术路径,预警主动脉等危险区域,利用大数据给出建议。

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36.历史:500年前的达芬奇,2000年的直觉外科,2010年的智航。

50年前,意大利文艺复兴时期的画家、科学家和发明家莱昂纳多达芬奇利用自己的解剖学知识和力学知识,设计出了人类历史上第一台人形机器人。

2000年,FDA批准直观外科达芬奇手术机器人,开启了商业化之路。

2010年,天之航研发制造了中国第一台手术机器人,比美国落后十年。

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17.内镜:全球直观外科,中国微创京丰高伟外科瑞康多

内窥镜手术机器人全称内窥镜手术器械控制系统,由标准的“三件套”控制台、手术机械手和三维成像系统组成。可用于心脏外科、普外科、泌尿外科、胸外科、肝胆胰外科、胃肠外科、妇科等。技术路线是多孔单孔自然腔。

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世界领先的直觉外科达芬奇,加拿大的泰坦医疗,英国的TransEnterix,CMR等。

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直觉外科手术:全球领导者

1995年,直觉外科成立。2000年,FDA批准达芬奇手术机器人上市。2016年,直观复星(复星40%股权)与复星医药合资成立。2019年收入45亿美元,其中耗材24亿美元,净利润14亿美元。商业模式是典型的刀片模式。目前全球安装6335台,年运营量超过120万,全球每26秒就有一台。

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中国微创医疗、京丰医疗、高伟妙手、舒瑞、康多等还没有成为领导者。

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18.骨科:全球史赛克,中国天之行

长期以来,骨科手术一直受到两大问题的限制:视力和运动控制。骨骼内部结构难以看清,结构复杂,容易误伤血管和神经。植入式骨科手术精度要求非常高,人工操作很难控制。适用于外伤、脊柱、关节等手术。

‘输入’

骨科机器人由主控制台、机械臂和光学定位摄像头组成。具体流程如下

1)手术前/手术中,获取患者受伤部位的图像,上传至主控制台,完成识别。医生通过主控制台规划手术路径设计。

2)医生将机械臂拖至手术区域后,机械臂按照规划的手术路径准确定位,完成切割和/或植入。

3)光学跟踪系统负责术中实时定位监测,定位误差实时动态调整,引导机械臂自动调整。

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全球史赛克,美敦力,强生公司;强生、杰迈邦美、施乐等。已经通过收购布局,如Mazor、NuVasive、Think Surgical、Zimmer Biomet等。

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史赛克:整形外科的世界领导者

史赛克是全球最大的骨科医疗设备公司,医疗系统是主要部分(44%),其次是创伤骨科(35%)、神经技术和脊柱(21%)。

2013年以14亿美元收购樱井真子,全球突破1000台,以关节外科为主,市场份额9%

2019年,以5亿美元收购Mobius Imaging和Cardan Robotics,布局骨科和脊柱外科。

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中国天之航、微创医疗、健甲、柳叶刀、三潭医疗、罗森堡、新君特、长木谷、原华智能等

88277田志航:中国的领袖

智航是中国第一家、全球第五家获得产品上市许可的手术机器人企业。联合北京航空航天大学和积水潭医院产学研医学院,共获得171项专利(29项发明),涵盖骨盆、髋臼、四肢等创伤手术和全节段脊柱手术,兼容2D和3D图像配准技术。累计销售机器人107台,在100多家医疗机构完成手术超万例,占200例。

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19.神经外科:全球杰迈邦美、中国百汇维康、华科精密、华智微创。

神经外科主要是针对脑部、脊髓、神经的手术,手术有一定难度,如手术空间小、定位困难等。神经外科机器人主要包括术前规划软件、导航定位系统、机器人辅助器械定位和操作系统。通过对脑部病变的精确空间定位,神经外科医生可以帮助医生夹紧固定手术器械,完成活检、脑深部刺激、经颅磁刺激、立体定向脑电图、神经内镜手术等神经外科手术。

美国的Global Prosurgics探路者,法国的Medtech ROSA,英国的Renishaw NeuroMate,中国的百汇维康,华科精密,华智威创等等。

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10.泛血管介入:全球西门子、中国维迈、艾博、奥鹏和梅奥心磁。

泛血管介入机器人用于心、脑和周围血管相关疾病的介入手术。传统上,医生长期接触X射线会对身体造成很大伤害,医生的疲劳和手部操作不稳定会直接影响手术治疗。血管介入机器人主要包括图像导航系统、机械装置、控制系统和力反馈系统等。它在手术过程中实现导管推进和导航,根据手术前和手术中的图像数据,建立患者血管的三维形态图,并分析血管交叉、弯曲、弹性和斑块的特征。

全球西门子Corindus,Moray,立体定向等。中国维迈医疗、艾博医疗、奥鹏医疗、梅奥心磁等

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11.其他:自然腔,穿刺,中国领先的微创。

自然腔道手术机器人是指通过人体的自然路径进入目标部位,并能被控制进行诊断或手术的机器人。应用于支气管镜(结核)、肠镜、胃镜等。全球直观手术离子,强生公司;Johnson Monarch、MedRobotics、微创外科在中国等。

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手术机器人是通过MRI、超声、CT等影像技术定位目标解剖结构,引导反馈针到达目标解剖结构,辅助完成经皮穿刺手术的机器人。适用于检测早期肺癌、乳腺癌、前列腺癌、肾结石、全球生物机器人、NDR、ISYS、埃达、中国微创、未成年人、京措、Poundce、恒乐等。

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微创医疗:龙头的整体布局

微创医疗机器人成立于2014年,拥有内镜图迈、蜻蜓眼、骨科洪湖、血管介入、自然腔支气管、经皮穿刺五大黄金赛道。是国内最全的医疗机器人公司,2021年10月在港股上市。

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二十三、康复机器人

42.分类:康复,生活援助

康复机器人辅助人体完成肢体动作,实现残疾人行走、康复治疗、负重行走、减轻劳动强度等功能。可分为针对患有脊髓损伤、中风损伤、脑外伤等疾病的残疾人以及瘫痪、老年痴呆症、阿尔茨海默病等失能、失智人群的康复治疗和生活辅助机器人。

生活辅助机器人主要面向老年人和残疾人群体,通常由个人购买,辅助日常生活。对于行动不便的人群,如老年慢性病患者、永久性残疾等,主要包括饮食辅助、行动辅助、医疗保健、智能假肢、智能辅助器具等。

康复机器人主要面向术后康复群体,一般由医院购买。主要包括上下肢康复训练、步态/行走训练、关节训练等。针对脑血管疾病、骨科、工伤等术后康复需求。

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13.市场:全球100亿,中国10亿。

2020年全球康复机器人市场100亿,中国10亿。

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44.工艺:机械本体,运动控制

康复机器人系统的设计可分为机械结构设计、电气和电子控制系统设计、康复训练或辅助方案设计、运动控制策略设计、人机交互软件设计等。

机械设计:综合考虑患者的病情特点、人体关节运动特点、安全舒适性、人机交互等因素,在实现科学康复训练方案的前提下,拓展训练动作维度,提高关节活动度,探索新材料、新技术在康复机械中的应用,使康复机器人机体更加简单轻便,佩戴方便舒适。

运动控制策略设计:控制策略主要分为力控制策略、力场控制策略和生物电信号控制策略。力传感器用于直接检测和控制机器人与患者肢体之间的相互作用力,常用的有力-位混合控制和阻抗控制。

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15.康复:牵引卓刀,悬挂金箭。

康复机器人根据治疗部位的不同可分为上肢康复机器人和下肢康复机器人,根据与人体耦合方式的不同可进一步分为末端驱动牵引式、悬吊式和外骨骼式三大类。

末端驱动上肢康复机器人是一种康复器械,它以并联连杆机构或串联机器人机构为主要机构,支撑并固定上肢功能障碍患者的上肢运动末端,使患者按照预定轨迹或自由轨迹进行被动训练或主动训练,从而达到康复训练的目的。机器人相对独立于患者,通常仅通过患者的手连接到机器人的末端,并在一定程度上支撑前臂。整个结构清晰紧凑,系统整体可靠性高。患者在电脑上使用方便,以多关节复合训练动作为主,可以满足日常生活中最频繁的点对点训练。

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末端驱动式下肢康复机器人,又称坐卧式康复机器人,多用于瘫痪病人和运动功能完全丧失的中风病人的早期康复训练。它的优点在于,患者在运动训练的过程中是坐着、躺着或躺着的,不需要下肢为身体提供支撑。通常用一对脚踏板与患者的脚接触,成本低,操作简单,但只能实现相对简单的训练策略和终端运动轨迹。另一种坐卧外骨骼康复机器人由两条机械腿组成,下肢沿着机械腿并排放置固定,不仅可以方便地实现单关节的运动,还可以完成多个关节的协调训练,但比较麻烦,佩戴时间长。

悬浮式下肢康复机器人通过

佩戴在患者腰部和胸部的挽具,以及连接挽具和头部上方支架的绳索,通过抬起躯干支撑身体重量,保持患者的直立姿势,脚踏板、跑步机或地面与患者双脚相互作用,完成下肢的交替运动。

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瑞士Global Lokomat、德国LokoHelp、美国Robomedica、中国卓道医疗、广州益康、上海傅立叶、AVIC创世、南京埃斯顿、微创、上海电复、苏州浩博、南京维斯、上海金亚等

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道医疗:末端驱动康复机器人的领导者

道医疗成立于2015年。2018年获得国内首张末端牵引上肢康复机器人医疗器械注册证,2020年底获得悬吊式下肢康复机器人注册证,其中ArmGuider?该上肢康复机器人具有灵活机动的悬浮机械臂结构,可以实现上肢丰富的多关节复合训练功能。宁博特?上肢机器人拥有全球首个实现肩部复杂五自由度设计的机械外骨骼结构,SmartSling?下肢康复机器人在国内率先实现髋、膝全自由训练,产品已落地400多家医院。

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上海金亚:悬挂式康复机器人黑马

上海金亚成立于2016年,专注于研发;d、生产销售肢体康复机器人。iReGo下肢康复训练机器人获得国家二类医疗器械证书,集步态分析、行走训练、坐姿训练、平衡训练、游戏训练于一体。双边急停开关、超声波、传感器、减肥绷带、防摔机构等多重保护,为患者提供了足够的安全保障。

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46.外骨骼:机械辅助和电动辅助。

外骨骼外骨骼来源于节肢动物门几丁质的表层,用于保护生物相对脆弱柔软的身体和器官,如蟹、虾的外壳。外骨骼机器人可以为穿戴者提供保护,可以根据人体动作感知并驱动机械关节执行动作,帮助用户跑得更快、跳得更高、承重能力更强。

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上肢外骨骼机器人是一种基于人体仿生学和人体上肢各关节运动机理设计的康复器械,用于辅助上肢功能障碍患者进行康复训练。特殊的机械机构紧贴在上肢功能障碍患者的上肢,患者进行主动和被动训练。

下肢外骨骼机器人是一种能够自行模拟步态的设备,以步态模拟为基础,在各个关节处配备相应的自由度和活动范围。

外骨骼机器人具有辅助替代和训练治疗双重功能。可用于医疗、军事、工业等领域,有望渗透到人类生活的方方面面。

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外骨骼机器人的技术路线分为机械助力和电动助力。机械辅助主要是通过弹簧由机械结构支撑,但功能比较单一,需要自己对外骨骼施加一定的力。使用不方便,电动辅助更有优势,但成本也较高。

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17.外骨骼:环球Rewalk、Ekso、Cyberdyne、中医诚天、工业傲鲨

全球外骨骼机器人有以色列Rewalk、美国Ekso、Indego、Sarcos、SuitX、日本Cyberdyne、新西兰Rex等。

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中国承天、奥莎、艾达、水牛、麦购、维斯、尖叫、麦宝、奇诺、风派、傅立叶等

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成科技:医用外骨骼领导者

成科技成立于2017年,专注于养老、康复等领域。2020年4月,它从中国美国食品药品监督管理局NMPA(原CFDA)获得了第一个用于中枢神经系统病变的下肢外骨骼机器人的II类医疗器械许可证,第二个许可证于2021年3月获得批准,覆盖50多家医院和30,000次试验。

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Ao鲨鱼智能:工业外骨骼领导者

奥厦智能成立于2018年。上肢外骨骼机器人“MAPS Pulse”有四个自由度,由伺服电机驱动。它被应用于汽车工业以提高工人的效率。下肢外骨骼机器人“HEMS Wei”具有六个主动自由度和六个被动自由度。用于力量增强和负重训练,已出货数百台。

看下面这个视频。画面中,他背着三个外卖箱,可以毫不费力地走路和爬楼梯。他的设计重量是16Kg,额定载荷是50Kg,他有12个运动自由度。当他工作时,他通过外骨骼将力量传输到地面。使用者的肩膀只需要承受5 ~ 10kg的力,就像携带笔记本电脑一样。

50公斤弹药箱,两人携带方便。

二十四、辅助服务机器人

18.辅助服务:人工智能诊断、移动

医疗辅助机器人是指能够辅助医疗过程,提高医务人员能力,减少不必要的医疗资源,提高医疗效率和质量的智能医疗机器。可分为诊断机器人和移动机器人。

诊断的辅助昵称是人工智能,可分为影像、IVD和病理。我们会在人工智能章节详细介绍。请持续关注本微信官方账号shichenxing1。

移动机器人用于物流配送、消毒灭菌、温度测量和巡逻等。

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19.市场:10亿

2020年,中国医疗辅助机器人市场规模约为10亿元。

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11.行业:中国领先的诺亚和钛米。

医院物流机器人有诺亚、钛米、猎户星空、赛特智能、伟邦科技、桑谷医疗等。

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诺亚:医院后勤领导者

诺亚医院物流机器人成立于2014年,实现了5G无人驾驶技术运送医院物资,实现了95%医院物资的全院流通配送,已入驻国内100多家头部医院。

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