12月18日，医院，沪上首台达芬奇Xi手术机器人完成了一台具有里程碑意义的前列腺癌根治手术。随着主刀医生的指令，机器手臂在患者狭小的盆腔空间内灵活、精准地展开操作，顺利切除病灶，周围的神经、血管组织得以完整保留。手术用时不到两小时，预计患者术后第二天即可进食和下床行走。
手术机器人，是全球医疗领域新兴发展的方向之一，也是《中国制造》大力发展的重要领域。
目录
一、手术机器人行业概述
1.1手术机器人定义
1.2发展历史
1.3应用范围
1.4细分类别与代表公司
二、国内发展现状
2.1市场扩张迅速
2.2普及率和渗透率较低
2.3产业格局
三、国内手术机器人发展的驱动力和制约因素
3.1驱动力
3.2制约因素
四、手术机器人技术创新
4.1人工智能
4.25G技术
4.3AR/VR技术
4.4纳米机器人
一、手术机器人行业概述
1.1手术机器人定义
手术机器人是集医学、机械学、生物力学、计算机视觉、人工智能等诸多学科交叉的新型研究领域，是目前应用范围最广且最具前景的医疗机器人细分领域。
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，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。
1.2发展历史
从传统的开刀手术到机器人手术，人类历经了近3个世纪。18世纪80年代，维也纳外科医生Billroth首次打开病人腹腔，完成了首例外科手术。年，美国食品药品管理局(FDA)批准达芬奇系统成为美国第一个可在手术室使用的机器人系统。
1.3应用范围
在手术机器人中，腹腔镜机器人是应用最为普遍和广泛的一种，临床应用主要在泌尿外科、心胸外科、妇科等领域。除此之外，手术机器人正在渗透其他各个外科领域，包括牙科、眼科、整形外科、移植外科等。
根据实现的功能，手术机器人可以大致分为两类：
一是主从式操作机器人，一般针对软组织（如心脏、胃肠、肝胆、前列腺、子宫等），主要解决内窥镜下的微创手术操作问题；
二是定位导航机器人，一般针对硬组织（脊柱、颅脑等），主要解决微创手术的定位导航问题。
1.4细分类别与代表公司
1.4.1骨科/神经外科手术机器人
骨科和神经外科手术机器人是针对硬组织的微创外科手术实施系统，其主要功能包括：
影像三维重建和手术规划；
机器人定位导航；
手术操作实施（如关节置换、电极植入等）。
代表公司——ThinkSurgical
ThinkSurgical是一家研发自动型手术机器人的公司，产品可用于关节置换，包括全髋关节置换和全膝关节置换。
商业模式：骨科手术机器人研发生产企业。
盈利模式：设备销售、耗材销售和服务收入。
执行模式：
①融资：年宣布完成1.34亿美元融资；
②采用通用型和自动型设计，由髋关节置换向膝关节置换拓展。
1.4.2腹腔镜手术机器人
腹腔镜手术机器人一般由三部分组成：医生控制台、患者手术平台和影像处理平台。根据进入人体方式，手术机器人可分为多孔和单孔，多孔机器人延续腹腔镜手术操作模式，较为普及。
代表公司——IntuitiveSurgical
IntuitiveSurgical公司于年成立，年公司上市，年开始盈利，是全球商业化最成功的手术机器人公司。
商业模式：手术机器人系统研发生产商。
盈利模式：设备销售、器械耗材销售、服务收入
执行模式：
①专利布局：IS目前在全球和美国拥有多个专利或授权，构建了一定专利壁垒。同时，其早期专利的20年保护期已逐渐到期。
②财务情况：公司业务自上市以来持续增长，毛利率70%左右，净利率25%以上。
截至年9月底，全球共安装达芬奇机器人台，其中美国台（65%），欧洲台（17%），亚洲台（13%，其中中国91台），其他地区台（5%）。
1.4.3介入手术机器人
介入手术机器人有别于外科手术机器人，随着介入手术的普及和推广而发展。血管介入手术机器人主要分为通用型和封闭型。
代表公司——Corindus
CorindusVascularRobotics成立于年5月，致力于研发、制造用于介入治疗的机器人辅助系统。
商业模式：介入手术机器人研发生产商。
盈利模式：设备销售、耗材销售等。
执行模式：
①融资：公司成立至今融资至少1.4亿美元；
②财务情况：年，公司收入万美元，同比增长12%，毛利率万美元，净利润-万美元。
截止年底，CorPathGRX共完成装机52台。
二、国内发展现状
2.1市场扩张迅速
目前暂时难以获得手术机器人的细分市场数据，但根据GrandViewResearch的数据统计，手术机器人在医疗机器人中占比超60%，因此手术机器人的市场前景可从医疗机器人的行业数据中窥得一斑。
我国采用机器人进行外科手术始于年，彼时我国医疗机器人市场规模约仅有0.65亿美元，在全球市场中仅占4.96%左右。但随着我国对于科技创新和智慧医疗的重视和推进，年，我国的医疗机器人市场规模已达5.1亿美元，预计到年，其规模将达到10亿美元。
从全球来看，手术机器人的市场规模保持着11.3%的年复合增长率，预计到年可达总计58亿美元的市场规模。这进一步证明了该行业有巨大的市场潜力。
据pwc估算，手术机器人国内潜在市场约为.73亿元/年，其中泌尿外科和妇科的市场规模为15.73亿元，普外科为58.3亿元，心脏外科为62.7亿元。
2.2普及率和渗透率较低
以手术机器人中最为先进和常见的达芬奇机器人为例，年以后，该机器人的应用大大普及，这也侧面体现出手术机器人广阔的市场空间。但我国的手术机器人渗透率仍处于较低水平。
以年美国达芬奇机器人的使用统计数据为例，在前列腺、恶性自动切除和结直肠手术三个类型中体量分别为7万台、5.5万台和14万台，共计26.5万台，几乎是我国（2.7万台）的10倍；渗透率分别为83%、75%、9%，总体已超50%，而我国这一数据仅为5%。因此，无论从装机量、手术量还是渗透率考虑，我国这一领域还存在着极大的增长空间。
2.3产业格局
2.3.1产学研成果显著
受限于较高的技术门槛，手术机器人的“产-学-研”紧密联系的特征较为明显，目前多为高校科研机构联合将研究成果转化，或者由企业与相关研究单位合作。
以“妙手”系列微创手术机器人为例，该系统是我国计划项目，已医院成功完成了胃穿孔修补、阑尾切除术、胆囊切除术等8例临床手术，且有望在5年内实现其产业化。
得益于我国近年来对这一领域的重视，国内相关研发在新兴技术上也取得了一定的成果：上海交通大学在单孔机器人的研发水平全球领先，有望成为我国医疗及手术机器人实现弯道超车的重要力量；在纳米靶向机器人领域，哈工大和天津大学也相继有重要成果问世，有望为癌症治疗提供颠覆式新技术。
2.3.2地区分布差异明显
受上述产学研特征的影响，该行业在我国也自然呈现出明显的区域格局。目前，手术机器人企业集中分布在京津冀、长三角和东北地区，珠三角地区虽然近年来经济和科技实力发展迅速，但年限尚短，在技术壁垒较高的手术机器人领域相对薄弱。
三、国内手术机器人发展的驱动力和制约因素
3.1驱动力
3.1.1医疗服务需求增加
截至年末，中国65岁及以上老年人口万人，约占总人口的11.94%。据全国老龄办估计，年前后中国老年人口占比将超过1/4，年前后将超过1/3。我国人口老龄化加剧，导致患病率和手术量大幅提升，未来庞大的老年群体对中国医疗服务的可及性和质量提出了更高要求。
此外，二胎*策、城市化推进和人口迁移等多重社会因素同时推动着社会对于医疗服务的需求。
另一方面，国内经济增长以及居民消费水平的提高也刺激着高质量医疗服务需求的增长。年起，中国居民人均医疗保健消费支出保持10%以上的增速，年居民人均医疗保健消费支出达到元。
高需求拉大了医疗供给缺口，而我国医疗供给能力短期内难以实现突破性的提升，缓解供需不平衡最有效的方法是提高医疗供给的效率，手术机器人对医疗效率的提升显而易见。
3.1.2国家相关*策支持
我国高度重视手术机器人产业的发展，面对全球各国手术机器人行业的蓬勃发展和激烈竞争，我国*府和相关机构陆续出台一系列*策方针，以推动中国制造升级，提高中国高端医疗装备的研发技术和产业化水平，为手术机器人产业营造良好的发展环境。
3.1.3技术创新持续赋能
随着纳米技术和内窥镜技术的不断成熟，计算机技术和先进工业技术的不断突破，新型医疗材料和工具的开发及应用，专业人才的队伍不断壮大，我国手术机器人将获得更多技术赋能，手术机器人行业将获得更为宽广的发展空间。
3.2制约因素
3.2.1操作系统精准度壁垒
手术机器人操作平台是由智能机械臂、标志点、光学跟踪定位装置、多功能操作平台、手术规划软件等组合而成。与其他医用机器人相比，手术机器人组合更复杂，技术要求更高。机械臂作为医生的第三只手可帮助医生提高手术精细程度，但其研发周期长、技术难度高，机械臂的精准度是手术机器人最核心的技术壁垒。
3.2.3成果转化路径不够畅通
目前国内手术机器人的主要研发力量集中在高校和科研院所，而研究机构商业化意识弱，产品要真正上市，就要从市场和临床角度去考虑，这需要研发者与企业达成共识，不能只把研究成果局限于学术界。因而，目前我国手术机器人产业发展的难题，归根结底就是产学研成果转化路径不够畅通的难题。
3.2.3用户信任度不够充分
手术机器人的出现仅有近半个世纪的历史，而其技术成熟期也不过一二十年，国内的手术机器人行业尚在探索期，由于手术存在较大的安全隐患和技术风险，患者在选择手术方案时往往很谨慎，大部分患者对手术机器人的信任度较低。因此，对于当前的手术机器人产业来说，加强用户习惯的培养，不断提升客户的信任度至关重要。
四、手术机器人技术创新
随着科技不断创新突破，更多的新技术将应用于手术机器人系统，支持手术机器人迭代完善，最终将出现不依赖人的智能手术机器人。在技术迭代升级过程中，可能的技术创新方向包括：
4.1人工智能
人工智能将应用于手术全流程。术前，AI基于影像数据三维重建患者器官图像，评估病灶并设计手术方案；术中，AI可实现病灶定位识别，实时评估优化手术方式，同时监控手术过程规避危险动作，根据突发情况辅助给出解决方案等；术后，利用智能随访跟踪患者情况，持续评估优化治疗方案。
4.25G技术
5G网络有着大带宽、大连接、低时延的特点，可以满足医疗领域4K甚至8K的超高清手术直播，保证远程传输信号时的稳定、高速，让远程的专家在虚拟环境中也能更好地协作完成手术。年年初，华为成功实现了世界首例5G远程外科手术测试，为50公里外的实验动物进行远程肝小叶切除手术。
4.3AR/VR技术
借助AR和VR技术，三维重建人体器官结构，使医生能够透视器官内部解剖结构，同时依靠AI建立基于生物力学模型的器官变形预测，个性化展现器官动态变化，在医生提拉器官时根据形态变化模拟力反馈和触感，弥补机器人缺乏力反馈和触觉反馈的缺陷。
4.4纳米机器人
纳米机器人是一种借助最先进的芯片和纳米技术，在分子层面上精确地建造和操纵物体的机器人。科学家设想未来将大量创造这种纳米机器人，让它们自动且不间断地在身体内巡逻，寻找各种疾病信号，让诊断更为精确。
结语
在不久的将来，机器人将会越来越多地走进各大医疗机构，而5G、AI等新技术的出现，将会助力机器人在医疗机构开展更多尝试。
手术机器人的技术壁垒高，研发周期和所需资金存在不确定性，存在研发失败、无法获得医疗器械资质、无法被临床接受以及未来竞争加剧等风险；手术机器人的核心零部件目前依赖国外厂商，成本较高，当前国际形势下供应链存在不确定性。
因此，应进一步增强自主创新能力,优化市场准入环境，加强对国产手术机器人的*策扶持，加快关键核心部件研发，促进手术机器人产业的跨越式发展，推动我国制造业迈向价值链的高端。
参考文献
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[3]刘稷轩.手术机器人十大企业介绍[R],.
[4]普华永道.全球手术机器人行业研究报告（精简版）[R],.
[5]沈小琦.手术机器人行业研究[R].高特佳投资,.
[6]中泰证券私募股权团队.医疗机器人行业研究[R],.
小组成员
尚卫卫212487
mail.nankai.edu.cn石秀连212488
mail.nankai.edu.cn石颖颖212489
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