经济学人:好戏开场!「自我学习机器人」已入局医疗手术器械市场

编译 | 张震

编辑| 宇多田

来源 | 经济学人

在外科手术中,人们采用机器人进行辅助已有很长的时间了。到 2016 年,有大约 4000 个机器人分布在世界各地的医院,参加了近 75 万例手术。

在参与的手术中,大部门是有关前列腺和子宫的手术。当然,机器人也会辅助外科医生进行肾脏、结肠、心脏以及其它器官的手术。

令人不可思议地是,这种机器人,绝大多数都是来自一家公司——Intuitive Surgical。

这是一家位于美国加州森尼维尔的公司。2000 年,该公司的机器人医疗设备「达芬奇」,被美国食品药品监督管理局批准使用,从此以后,这家公司的产品就主导了外科机器人市场。

不过,这一状况可能很快就会发生转变。

有两个原因。其一,电子器件的不断微型化使得机器人手臂上安装的线路会更加智能,也更加多样,远超 Intuitive Surgical 研发的产品。这一进步扩宽了外科机器人所能涉及的手术,以及外科机器人的市场规模。

另一方面,外科机器人将会变得更加的普遍。目前,Intuitive Surgical 的很多专利都已过期。其它的到期时间也不远了。结果就是,初创公司和老牌的医疗公司正蓄势以待,将自己的产品推向市场。


达芬奇手术机器人


既然是「机器人」,就说明它可以实现自动化的工作,而不管是达芬奇还是竞争对手的外科机器人,都是由人类外科医生控制。

外科机器人可以帮助外科医生更加精准的运用手中的器械。

达芬奇有四个手臂,三个用来操作微小的手术器械,一个用来操纵摄像头。

外科医生在操作台上,利用操纵杆进行操纵,系统会自动将操作员非刻意的抖动以及器材的震动给过滤掉。

该系统采用匙孔手术 (手术器械通过一个微小的洞进入病人的体内,进行微创手术,无需大的刀口。) 不仅降低了风险,也加快了术后的恢复。

但超过两百万的成本,再加上每年 17 万美元的维护费用,达芬奇显然太过昂贵。如果新一代的外科机器人能有更加低廉的价格,机器辅助外科手术所带来的益处就会更大。

机器手臂和背后的人

今年夏季,英国公司 Cambridge Medical Robotics (CMR) 推出了一款名为 Versius 的机器人,并希望能在明年开始销售。

不同于达芬奇所有手臂都固定在同一个手推车上,Versius 的手臂各自独立,每只手臂均有一个单独的基座。这种手臂很轻小,可以按照外科医生的意愿随意移动,如果有需要,也可以从一个操作台搬到另外一个操作台上去。

此外,医院无需建立一个专门的操作台,手臂的个数也可以依据手术的需要进行调整。


Versius


达芬奇的手臂看起来就像是工业机器人,而 Versius 的手臂则与人类的很像。

它有三个关节,分别是肩膀、胳膊肘和手腕。按照 CMR 首席执行官 Martin Frost 的说法,这样的设计使得外科医生可以采取他们熟悉的角度和动作,而无需从零开始学习机器人进行手术操作的方式。

虽然这种手机具体的定价是多少,公司尚未决定,不过,Frost 认为,采用 Versius 进行手术应该会比单独由人来进行手术高个几百美元。但如果是使用达芬奇的话,差别可能会多大数千美元。

Versius 会与达芬奇在腹部和胸部的手术上展开竞争。而其它公司则想把机器人技术应用到新的领域。

位于意大利比萨附近的一家机器人公司 Medical Microinstruments(MMI)最近展示了一款可进行显微手术的机器人,这种手术一般是外科医生通过显微镜进行受损血管和神经修复的精细手术。

外科医生可以控制横截面只有 3 毫米的机器手腕,而外科手术工具就放在机器手臂的指尖。


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MMI 研发的设备无需操作台。外科医生坐在病人旁边,通过一副操纵杆操作手术器械,操纵杆可以捕捉到医生手的移动,并并将移动的幅度控制在合适的范围之内。

也就是说,医生通过机器人进行的血管上的手术就如同通过显微镜一样灵活。

这种机器人甚至可以用来从事婴儿相关的手术。MMI 的老板 Giuseppe Prisco 观察到,「在婴儿的手术案例中,即使是普通的手术也是显微手术。」该公司目前正在进行临床前的测试。

Prisco 认为,机器人显微手术的市场份额一年近 25 亿美元。

第三家意欲在手术机器人上大展拳脚的是公司是 Auris Robotics 。该公司是由 Intuitive Surgical 创始人之一 Frederic Moll 建立(他在十年前离开了 Intuitive Surgical)。


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Auris 对自己家的机器人何时进入市场闭口不谈,不过公司的专利申请让我们得以一窥公司目前的动态:

Auris 正在研发一款手臂可以灵活移动的系统,摄像头和外科器械直接安装在机器手臂上。机器人可以直接从口中进入病人的身体。

公司今年年初发布的一份声明也证实了这一猜测,他们表示机器人将首次被用来移除肺部的肿瘤。肺癌是世界上致死率最高的癌症,每年有 170 万人因此死亡。

Auris 表示,之所以出现如此之高的致死率原因就在于几乎无法在早期进行干预。打开一个人的胸腔,将肺部一部分器官移除,是一件危险性很高,又很容易留下创伤的事情。

而在肿瘤还是很小的时期,进行手术并不是一个完美的解决方案,因为小的肿瘤并不是说一定就会变大。不过,一旦如此,不过不进行移除就会产生致命的危害,但在肿瘤变大后移除又会极为困难。

Auris 设计的这款机器人,可以缓解这一困境,这款机器人可以将手术器械通过口腔进入气管,然后精准到达受影响的肺部,按照要求切除受感染的组织。

以上的Auris, CMR 和 MMI 三家公司均是初创公司。不过医疗行业两大巨头也加入了这个行业,试图研制更加优良的手术机器人。

一家是世界上最大的医疗器材提供商 Medtronic。另外一家是强生,它与谷歌生命科学部门 Verily 进行合作,组建了一家合资公司 Verb Surgical。

同 Auris 一样,Medtronic 对自己家设计的机器人也是守口如瓶。但它表示,公司的机器人计划在 2018 年开始进行临床应用。与 Auris 也相同的是,我们可以从其它渠道获取一些信息。

Medtronic 已授权德国航空机构研发的机器人 MIRO,在天空中对机械手臂进行远程控制。MIRO 的手臂,重量很轻,并相互独立。通过这一点我们可以猜测这种机器人可以直接固定在操作台上。


MIRO

MIRO 研发的机器人可以使得外科医生通过触觉和视觉进行掌控。其器械装配有重力感应,可以给予操纵杆以反馈,然后在反馈到操作员的手上。

不过,达芬奇机器人就是因为这种触觉的反馈(感受组织柔软度的能力,以及组织对医生手术时器械移动的阻抗)而长期受到人们的批评。例如,外科医生经常会依靠触觉分辨肿瘤组织的好坏。

机器人的自我学习

Verb Surgical 成立于 2015 年,在今年年初向投资者展示了它最新的机器人原型。公司的老板 Scott Huennekens 表尤其示,这种机器适合妇科、泌尿、腹部以及胸腔的手术。

Verb 不仅想要研发一个外科机器,还想要机器人实现自我学习。公司计划将所有售卖的机器通过互联网进行连接。每个机器人都可以记录它所参与手术的数据、视频以及手术的每一个步骤。机器学习算法将会对这些数据进行分析,梳理出最有效的方式。



谷歌的无人驾驶部门为了提高无人驾驶汽车性能,就会收集车辆行驶过程中的数据进行分析。而 Huennekens 也就采用了同样的方式。

公司成立后的几年,在处理了足够多的图像后,该系统就开始帮助外科医生分辨组织的健康与否,查看神经和血管的位置,并作出相应的手术程序设计。

此后很多年,算法又分析了很多有价值的数据,未来,机器人甚至可能帮助医生做出更加复杂的决策,比如,如何处理突发状况,机器手臂在那个位置操作能最为有效,如何切除,切除那些部分等。

值得注意的是,前面提到的公司 Intuitive 也同样也注意到了肺癌市场的规模。

它与中国公司复星医药进行合作,宣布推出一款新的系统,通过提取肺癌早期的活性组织,可以检查肺癌的危险程度。

该公司也发布了一款新版的 da Vinci,命名为 da Vinci X。机器人可能已经在很多领域都有应用,在未来,它还将涉及到更多的领域中去。

入门机器人医疗外科机器人
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