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精锋医疗:打破美国技术垄断,中国手术机器人终将弯道超车

2019-08-30 14:25
动脉网
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2015年,达芬奇手术机器人剥葡萄皮的视频在YouTube上公布,一时技惊四座。而今,现有的手术机器人已经可以做到在不破坏薄膜前提下剥鹌鹑蛋,缝合2毫米超细胶管后无液体渗漏,而这一次,背后技术力量来自国内的器械企业深圳市精锋医疗科技有限公司。

动脉网了解到,精锋医疗研发的单孔手术机器人突破了达芬奇手术机器人在中国的专利封锁,并早在2018年5月就开展了国内首例单孔手术机器人动物试验,目前,精锋医疗样机已经迭代到第三代,预计在两年内推向市场。

精锋医疗单孔手术机器人缝合胶管视频

在我国,发展医用手术机器人被写入了《中国制造2025》中。但直觉外科公司的达芬奇手术机器人在全球垄断了多孔手术机器人市场,累计装机超过5000台,且产品造价高昂。而单孔手术机器人比起目前面市的多孔手术机器人操作臂自由度更高,完成腹腔镜手术时只需要医生在人体上切开一个小孔,在这一还未被占领的细分领域,国产企业更存在新兴技术的弯道超车的可能。

因此,国内有多家机构在进行研发布局单孔机器人,而精锋医疗可以说是国内单孔机器人研发的主力军。

单孔手术机器人临床价值何在?精锋医疗如何实现自主研发?动脉网采访了精锋医疗创始人王建辰。

“刀尖上跳舞”的单孔手术机器人

近期大热的纪录片《手术两百年》,揭示了外科手术的起源、发展,其中第三集《长驱直入》中介绍了开创腹腔镜手先河,让外科手术进入微创时代的德国医学天才库尔特·席姆。

就在上世纪60年代,大开腹手术是解决腹部疾病的唯一方法,即便发现病人腹部有黄豆大小的病灶,也不得不大开腹进行手术。

席姆利用腹腔镜,通过病人腹部打上钥匙孔大小的孔洞,利用前端的光源和镜子,医生可以清晰地观察到病人的腹腔,找到病灶。席姆改造了腹腔镜,让腹腔镜变成了具有剪切、抓取、灼烧功能的手术工具。

腹腔镜手术避免了传统的腹部大切口,只需要在病人腰部作三个1厘米的小切口,各插入一个叫做"trocar"的管道状工作通道,以后一切操作均通过这三个管道进行;再用特制的加长手术器械在电视监视下完成与开放手术同样的步骤,达到同样的手术效果。

库尔特·席姆的发明让腹腔手术进入微创时代,而多孔手术机器人的出现则是再次变革了微创外科手术。多孔手术机器人可以将医生的术中操作视野变大放到了10-15倍,操作臂可以减少医生的手部颤动,大大提高手术精准度,也能减少医生术中疲劳。

对于患者来说,多孔手术机器人手术创伤更小,减少术中组织创伤炎性反应导致的术后粘连,术后预后更加良好。

单孔手术机器人可以说在多孔手术机器人基础上百尺竿头更进一步——将多个切口变为单个切口,进一步减少手术创伤和术中出血量,降低了病人感染几率和恢复成本;体积相对较小,需要手术室空间较小。

单孔手术机器人可以避免多操作臂复杂的术前摆位,简化手术流程,进而减少病人麻醉时间。

王建辰表示:“在手术精准度上,单孔手术机器人的操作臂能够在更狭小的空间内实现7个自由度灵活操作,使得手术操作更精准。在安全性上,单孔手术机器人不会产生术中各机械臂的碰撞干涉,手术安全性更高。”

单孔手术机器人能够实现众多技术突破,但是它也在研发技术上提出了更高的要求。

单孔操作对机械臂灵巧度、精度和力度的设计要求更高,传统机械臂设计方法及控制方法已经无法满足单孔手术机器人的设计需求,只有从原理上创新,才可能取得研发突破并实现单孔机器人落地,这使得整体研发难度大大增加。

为了实现研发突破,精锋医疗组建了一只具有机械、电子、人工智能、材料、医学影像、工业设计等多个交叉学科的团队。目前,精锋医疗申请微创手术机器人相关专利共140余项,其中90%以上为发明专利。

王建辰透露:“比起多孔手术机器人器械具备3个自由度,我们的单孔手术机器人器械拥有6-7个自由度的灵活性,如果要实现六维的移动,那么运动精准度就非常重要。我们在全世界范围内独创了一种基于钢丝传动的多自由度机械设计技术,叫做耦合的九轴联动技术,实现了末端器械的精准运动,其灵巧性和稳定性已经超过了人手极限,最终在微机械臂的性能上有了质的提升,并完全满足了临床需求。”

除了在机械臂上的原创技术,精锋医疗在手术机器人的控制台、成像系统、核心算法上都进行了自主研发,形成了完整自主知识产权。

王建辰表示:“比如在主控台的设计上,我们采用了六维的传感技术采集医生的手部信息,可以使医生的手部运动更加灵巧和舒适。在图像技术上,我们已经做到了从底层技术进行开发,从芯片的应用开始独立开发,在图像系统上,我们也拥有自主知识产权。”

与医生高度合作实现自主创新

如果说以往对于外科手术的革新依靠的天才医生智慧的闪烁,而手术机器人则是通过医生和工程师结合,结合多学科技术重新变革了外科手术。

精锋医疗两位创始人王建辰博士和高元倩博士早在天津大学读硕士开始就专注于研究手术机器人研究并师从中国著名的机器人专家,中国腔镜手术机器人研究的开拓者,天津大学副校长王树新教授。

虽然精锋医疗是一个行业新生儿,但是两位创始人在此领域的研究经验已经超过9年时间。“王教授一步步引领我走在了手术机器人研究的国际前沿上,对我在科学研究能力的挖掘和提升上影响很大”王建辰表示。尚在天津大学读博期间,两人就分别公派留学麻省理工学院和哈佛大学继续博士深造,麻省理工学院也正是达芬奇手术机器人的发源地。2017年回国后,旋即创办了精锋医疗。

谈及为什么选择创业,王建辰表示:“在MIT做联培博士期间,我一直在苦苦追寻,并最终独立完整的攻克了国际最前沿的单孔手术机器人开发技术。MIT导师Hunter教授对我在创业路上的指引起到了非常重要的作用,Hunter教授是MIT非常著名的教授,也是美国著名的发明家、企业家,他自己创立和联合创立了总计25家创业公司,而且崇尚技术改变世界,技术应该通过产品来影响社会,这个理念对我影响很大,也直接激励我走上了创业的道路。同时,我们也非常看好整个手术机器人发展的未来,中国的手术机器人市场甚至说全球市场现在其实还是一片大蓝海,未来的市场要比现在大得多。我们相信手术机器人在未来会像工业机器人在工厂一样普及到手术室中。”

光电技术为外科手术中新力量,但医生依然是手术创新中的核心力量。为了产品设计上可以更贴近医生临床使用习惯、解决医生手术问题,精锋医疗在产品研发过程中一直保持和医生的紧密合作。

王建辰介绍了精锋医疗医工结合的模式:“我们的临床医生顾问团队会来公司进行指导。我们也会定期把我们的工程师派到手术室,让他们亲自去学习手术。这样一来,他们才能真正理解医生的需求和想法。我们目前也和一些顶尖三甲医院展开了合作。”

在核心技术上,精锋医疗坚持自主创新,但在产品设计上,王建辰坦言精锋医疗会更多的关心用户需求,“在核心技术上,我们必须走自主研发的道路,但是我们在产品的使用界面及操作习惯上会更贴近达芬奇手术机器人的设计,这样才让医生从一个平台切换到另一个平台的时候,没有陌生感。”

现阶段,王建辰表示,精锋医疗要做的事情首要是沉下心,专注于真正做出好的产品。所以,精锋医疗的主要任务是将研发成果产品化。

王建辰表达:“我记得任正非先生在一次采访说过,创业公司不用谈方法论,只要专心磨好豆腐总会有人买的。我们在现阶段也只会专注于产品化,专心磨我们自己的‘豆腐’,让产品获得广大临床医生认可。”

文 | 杨雪

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