手术机器人及血管介入机器人

按照手术部位机器人产品可分为腹腔镜手术机器人、骨科手术机器人、神经外科手术机器人、血管介入手术机器人和口腔手术机器人等。

图：手术机器人分类

血管介入机器人主要是在血管介入手术（主要是心血管介入手术）中实施导管的推进和导航，在术前和术中依据影像数据构建病患血管的三维形态图和分析血管交叉口、弯道、弹性、斑块的特征，从而实现在手术过程中对手术器械的跟踪和定位，有助于大幅提升手术的精准度，同时降低医务人员的劳动强度，也在一定程度上减少了手术对于医生个人技术熟练度的依赖。

从关键组成部件上看，主要包括图像导航系统、机械装置与控制系统和力反馈系统等。其中，图像导航系统能够集成显示导丝和血管，并通过三维血管模型构建确保手术安全性。机械装置与控制系统负责导管的推进与旋转运动，由主刀医生操作和操控。力反馈系统可以准确地感受到导丝在血管中的受力情况，确保在引导图像不够直观的情况下也可以保证导丝的安全介入。

图：Hansen Magellan 机器人  

手术机器人产业链

手术机器人的产业链主要分为上游的原材料、核心零部件，中游的机身组装、系统集成和软件开发等环节，以及下游的终端使用环节。其中技术壁垒最高的产业链环节是处于产业链上游的三大核心零部件，即伺服电系统、减速器和控制器，其市场主要由美国、德国和日本垄断，我国仅能够在控制器领域实现自产。此外，从产品附加值上看，在机器人成本构成中，减速器、伺服系统、控制器分别占35％、20％、15％，三大核心零部件的成本占比达到了70％。

图：手术机器人产业链示意图

上游

手术机器人的上游主要是制造手术机器人的原材料，以及内部控制系统、驱动系统和执行系统的核心伺服系统、减速器、控制器。然而我国手术机器人行业上游的三大核心零部件仅有控制器可实现自产，伺服系统和精密减速器仍以进口为主，成为手术机器人领域的“卡脖子环节”，并且短时间内仍然难以与国际顶尖企业比肩，同时这也是整个机器人行业最难攻克的技术难题。

（1）伺服系统

伺服系统由伺服电机、编码器和伺服驱动组成，主要为机器人的运动提供动力并完成机器人运动。伺服系统是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，除了可以进行速度与转矩控制外，还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。

伺服电机主要布置于机器人运动关节之中，在手术机器人中主要以直流电机为主，其优点是功率更大；编码器安装于电机输出轴，与电机同步旋转，转动的同时将信号传达至驱动器；驱动器根据信号判断伺服电机的转向、转速、位置是否正确，然后进行修正调整，根据指令发出相应控制电流。

图：伺服系统工作流程

目前应用于手术机器人的伺服电机仍然以外国品牌为主，包括德国西门子、瑞士Maxon Motor、日本松下、美国科尔摩根等。其中，欧系伺服系统特点是过载能力高，动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但价格昂贵，体积重量大。日本松下公司推出的小型交流伺服电动机和驱动器颇受市场欢迎。

我国的伺服电机产品在高性能、高可靠性方面与国际品牌存在差距，主要表现在缺乏大功率产品、不够小型化、信号接插件不稳定、编码器精度不足等，此外在核心技术方面当前我国使用的高精度编码器，尤其机器人上用的多圈绝对值编码器严重依赖进口，因此短期内我国在手术机器人领域的伺服电机仍需依赖进口。

（2）减速器

减速器是精密机械工业的巅峰产品之一，由高精度的圆肩、齿轮相互啮合，对材料科学、精密加工设备加工精度、装配技术和高精度检测技术都有极高的要求。

机器人减速器用于提高机器人的动作精确度，由于提供动力的伺服电机转速很高，通常与手术机器人的应用场景不匹配，这就需要减速器来使输出转速降下来，并且在每一个电机处都要配套使用一个减速器。减速器对于机器人的性能、精度和寿命都起着决定性的作用，在手术机器人领域所使用的产品是以“RV（Rotate Vector旋转矢量）减速器”和“谐波减速器”为代表的精密减速器，具有结构紧凑、传递功率大、噪声低、传动平稳等特征，在制造上具有很高的技术壁垒。

图：2020-2021年中国机器人用谐波减速器市场占比

当前全球75％的精密减速器市场被日本的纳博特斯克和哈默纳科占据，其中纳博特斯克垄断了RV减速器市场，哈默纳科垄断了谐波减速器市场，剩余25％的市场由德国、意大利和美国瓜分。

目前我国已有国产的RV减速器上市，在性能指标上短期可以达到要求，但是由于质量控制和制造工艺等问题，国产产品很容易磨损报废，使用寿命太短，因此鲜少被企业选用，我国的手术机器人企业仍然高度依赖进口减速器产品。

（3）控制器

控制器是手术机器人最为核心的零部件，相当于机器人的“大脑”，负责接收各组元信号，并向机器人发布和传递动作指令，对机器人性能具有决定性影响，通常来说机器人的活动的自由度越高，对控制器的性能要求就越高。

控制器由硬件和软件两部分组成，其中硬件就是运动控制卡，包括一些主控单元、信号处理等部分；软件主要包括控制算法、二次开发等。手术机器人企业通常会对控制器进行自主研发，以保证机器人的稳定性和技术体系，因此相比于减速器和伺服电机，国产机器人控制器产品与国外差距较小，但在稳定性、响应速度和二次开发平台的易用性开发方面有待进一步升级。

中游

中游环节除机身组装外，主要包括系统集成和软件开发。其中系统集成主要是根据客户需求完成机器人的组装和调试，相比于核心零部件的设计制造，该环节技术难度较低，企业的议价能力较强。软件开发环节是手术机器人企业核心竞争力的体现，最体现开发者的设计能力，考验开发者对各学科的综合理解能力。

图：手术机器人核心技术

中游环节，我国手术机器人企业正处于企业与高校、医院联合开发到企业主导产业化的过渡阶段，行业已经形成明显的产学研医结合的特征。

下游

在国际市场中，除美国直觉外科公司的达芬奇手术机器人腹腔镜手术机器人领域形成了一家独大的行业格局外，在神经外科、骨科、血管介入、口腔科等手术机器人领域我国企业已具备较强的竞争力，并且在未来将继续持续地发力，有望在国际市场上与外国品牌同台竞争。

从产品端看，手术机器人本身研发周期很长，产业发展速度不及其他领域，同时受到上游核心零部件供应和技术水平的制约，导致我国产品无法进行大规模生产及实现产品降价，进而导致下游应用端的普及率低，当前手术机器人主要应用于全国大型三甲医院中。

从应用端看，国外进口手术机器人价格较高，且耗材和维护费昂贵，同样只有少部分大型三甲医院有购买能力，进口产品的普及率依旧很低。同时，相较于传统外科手术，医疗机器人辅助下的外科手术费用要高出2－3万元，加之医保体系有待进一步完善，患者的支付水平也制约了手术机器人的应用。总体来看我国手术机器人从大型三甲公立医院向基层医疗机构下沉之路任重道远。

血管介入手术机器人发展历程和市场规模

2006年以色列海法医院研制出心血管介入手术机器人Remote Navigation System（RNS），并首次开展临床，成为该领域的起点。

虽然起步晚，但近年来这一赛道已呈加速发展趋势。Frost&Sullivan数据显示，预计2022年全球泛血管手术机器人市场规模约为1.6亿美元，2026年将增长至16亿美元。

图：泛血管机器人的市场规模（百万美元）

根据西南证券报告，国内预计2023年陆续有泛血管手术机器人进行装机，组装量将以148.4%的年复合增长率快速增加，2026年或将突破600台。业内人士认为，血管介入手术机器人还需要大约5年时间可以实现普及应用，经过前期2年的市场教育，之后的3-5年将会加速发展，成为医生的得力助手，让精准医疗更进一步。

预计我国泛血管手术机器人市场规模在2026年可达到约11.73亿元，复合增长率达150%。但是，相对于庞大的市场潜力，目前我国机器人辅助泛血管手术量却很低。2022年我国这一手术量约为1156例，渗透率仅为0.04%，2026年将上升至13.9万例，增长11924%。

血管手术机器人现状

血管手术机器人产品技术创新和临床实用化的门槛较高，商业化难度大，一直属于手术机器人领域的高地，目前获批产品仍然较少，且国外品牌占据绝对的优势。

目前国内企业暂无相关产品获批，奥朋医疗、唯迈医疗、爱博医疗、润迈德、睿心医疗、微创机器人等企业皆有布局。有别于腔镜和骨科领域“一极多元”的局面，血管介入手术机器人领域竞争格局未定，创新技术还在不断涌现，临床优化和应用扩展还在进一步探索，市场仍旧是一片蓝海，充满了巨大机会。

目前各家企业进度差不多，但各家的方案不同，也没有公认的最优解出现，骨科的差异化其实也不明显，但是大家的路径是一致的，就容易比较技术细节上的差距；血管介入机器人各家的路径都不一致，所以就还没到比较技术细节的时候，最优方案都还没确定，现在可能就看看各家的临床进展。

5.血管介入手术机器人应用领域和优势

血管介入手术机器人是医生手、脑、眼的延伸和增强，术前根据影像数据构建患者血管二维或三维图像，在术中进行导管、导丝的精准推进，实现手术器械精准定位和展开。

血管介入手术机器人所涉及的各类手术复杂多样，例如：冠状动脉造影术、PTCA+支架术、二尖瓣球囊扩张术、经导管主动脉瓣置入术、介入射频消融术等；脑血管内介入栓塞、介入溶栓治疗、血管扩张成形术和血管放置支架等；外周血管栓塞术、外周血管消融术、经导管肝动脉化疗栓塞术（TACE）等。这些手术都期待血管介入手术机器人能充分参与，发挥重要作用。不过，即使发展迅速，当前的血管介入手术机器人技术还不能完成上述主要手术，临床适应症相对较少。主要是因为不同的手术临床应用需求相对多样化，同时也需要整体介入诊疗系统的集成，涉及到的耗材更是成百上千种，开发和实际广泛应用的难度很大。

血管介入手术机器人目标是应用于冠状动脉、脑血管、外周血管等相关多种疾病的治疗，相较于传统手术，机器人参与的血管介入手术可以解决不少痛点：