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外科手术机器人用一种更接地气的方式解读智

发布时间:2021/5/1 9:48:00   点击数:
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毫无疑问,人工智能(ArtificialIntllignc,英文缩写AI)是当今全世界最前沿最热闹的阵地,除去炙手可热的智能交通和无人驾驶,医疗界无疑是人工智能领域最有前途和价值的金矿。

一个当下最出名的案例是,美国北卡罗林那大学医学院专家让IBM的Watson智能平台(注:Watson得名于IBM创始人ThomasJ.Watson,Watson平台是一个集群,一共有个节点。设计目标是能解答人类语言自然表达的提问,懂得分析大量非结构性数据,拥有自我学习能力,并能实时回应的计算机)分析诊断了超过例癌症病例,结果发现在超过99%的病例中Watson给出了和人类肿瘤科专家一样的治疗方案。一位患有急髓白血病的东京女性已经被医生判了死刑,但是Watson在10分钟内阅读了相关的米厚的医学资料,给出治疗方案救活了她。这一事件让全人类震惊。

类似这样智能医疗方面的论述,市面上的文章可谓是汗牛充栋。虽然阿尔法狗斩杀人类棋手如切西瓜一般手起刀落,且据说Dpmind通过智能电力管理技术已经让谷歌的4亿英镑收购款回本,但毕竟人工智能还刚处于实际运用的起步阶段。IBM的Watson据称拥有包括肿瘤和基因遗传服务、医疗成像服务,生命科学服务等六大健康AI板块,IBM自身也为此持续投入上百亿美元的资金,但毕竟人工智能,特别在医疗领域离普罗大众还有一定距离。

在这里,我们换个方式,从智能医疗分支的应用领域:外科手术机器人入手,以小见大,一叶知秋。结合港、中、美三地相关上市公司的年报与数据,以更接地气的方式挖掘出人工智能医疗正在或者将要实现的投资价值。

▌一、外科手术机器人领跑者:达芬奇

早在年,美国人就尝试用Puma工业机器人辅助进行脑组织活检,它可以精确控制神经外科活检。这也是手术机器人最初的雏形和探索。

(Puma工业机器人)

三年后的年,Puma被用在了前列腺手术中。该系统也促成了PROBOT的出现,它是一个专门为前列腺手术设计的系统。也是真正意义上的第一台专门用于手术的外科机器人。

直到年,美国ComputrMotion公司研制的伊索(Asop)持镜机器人,实现了比人更精确、一致的镜头运动,迈出了机器人微创手术系统研发关键的一步。但它并不能独自执行指令进行手术操作,而只是一只“扶镜”的电子机械手。

年,ComputrMotion再祭出宙斯(Zus)机器人外科手术系统,尝试用于微创手术。

(宙斯(Zus)机器人外科手术系统)

到了上世纪九十年代末,真正的大杀器,达芬奇手术机器人横空出世,彻底改变了外科手术的操作模式。该产品由直觉外科(IntuitivSurgical)研发生产,其设计理念是通过使用微创的方法来实施复杂的外科手术。

直觉外科公司(IntuitivSurgicalDvicsInc纳斯达克:ISRG)成立于年,总部位于美国加利福尼亚州阳光谷。一开始公司就引入了风险投资,投资者包括菲尔德基金、塞拉利昂资本和摩根斯坦利。

达芬奇手术机器人的技术源于拥有官方背景的斯坦福研究院(SRI),上世纪80年代末的时候,一群科学家在斯坦福研究院开始了外科手术机器人的研发,初衷是要研制出适合战地手术的机器人。而手术机器人“达芬奇”得名于年前画家达·芬奇在图纸上画出的最早的机器人雏形。后人以此为原型设计出了用于医学手术的机器人,并以“达芬奇”的名字命名。年达芬奇手术机器人被美国药监局正式批准投入使用认证,成为全球首套可以在腹腔手术中使用的机器人手术系统。

事实上,达芬奇手术机器人的正式名称应为“内窥镜手术器械控制系统”,是目前全球最成功及应用最广泛的手术机器人。其也代表着当今手术机器人最高水平。实施手术时主刀医师不与病人直接接触,通过三维视觉系统和动作定标系统操作控制,由机械臂以及手术器械模拟完成医生的技术动作和手术操作。广泛适用于普外科、泌尿科、心血管外科、胸外科、妇科、五官科、小儿外科等。达芬奇手术机器人在前列腺切除手术上应用最多,现在也已越来越多地应用于心脏瓣膜修复和妇科手术中。

与普通的内窥镜手术相比,达芬奇手术机器人有着巨大的优势。首先,内窥镜剥夺了医生直接使用工具的直觉,却没给他们3D立体感;其次,腹腔镜技术难度远超预期,学习曲线很长。达芬奇在视觉上拓展医生视野的同时,3D影像弥补了2D平面影像欠缺的距离感。此外,身高近两米的达芬奇,“手艺”却精细得可以操作绣花针。之前网络上的一段达芬奇在玻璃瓶里为一颗葡萄缝合葡萄皮的视频表演就曾技惊四座。

达芬奇机器人年推出了第一代,年推出的第二代机器人机械手臂活动范围更大了,允许医生在不离开控制台的情况下进行多图观察。

年在第二代机器人的基础上增加了双控制台、模拟控制器、术中荧光显影技术等功能,进而推出了第三代达芬奇Si系统。

第四代达芬奇系统在年推出,灵活度、精准度、成像清晰度等方面有了质的提高,公司在年下半年还开发了远程观察和指导系统。

相对于普通外科手术,达芬奇手术机器人的主要优点是:

1.因三维视觉可放大10-15倍,使手术精确度大大增加,术后恢复快,愈合好;

2.创伤更小,使微创手术指征扩大,减少术后疼痛,缩短住院时间,减少失血量;

3.增加视野角度,减少手部颤动,机器人“内腕”较腹腔镜更为灵活,能以不同角度在靶器官周围操作,与人的手臂一样,达芬奇机械臂也有肩、肘、腕三个关节。然而人体的肩、肘、腕,活动角度十分有限,当到达极限时动作就必须重新调整。而达芬奇的三个关节可以上下左右任意移动。最神奇的是达芬奇7自由度的“EndoWrist”手腕,虽然直径只有0.5-0.8厘米,但却比人手灵活得多。人手上下翻转角度最多度,而达芬奇的手腕可以自由旋转度,能够在狭窄的人体胸腔、盆腔中自由弯曲、旋转,实施抓持、切割、缝合、打结等动作。

以上这些优点使得达芬奇手术机器人能够在有限狭窄空间工作,有效减少参加手术人员,提高效率,降低人力成本。

我们再来仔细分析一下达芬奇手术机器人的工作方式:本质上,达芬奇手术机器人通过模仿外科医生的手部动作,再通过控制台的指令来进入病人体内进行手术操作,以实现精确微创手术(Minimallyinvasivlysurgry),最大程度减轻手术患者因手术创伤而引起的痛苦,并减少相应恢复时间和住院成本。

由于达芬奇手术机器人的主要核心来自于三个关键技术:可自由运动的手臂腕部EndoWrist、3D高清影像技术、主控台的人机交互设计。所以,本质上,达芬奇手术机器人最重要的核心还是医生。因此,达芬奇手术机器人实际上只能称之为外科医生的辅助设备,利用人工智能数据帮助医生做出更好的判断,而不能替代外科医生的存在。至少目前的技术尚不足以支撑无人手术。但可以预见随着AI的发展,这是完全有可能实现的。

想起一部电影《极乐空间》里面介绍的一台关键设备:Mdbay智能医疗仓,患者只需身躺里面,智能医疗设备就可以完成从扫描、诊断、治疗、修复的一切过程,让身体完成重启,给你一个全新的你。在另外一部科幻电影里《普罗米修斯》也曾介绍了一台智能手术设备:完全自动化的诊断和手术平台Mdpodi,而且还分男用和女用两种,其为电影中的科技巨头维兰德公司发明(为了真实,电影剧本里还加入了设计专利号:16,,):

言归正传,目前,达芬奇手术机器人在商业领域取得了巨大的成功:截止年6月30日,达芬奇系统全球累计安装台,其中美国有台,美国之外地区有台。截止年上半年,全球共完成达芬奇手术万例,其中年全球共65.2万例,同比增长14%。年上半年全球达芬奇手术案例增长幅度大约为16%,美国之外的增长幅度大约为23%。

而根据公司发布的年全年财报显示,年,公司全年总收入达27亿美元,与去年同期相比增长13%。达芬奇外科系统完成了约有750例外科手术,与去年同期相比增长约15%。增长主要得益于美国普通外科手术以及全世界泌尿外科手术的增长。直觉外科公司预计总的达芬奇系统发行量将在年增长9-12%。

由于达芬奇手术机器人在手术界的垄断地位,让它能常年保持70%的毛利率,而净利率则一直高于20%。其原因,一方面是因为医疗机器人行业的高门槛,还有就是严谨的FDA审批(FDA的监测系统有几大类,其中手术机器人需要通过PMA和k的要求)。

例如,年研制出AESOP机器人、年更高级的ZEUS机器人的

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