文|立方知造局 李昀
編輯 | 唐曉園
2015年秋的某一天,80歲的外科醫(yī)生Herbert Dardik在手術(shù)過程中睡著了。
主刀醫(yī)生不是他,而是一名更年輕、同時經(jīng)驗更少的醫(yī)生。醫(yī)用手套下的手指緊繃、沒有皺紋,輕盈劃過各類刀器和病人靜脈上的斑塊。
角落里的Herbert靜靜地看著手術(shù)室里一切飛舞的運(yùn)動。他是美國臨床血管外科的學(xué)科奠基人,在這座醫(yī)院工作了近半個世紀(jì)。
如今,他只能作為一座讓患者安心的榮譽(yù)雕像,負(fù)責(zé)旁觀手術(shù)全過程——因為太過無聊,老人最終敗給了睡魔。
盡管Herbert的專業(yè)知識、經(jīng)驗、判斷,仍在他的頭腦里活潑自如,但院方對他的身體耐力與雙手靈活度已經(jīng)下達(dá)了死亡判決——
外科醫(yī)生們在經(jīng)過半輩子的職業(yè)訓(xùn)練和大浪淘沙后,在馬拉松的終點(diǎn),等待他們的是年齡所帶來的身體機(jī)能衰退。
Herbert Dardik醫(yī)生(左) 圖源:恩格伍德醫(yī)院官網(wǎng)
手術(shù)機(jī)器人的出現(xiàn),為外科醫(yī)生延長了至少十年的職業(yè)生命。
阿西莫夫機(jī)器人法則第一條:“機(jī)器人不得傷害人類,或因不作為而讓人類受到傷害?!薄犐先シ浅O裣2死资脑~,而后者是所有醫(yī)生燙在心底的職業(yè)圣經(jīng)。
在機(jī)器人能夠代替執(zhí)行各種手術(shù)微操后,醫(yī)生們可以坐在控制臺前,更舒適、長久地指揮整個手術(shù)流程;同時,機(jī)器人手術(shù)的創(chuàng)口更小,能有效避免術(shù)后并發(fā)癥。
手術(shù)機(jī)器人正在保護(hù)著所有被拯救的和實施拯救的人類。
手術(shù)機(jī)器人可以按照應(yīng)用科室被分為:腔鏡類、骨科類、血管介入類、神經(jīng)外科類等。其中,腔鏡手術(shù)機(jī)器人是商業(yè)化最成熟、技術(shù)集成最復(fù)雜的一種。
人體的體腔迷宮內(nèi)器官密匝,血管縱橫,傳統(tǒng)手術(shù)方式常常具有較強(qiáng)破壞力,因此需要機(jī)器人的精細(xì)靈動。
一家名為“直覺外科”的公司,因此契機(jī)橫空出世。它的腔鏡手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品“達(dá)芬奇”——外形如同白色的金屬蜘蛛,很快盤踞在世界各地的手術(shù)室里。
達(dá)芬奇Xi 圖源:Wikimedia Commons
從1999年達(dá)芬奇面世至今,這只蜘蛛的巨卵已經(jīng)孵化出700億美元的市值,在醫(yī)療保健版塊排名世界第二。
2021年,中國手術(shù)機(jī)器人的市場規(guī)模達(dá)到80億元,其中腔鏡類占75%。然而,面對這片神秘的資本海域,國產(chǎn)企業(yè)只能興嘆——
妙手、圖邁等兩款已上市的國產(chǎn)腔鏡類手術(shù)機(jī)器人,面臨著賣不出去的尷尬處境;反觀貴了一倍的達(dá)芬奇,卻在去年被納入了上海醫(yī)?!獓a(chǎn)機(jī)器人和達(dá)芬奇之間如此之大的市場落差,要靠什么來填平?
立方知造局從各方相關(guān)人士處了解到:目前,達(dá)芬奇依然是幾乎所有正在研發(fā)階段的國產(chǎn)腔鏡類手術(shù)機(jī)器人的對標(biāo),算法設(shè)計、模塊研發(fā)、以及器械組成結(jié)構(gòu)都繞不開對達(dá)芬奇的模仿;
然而,在高端醫(yī)械的選拔賽里,向來遵循著“學(xué)我者生,似我者死”的淘汰法則,也永遠(yuǎn)不會有iPhone致富華強(qiáng)北的山寨神話。
達(dá)芬奇之于腔鏡手術(shù)機(jī)器人,如同iPhone之于智能手機(jī)。它們都單刀單槍辟出一條新路,立起一塊塊指路牌;但同時,又以嚴(yán)格的專利保護(hù)、強(qiáng)勁的先發(fā)優(yōu)勢、老到的市場經(jīng)驗,在新大陸的邊界貼滿了“生人勿入”的告示。
本篇文章要做的,就是先來看看使達(dá)芬奇成功的精髓是什么,再來分析國產(chǎn)腔鏡機(jī)器人該如何對其進(jìn)行吸納和補(bǔ)充。
圖源:Wikimedia Commons
其中要解答的問題包括:
為什么說達(dá)芬奇的成功要穴在臨床?
為什么說國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人對達(dá)芬奇的模仿式追趕很難有出路?
為什么國產(chǎn)化一直行之有效的“價格優(yōu)惠券策略”,在手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域可能失效?
4. 為什么說達(dá)芬奇受限時代技術(shù)的遺憾,可能是國產(chǎn)化的出路所在?
而這些問題,都將導(dǎo)向同一個推論的目的地:
達(dá)芬奇善于把握當(dāng)下的臨床脈搏。然而,先行者的時機(jī)得當(dāng),倘若被后來者模仿,就會因滯后變得拙劣許多。
因此,與其瞄準(zhǔn)達(dá)芬奇——這一時代與臨床的中間產(chǎn)物,不如直接瞄準(zhǔn)時代中的隱藏富礦。
1. 達(dá)芬奇:王者的王冠是臨床
1981年,三個從西雅圖湖畔中學(xué)畢業(yè)的年輕人來到了人生的十字路口。
其中兩位:比爾·蓋茨和保羅·艾倫為IBM開發(fā)了操作系統(tǒng)軟件MS-DOS,從此讓微軟在圈內(nèi)一炮打響;另一位弗雷德里·摩爾——此時在弗吉尼亞梅森醫(yī)療中心實習(xí)的年輕醫(yī)師,被工作時的一個細(xì)節(jié)所吸引:婦科手術(shù)時切割工具造成的創(chuàng)口之大,在他看來有一種落后時代的反常。
直覺外科創(chuàng)始人之一:弗雷德里·摩爾
上世紀(jì)八十至九十年代,正是一個計算機(jī)、運(yùn)動控制、軟件設(shè)計大展宏圖的時代。至此,摩爾離棄了原本做一名外科醫(yī)生的規(guī)劃,決定探索機(jī)器人實行微創(chuàng)手術(shù)的可能性。
這就是直覺外科的創(chuàng)世紀(jì)故事。簡單來說,就是利用彼時數(shù)控工程科技的天時地利,來創(chuàng)造醫(yī)學(xué)應(yīng)用的人和。
在某種意義上,醫(yī)療科技的產(chǎn)品研發(fā),一直充當(dāng)著等風(fēng)人的角色——從四面八方吹來的技術(shù)流動的空氣,必須經(jīng)過一定時間的交匯、融合、擴(kuò)大,才能強(qiáng)勁地托起一款新產(chǎn)品。
醫(yī)療場景下能夠借用的技術(shù),每個都已經(jīng)在其它行業(yè)里得到了長足的發(fā)展;然而,彼此在臨床上的適配程度,才真正決定了借用的成功與否。
比如微創(chuàng)手術(shù)在婦科的應(yīng)用,在上世紀(jì)80年代才逐漸興起。而在此之前,50年代光學(xué)傳遞系統(tǒng)和光導(dǎo)纖維的突破,已經(jīng)讓內(nèi)鏡技術(shù)趨于完備。
腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)之所以滯后了三十年,主要由于當(dāng)時手術(shù)器械多使用高頻電中的單極電凝,極易發(fā)生電灼傷事故。1977年后,隨著雙極電凝手術(shù)器械被應(yīng)用于手術(shù),微創(chuàng)方法才被婦科以及其它科室廣泛接受。
內(nèi)窺鏡練習(xí) 圖源:Wikimedia Commons
在八十年代,無論是內(nèi)鏡顯像,還是單雙極電凝,都不是當(dāng)世的尖新科技。由此可見,醫(yī)學(xué)技術(shù)推陳出新的關(guān)鍵,不是石破天驚的技術(shù)爆炸,而是被臨床驗證為合適與和諧的長治久安。
讓我們看回達(dá)芬奇和腔鏡手術(shù)機(jī)器人。
達(dá)芬奇模式下的腔鏡類手術(shù)機(jī)器人由三個部分組成:
機(jī)械臂——在末端裝有不同的手術(shù)器械,并通過精密運(yùn)動為患者動刀;
控制臺——醫(yī)生在上面做出手術(shù)動作,再由數(shù)字系統(tǒng)解析給機(jī)械臂;
成像系統(tǒng)——通過內(nèi)窺鏡將手術(shù)畫面反饋至顯示屏。
你可以將手術(shù)場景想象成一場皮影戲:傀儡師(控制臺)操縱紙偶(機(jī)械臂),一舉一動都呈現(xiàn)在隔亮布(成像系統(tǒng))上。
腔鏡手術(shù)機(jī)器人組成部分 制圖:立方知造局
這三個部分,分別對應(yīng)著三種技術(shù)迭代,以及借此解決的三處微創(chuàng)手術(shù)的臨床痛點(diǎn)。
機(jī)械臂:在傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)中,手術(shù)過程對人體組織施加的動作不精細(xì)、壓力不穩(wěn)定。達(dá)芬奇的機(jī)械手腕Endowrist,擁有7個自由度,同時可以濾除不必要的顫抖——這主要和精密運(yùn)動的技術(shù)升級相關(guān)。早在1985年,工業(yè)機(jī)器人就已經(jīng)可以以0.05mm的精準(zhǔn)度進(jìn)行立體定向腦部活檢了。
控制臺:在傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù),醫(yī)生面臨著極大的人體工程學(xué)的挑戰(zhàn)。其中包括手指靈活性有限、體力消耗等。達(dá)芬奇的控制臺可以讓主刀醫(yī)生采取坐姿進(jìn)行系統(tǒng)操作——這得益于90年代計算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)勢發(fā)展,相關(guān)硬軟件的迅速迭代,使得人機(jī)交互體驗不斷提升。
成像系統(tǒng):在傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)中,助手操作的窺鏡轉(zhuǎn)動角度有限,造成了一定的手術(shù)盲區(qū),并且只能提供二維的手術(shù)視野,放大倍數(shù)在3-5倍左右。而達(dá)芬奇的成像系統(tǒng)將手術(shù)視野放大10-15倍——這主要和機(jī)器人視覺系統(tǒng)(包括攝像機(jī)、圖像采集卡、圖像分析軟件)的升級有關(guān)。
圖源:直覺外科官網(wǎng)
在技術(shù)通用的時代,這些手術(shù)機(jī)器人涉及的技術(shù)就如同棋簍里的黑白子:取出來容易,怎么擺才難;而在臨床這盤棋上,達(dá)芬奇貴在能比他人多想一步。
一名常年接觸手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域的投資人向立方知造局透露:在一家國內(nèi)腔鏡機(jī)器人的研發(fā)階段,眾人曾覺得達(dá)芬奇的集成式設(shè)計不符合模塊化、輕量化的理念。笨重的機(jī)械臂塔懸停在病人上方,對不論是拆卸還是承重都造成了一些麻煩。
團(tuán)隊據(jù)此進(jìn)行了一些改進(jìn)設(shè)計:比如把四個機(jī)械臂拆放在手術(shù)臺的旁邊——然而,實際的臨床操作反饋:這對外科醫(yī)生及助手的工作反而會造成行動阻礙。
再比如:國外一家手術(shù)機(jī)器人公司CMR,機(jī)器臂的腕部設(shè)計是把器械固定在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)上,但在臨床中,這并不利于術(shù)前消毒以及機(jī)械拆裝。
工作人員在消毒一臺達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的塑料膜 圖源:Wikimedia Commons
所以說,由于臨床思維的缺乏,一些想要突圍的團(tuán)隊,繞著繞著還是走回了達(dá)芬奇。
當(dāng)然,樹欲靜而風(fēng)不止。這幾年,達(dá)芬奇也根據(jù)臨床反饋隨風(fēng)而動,一直在產(chǎn)品設(shè)計上推出符合市場期待的產(chǎn)品。
達(dá)芬奇機(jī)器人在1996年推出了第一代機(jī)型。十年后,直覺外科推出第二代達(dá)芬奇S。
為了贏得第一批客戶,新機(jī)型將重置步驟縮減了一半。同時,病人臺車上的機(jī)械被設(shè)計得自由度更低、但結(jié)構(gòu)更簡潔輕量——由于當(dāng)時市場知名度低,“機(jī)器人用起來放不方便”比起“機(jī)器人能做到什么程度”顯然更加關(guān)鍵。
2009-14年,第三、四代達(dá)芬奇Si和Xi相繼出爐——
此時,直覺外科所在的是一個比三年前成熟得多的市場,醫(yī)生對機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)也趨于嚴(yán)苛。
達(dá)芬奇Si的精準(zhǔn)抓取測試 圖源:直覺外科官網(wǎng)
一些缺點(diǎn)被反映為:機(jī)械臂間易摩擦、對接時間長等。直覺外科因而為達(dá)芬奇增加了更多的機(jī)械關(guān)節(jié)——讓機(jī)器臂運(yùn)行更順滑;機(jī)械外形被設(shè)計得更窄、更長、更易旋轉(zhuǎn)——可以減少控制臺在機(jī)器對接時的等待時間。
2017年,第五代達(dá)芬奇X推出——
這時達(dá)芬奇已經(jīng)在業(yè)界樹起良譽(yù),接下來要考慮的問題就是如何讓更多醫(yī)療結(jié)構(gòu)接受手術(shù)機(jī)器人這種高端醫(yī)械。因此,為了有效降低產(chǎn)品的高昂售價,X犧牲了高端模型的一些多功能性,例如在身體多個部位執(zhí)行程序的能力。
2020年,直覺外科將下一次的產(chǎn)品重點(diǎn)放在了降低成本上——
新版本產(chǎn)品將原本10次的耐用度提升到12-18次,為客戶提供性價比更高的儀器。
可以說,達(dá)芬奇的迭代動力一直依據(jù)臨床反饋和市場定位,在便捷度、精密度、以及價格吸引力間見勢游走。
對于手術(shù)機(jī)器人這一行業(yè)而言,直覺外科憑借達(dá)芬奇建立了黃金三角的循環(huán):用產(chǎn)品吸引市場;用市場積攢臨床反饋;用臨床反饋改進(jìn)產(chǎn)品。
如今,由于直覺外科巨大的商業(yè)成就與行業(yè)價值,摩爾被稱為“機(jī)器人領(lǐng)域的比爾·蓋茨”。
然而,和那位青年成名的校友先破后立的創(chuàng)業(yè)風(fēng)格所不同,醫(yī)師出身的摩爾運(yùn)用行業(yè)經(jīng)驗穩(wěn)步徐行,在最合適的時間抓住了醫(yī)工融合的時代機(jī)遇。
這也是達(dá)芬奇的成功經(jīng)驗:讓風(fēng)再吹一會兒。
2. 被壟斷的習(xí)慣、被壓制的價格戰(zhàn)
2011年,中國手術(shù)機(jī)器人創(chuàng)業(yè)者何超赴美國約翰·霍普金斯大學(xué)訪學(xué)。
和想象中不同的是:國外科研人員在設(shè)計手術(shù)機(jī)器人時,所使用的單一技術(shù)遠(yuǎn)沒有中國先進(jìn),其中不乏十幾年前的老貨。
早在兩年前,何超的團(tuán)隊就做出了第一臺腔鏡手術(shù)機(jī)器人的樣機(jī)。然而,臨床應(yīng)用卻遲遲無法實現(xiàn)。這次訪美經(jīng)歷讓他更加明白:從技術(shù)突破的光源,走向技術(shù)產(chǎn)品的光明地帶,中間還隔著一條深不可測的幽暗隧道。
何超母?!旖虼髮W(xué)研發(fā)的手術(shù)機(jī)器人 圖源:天津大學(xué)官網(wǎng)
技術(shù)突破相對容易,是因為機(jī)械問題可以曲線解決。
對于資深的工程師而言,同等的功能可以依靠技術(shù)專利不同的方式進(jìn)行實現(xiàn)。
比如,達(dá)芬奇的技術(shù)專利之一,就是用來解決不動點(diǎn)問題的平行四邊形原理——這種控制約束的功能還可以通過軟件方面來解決,所以對其他廠商的限制度不是很高。
而在這條隧道里,真正難以通行的原因在于那些和臨床綁定的專利。
達(dá)芬奇的技術(shù)專利和臨床應(yīng)用無比貼合;為了避免侵權(quán),其他公司在研發(fā)產(chǎn)品時只能放棄那些符合醫(yī)生使用習(xí)慣的設(shè)計。
首先,達(dá)芬奇的產(chǎn)品一開始就打中了人體工程學(xué)的靶心。
比如:為了實現(xiàn)放大的功能,達(dá)芬奇的設(shè)計可以讓鏡頭靠近眼睛,就像看報紙一樣;而其他公司為了規(guī)避這個技術(shù),會選擇將身體往前移動。雖然實現(xiàn)了同樣的效果,但是不符合人的行為習(xí)慣。
其次,達(dá)芬奇還在不斷地塑造醫(yī)生的使用習(xí)慣。
達(dá)芬奇在中國的手術(shù)室完成了跨代際的飛速擴(kuò)張。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人進(jìn)入中國十多年完成了首個10萬例手術(shù)量,而第二個10萬例只用了兩年半。
如今,一些年輕的中國外科醫(yī)生甚至跳過了部分腹腔鏡手術(shù)的學(xué)習(xí),直接學(xué)習(xí)操作達(dá)芬奇機(jī)器人。一名醫(yī)生將其比喻為:“如同新司機(jī)直接學(xué)習(xí)自動擋汽車的駕駛,而跳過了手動擋。”
因為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精細(xì),因此手術(shù)機(jī)器人公司需要對操作醫(yī)師進(jìn)行專門的培訓(xùn)和考核。為此,直覺外科和國內(nèi)行業(yè)巨頭復(fù)星醫(yī)藥成立了合資公司直觀復(fù)星。
直觀復(fù)星達(dá)芬奇創(chuàng)新中心
去年,直觀復(fù)星達(dá)芬奇創(chuàng)新中心在浦東正式成立,預(yù)計每年可為約4000名醫(yī)療專業(yè)人士提供達(dá)芬奇外科手術(shù)系統(tǒng)及機(jī)器人輔助手術(shù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。
可以說,達(dá)芬奇鎖死的并不是某一項尖新技術(shù),而是醫(yī)生使用手術(shù)機(jī)器人的臨床模式。
單一技術(shù)的差距,就像何超所觀察的那樣:可以被迅速抹平;
合成技術(shù)的差距,從剛起步時的5-10年,也會隨著2018年達(dá)芬奇部分專利的到期更快到來;
但是,在以臨床為中心的設(shè)計理念上,達(dá)芬奇就像是自帶背景音樂的主角——在他自己寫就的樂章里演出,總是能比別人更好地踩準(zhǔn)節(jié)奏。
對于其它參演者而言,此時貿(mào)然模仿,不如換帶切歌。
改變游戲規(guī)則的一個方式在于:讓產(chǎn)品變得更加便宜。達(dá)芬奇2000萬元一臺的售價,確實嚇退了不少醫(yī)療機(jī)構(gòu)。因此,不少企業(yè)希望靠價格優(yōu)勢打亂達(dá)芬奇壟斷的節(jié)奏:有海外企業(yè)將同類型產(chǎn)品定價在300-400萬元, 而國產(chǎn)機(jī)器人妙手的售價定在了達(dá)芬奇的一半左右。
價格,確實一直都是被寫進(jìn)國產(chǎn)化教科書的高亮詞。在電動汽車領(lǐng)域,上汽和比亞迪靠著低價入局,包攬了全球銷量排名的第三、四名;中國的太陽能板也因為相較于美國23%的價格優(yōu)勢等原因,實現(xiàn)了光伏領(lǐng)域的彎道超車。
在制造業(yè)的大部分領(lǐng)域,如果產(chǎn)品的功能和質(zhì)量能達(dá)到龍頭標(biāo)準(zhǔn)的70%,那更便宜的價格就會創(chuàng)造出不錯的銷量。
然而,對于手術(shù)機(jī)器人這一產(chǎn)品而言,價格是市場接受的次級因素。
第一層原因很好理解:用在人身上的東西,差之毫厘,謬以千里。即使是1mm的精細(xì)度差異,也無法靠價格優(yōu)勢蓋過去。
第二層原因在于:在目前的中國,像腔鏡手術(shù)機(jī)器人這樣的高端醫(yī)械,最先試用的對象主要是大城市的三甲醫(yī)院以及各科室的學(xué)科帶頭人——在他們的標(biāo)準(zhǔn)里,器械的絕對質(zhì)量一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)比性價比重要得多。
更何況,好的腔鏡手術(shù)機(jī)器人也能為醫(yī)院迅速創(chuàng)收。
比起傳統(tǒng)手術(shù),使用手術(shù)機(jī)器人的手術(shù)要貴3-5萬元?;颊叩膭?chuàng)傷小,恢復(fù)快,床位周轉(zhuǎn)率提高:比如冠脈搭橋手術(shù)可以從1-2周出院,快進(jìn)到3-5天。醫(yī)生的工作效率也提高了:比如胰十二指腸切除手術(shù),之前十幾個小時的手術(shù)時間可以縮短一半。
綜合來看,醫(yī)院對于手術(shù)機(jī)器人的天價投資,大多一年可以回本。
同時,手術(shù)機(jī)器人的價格和市場,是一個先有雞還是先有蛋的問題。
2020年,耗材類收入占直覺外科總收入的56%。機(jī)器人的機(jī)械臂是一種高值耗材,使用時臨時安裝到機(jī)器人上,而每條機(jī)械臂有使用次數(shù)限制,10次后便不能繼續(xù)使用。機(jī)械臂的價格大概每條10萬元。
而耗材的增長,建立在機(jī)器人設(shè)備的大規(guī)模保有基礎(chǔ)之上。先有設(shè)備的普及,再有耗材的普及。
達(dá)芬奇機(jī)器人一條持續(xù)向下的設(shè)備收入占比曲線和一條持續(xù)向上的耗材收入占比曲線,用了差不多10年兩條曲線相交,達(dá)到各占一半收入的狀態(tài)。
也就是說:達(dá)芬奇可以在設(shè)備上降價,因為憑借著88%市場占有率的底氣,靠耗材就能賺錢;而對于國產(chǎn)廠家來說,在市場占有率幾乎為零的條件下降價將會是危險的:沒有耗材收入,公司如何支持下一代產(chǎn)品的研發(fā)和推廣?
對于國產(chǎn)企業(yè)而言,價格戰(zhàn)依舊是一張有力的手牌,只是打出來的時機(jī)有待商榷。在產(chǎn)品過硬、市場成熟之前,魯莽出擊反而欲速不達(dá)。
屬于達(dá)芬奇的優(yōu)勢還在不停歇地擴(kuò)大著。多年積累的臨床敏感度讓它牢牢抓住了醫(yī)生們現(xiàn)在及未來的手、眼、心;同時,優(yōu)秀的產(chǎn)品質(zhì)量和絕對的市場地位,也讓它在未來比中國廠家更具降價的資本。
二十年前,摩爾在一片空曠大地上,可以做一個耐心的等風(fēng)人;二十年后,中國的手術(shù)機(jī)器人創(chuàng)業(yè)者們必須更快捕捉風(fēng)向。
從美國回來以后,對國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人前景感到迷茫的何超出走中國空間技術(shù)研究院,埋首于空間機(jī)器人的研發(fā)。
一年后,當(dāng)他歸來時,來自遠(yuǎn)方的陣風(fēng)已經(jīng)不安攪動。
3. 時代的阿克琉斯之踵
敵逢強(qiáng)手,重在拆招。
達(dá)芬奇的先手,已經(jīng)為這盤棋定立了格調(diào),開創(chuàng)了制式。如上所述,它所綁定的臨床應(yīng)用的優(yōu)勢,讓國內(nèi)手術(shù)機(jī)器人制造商望塵莫及;然而,這不代表它沒有紕漏:它的阿克琉斯之踵,就在于那些過去時代力所不逮的臨床需求——那些當(dāng)年沒等到的風(fēng)。
醫(yī)界呼聲強(qiáng)烈、而達(dá)芬奇給不了的,首先就是力反饋系統(tǒng)。
力反饋系統(tǒng),指的是器械末端的力傳感器,能夠不斷感受、模擬、和傳導(dǎo)作用于組織上的力,使得醫(yī)生能夠在真實的互動感中調(diào)整操作力度。
圖源:Wikimedia Commons
在十年前達(dá)芬奇創(chuàng)出江湖天地時,這種力反饋系統(tǒng)的發(fā)展是一片沙土。因此,達(dá)芬奇的早期機(jī)型,在手術(shù)時基本無法判斷組織的質(zhì)地、彈性、有無搏動等性質(zhì)。
也就是說,通過達(dá)芬奇,醫(yī)生在手術(shù)時只可以通過圖像觀看組織形變,根據(jù)經(jīng)驗估計自己撕扯組織的力道。
這就好比游戲打怪:你沒法根據(jù)手柄的震動強(qiáng)度來判斷招式強(qiáng)弱,只能根據(jù)怪物血條掉了多少來暗自盤算。
手術(shù)機(jī)器人上缺乏力反饋系統(tǒng),造成的就不只是手感問題了。實驗顯示:缺失力反饋系統(tǒng),會使手術(shù)機(jī)器人對患者具有潛在損傷性。
手術(shù)機(jī)器人需要的力反饋精度高、幅度小,因此只能通過極其精細(xì)的制造工藝,或是另辟蹊徑的技術(shù)路線來實現(xiàn)。
力反饋裝置不如主從遙控、三維成像一樣,具有多個行業(yè)的應(yīng)用經(jīng)驗和產(chǎn)業(yè)規(guī)模。即使十年間力反饋技術(shù)本身已有很大長進(jìn),達(dá)芬奇在期間的產(chǎn)品更新中依然選擇不用。
在綜合了成本和實現(xiàn)難度后,公司還是選擇相信自己拔尖的視覺反饋系統(tǒng)——這就好比游戲的優(yōu)化出色,畫面沒有延遲,打擊感什么的都可以是浮云。
達(dá)芬奇可以嫌風(fēng)不夠勁。而趕超者們選擇自己成全自己。
當(dāng)這場醫(yī)工融合的時機(jī)并不那么水到渠成時,工程領(lǐng)域就必須要拉醫(yī)療應(yīng)用一把:達(dá)芬奇在臨床經(jīng)驗上的優(yōu)勢,其它企業(yè)可以趁此靠著制造水平和另類技術(shù)開起的小灶進(jìn)以趕超。
日本因此率先脫穎而出——希森美康背靠川崎重工,兩者共同開發(fā)的腔鏡手術(shù)機(jī)器人Hinotori,其基本構(gòu)造與動作與達(dá)芬奇類似,卻具有達(dá)芬奇缺乏的觸覺傳感和觸覺再現(xiàn)功能;
Hinotori手術(shù)機(jī)器人
新創(chuàng)企業(yè)Riverfield也有東麗機(jī)械的合作支持,產(chǎn)品Emaro改變了達(dá)芬奇電動馬達(dá)驅(qū)動的設(shè)計,采用氣壓驅(qū)動機(jī)械手臂提供觸覺反饋,在減小摩擦力的同時,還節(jié)省了精密馬達(dá)的成本。
中國在精密機(jī)械的制造工藝上,沒有川崎、東麗這樣的工業(yè)大佬作保;但也有機(jī)器人產(chǎn)品爭取在技術(shù)路線上不落人后。
達(dá)芬奇在關(guān)節(jié)控制上采用的是絲傳動控制的方式,但是在絲上放置張力傳感器十分困難。國產(chǎn)機(jī)器人圖邁的力傳感器主要利用的是敏感元件:獲取套管的變形信息,然后用外圍模塊測量接觸力的應(yīng)力、位置、方向。
然而,捕魚人一多,力反饋系統(tǒng)的魚塘也快要枯竭了。
2011-2017是手術(shù)機(jī)器人力反饋專利的申請爆發(fā)期,2017年后專利獲批數(shù)量大幅下降,意味著該方向技術(shù)基本已被先入者占領(lǐng)。
目前,正是這些專利完成產(chǎn)品化的收尾階段,未來能不能和達(dá)芬奇一樣手握關(guān)鍵技術(shù),就看誰的設(shè)計能最漂亮地落地。
全球歷年力反饋專利申請與已授權(quán)數(shù)量 制圖:立方知造局 數(shù)據(jù)來源:君聯(lián)資本
和力反饋系統(tǒng)一樣,用在手術(shù)機(jī)器人上的5g技術(shù)也是達(dá)芬奇落在過往時代中的一滴眼淚。
直覺外科脫胎于由美國國防部資助的醫(yī)療科研項目。幾位創(chuàng)始人都因為同一個任務(wù)被軍方召集到一起:讓最好的外科醫(yī)生通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),為身處異疆戰(zhàn)場上的傷員們做手術(shù)。
后來這個項目不了了之,創(chuàng)始人們轉(zhuǎn)向了微創(chuàng)手術(shù)的創(chuàng)業(yè)——放棄的原因在于:當(dāng)時的衛(wèi)星通訊雖然范圍廣,不受地理環(huán)境和惡劣天氣的影響;但傳輸時延較長,約為單向125-250毫秒之間。
對于醫(yī)生來說,其間的時間差會造成縫針、切除等動作的極大變形。
2001 年,紐約的外科醫(yī)生使用和達(dá)芬奇同世代的手術(shù)機(jī)器人宙斯,對法國斯特拉斯堡的一名患者進(jìn)行了第一次跨大西洋手術(shù)。
通過高速光纖,信號傳輸時延約為155毫秒——這樣的數(shù)據(jù)并沒能打消人們對于遠(yuǎn)距離手術(shù)安全性的顧慮,高昂的通訊成本卻徹底打消了業(yè)內(nèi)的商業(yè)化愿景。
和達(dá)芬奇同世代的手術(shù)機(jī)器人宙斯 圖源:Researchgate
受制于通訊技術(shù)的瓶頸,手術(shù)機(jī)器人的遠(yuǎn)距離操作嘗試只能到此偃旗息鼓。
而這顆遺珠,隨著5g技術(shù)的到來,也許將一掃蒙塵。2019年9月,中國首例自主原研腔鏡手術(shù)機(jī)器人妙手輔助5g遠(yuǎn)程手術(shù),網(wǎng)絡(luò)時延50毫秒,是當(dāng)年的三分之一。此后,多臺5G手術(shù)時延均控制在30毫秒左右。而在未來各省市確定性網(wǎng)絡(luò)支持下,一臺遠(yuǎn)程手術(shù)時延在5-6毫秒之間。
目前,我國已完成的最遠(yuǎn)距離機(jī)器人手術(shù)連線了江蘇和新疆,直線距離4800公里。
達(dá)芬奇依然不會參加這場遠(yuǎn)程技術(shù)的革新者聚會——最大的原因在于:與中國相比,美國5g的推出速度比較慢。
5g不是實現(xiàn)遠(yuǎn)距離手術(shù)的唯一解,但確實是最便宜、最容易實現(xiàn)的。
比如加州大學(xué)圣地亞哥分校的一個研究團(tuán)隊,正在研究增強(qiáng)現(xiàn)實(AR)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以預(yù)測器械在移動之前應(yīng)該去哪里,這樣外科醫(yī)生就可以實時監(jiān)測器械位置,而不會受到延遲的影響。
像這樣的遠(yuǎn)距離機(jī)器人手術(shù)目前還只停留在實驗室里,只有我國的5g手術(shù)機(jī)器人,已經(jīng)走出高校,流入市場。
由于手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)本身價值較高,導(dǎo)致醫(yī)院不會頻繁更換,因此對后來的機(jī)器人企業(yè)來說:必須和先來者的客戶群體微妙錯開,否則始終搶不過飯碗。而帶有遠(yuǎn)距離操作功能的手術(shù)機(jī)器人,瞄準(zhǔn)的正是居住在非一線城市、但具有機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)意愿的患者群體。
手術(shù)難度越高,手術(shù)機(jī)器人的作用就越大。對于像前列腺癌根治術(shù)這種常常引發(fā)術(shù)后并發(fā)癥的手術(shù),手術(shù)機(jī)器人能夠有效降低術(shù)后尿失禁、性功能障礙的可能性。
——面臨如此風(fēng)險,即使是二三線城市或農(nóng)村的普通家庭,希望自費(fèi)進(jìn)行機(jī)器人手術(shù)的也一定大有人在。
跨地手術(shù)的舟車勞頓下,是地域醫(yī)療資源的天平傾斜——這些都是達(dá)芬奇無能為力之事,而在未來將有可能在中國通過5g的方式解決。
由上述的力反饋系統(tǒng)和5g技術(shù)可見:腔鏡手術(shù)機(jī)器人突圍臨床優(yōu)勢的武器,還得從臨床需求的模具里淬煉。即使是時代技術(shù)大熔爐里蹦出的一點(diǎn)火星,也可以被引燃擴(kuò)勢、為我所用——這也就是提升武裝的最好機(jī)會。
尾聲
2014年,何超最后還是選擇回到那個他學(xué)生時代就向往與專注的領(lǐng)域——手術(shù)機(jī)器人。
他加入了微創(chuàng)醫(yī)療機(jī)器人團(tuán)隊。七年后,他又以公司掌舵人的身份,見證了微創(chuàng)在港交所的上市。
在呈交證監(jiān)會的招股書上,正處于研發(fā)階段的公司在2019年-2021年的虧損凈額分別為0.7億元、2.09億元及2.43億元。因此,上市第一天發(fā)生的事情并不讓人意外:當(dāng)日最低報價一度跌破了招股價。
直覺外科的首席執(zhí)行官Gary Guthart曾這樣解釋腔鏡手術(shù)機(jī)器人對醫(yī)生的意義:你可能是你所在領(lǐng)域的勒布朗-詹姆斯,但不是每個籃球運(yùn)動員都是勒布朗-詹姆斯。
而就算是詹姆斯,也會有傷病、有滑坡、有眾人非議的時候。
同樣的道理也可以用以理解腔鏡手術(shù)機(jī)器人企業(yè)與國產(chǎn)化之路:達(dá)芬奇作為業(yè)內(nèi)詹姆斯,在關(guān)于它的光輝故事中,隱去了那些它早年的研發(fā)波折,隱去了它在巨量臨床經(jīng)驗中積累的成長曲線,也隱去了它受困時代的遺憾與弱點(diǎn)。
而作為后來者的國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人,就像是每個資質(zhì)普通的籃球運(yùn)動員:它需要時間去學(xué)習(xí)業(yè)內(nèi)標(biāo)桿,也需要魄力去打出自己的風(fēng)格。
今年2月,微創(chuàng)圖邁獲得國家藥品監(jiān)督管理局的上市批準(zhǔn),成為唯一一款由中國企業(yè)研發(fā)并獲準(zhǔn)上市的四臂腔鏡手術(shù)機(jī)器人。同時,中國的手術(shù)機(jī)器人市場還在高速增長,年增長率超過70%。
盡管國產(chǎn)品牌在實現(xiàn)批量販賣和裝機(jī)之前,還要走一段很長的路;但相較于未來手術(shù)機(jī)器人所造益的巨大價值而言,我們付得起等待的時間。