手術用達文西機器人 創業 22 年成為產業巨擘

作者:智東西   |   2017 / 12 / 05

文章來源:雪球   |   圖片來源:Jayroz


世界上的機器人有很多,但能稱得上厲害”的機器人卻不多。除了波士頓動力的後空翻機器人,你還能想到誰呢?其實,在醫療界,早就有位機器人以明亮的眼睛和靈巧的雙手聞名,它可以在小玻璃瓶內給葡萄做手術、縫合葡萄的“皮膚”,它就是美國直覺外科公司研發的達文西手術機器人。

達文西機器人並不是我們一貫認為的具備人形以及人工智慧深度學習功能的智慧機器人,它是一種高級機器人平台,從醫學角度講,就是高級的腹腔鏡系統,它的設計理念是通過使用微創的方法來實施複雜的外科手術。

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(圖為達文西手術機器人三個組成部分:床旁機械臂系統、成像系統、外科醫生控制台)

它由外科醫生控制台、床旁機械臂系統、成像系統三部分組成,在進行手術時,也需要將機械臂穿過胸部、腹壁等組織,只不過相比較人手,它更精確、快速、微創,因此也減輕了病人的痛苦。目前,達文西手術機器人 廣泛用於成人和兒童的腹部外科、泌尿外科、婦產科以及心臟手術。

近年來,醫療機器人市場越來越火熱,AI 技術的發展更是帶給機器人行業新的契機。作為手術機器人領域“大哥”的達文西機器人,目前在手術機器人市場幾近壟斷地位。

本文將深挖達文西機器人技術原型背後的軍方背景、直覺外科 (Intuitive Surgical) 創始人 Frederic Moll 博士艱辛的創業過程、直覺外科公司在 22 年發展中的技術革新和產品疊代過程,並探究當前手術機器人行業的現狀。

幕後英雄:創始人 Frederic Moll

說到達文西手術機器人,你一定很好奇它名字的由來,一個機器人為什麼會和畫家扯上關係呢?事實上,你熟知的那個從小“畫蛋”的文藝復興時期的畫家達文西 (Leonardo Da Vinci 1452-1519) ,不僅是位偉大的藝術家,他還痴迷於機械和自然科學。但由於時代的侷限,他的許多“發明”僅僅停留在了圖紙上,其中就包括他耗時 15 年設計出來的被稱為“機器武士”的機器人。

後來,直覺外科公司創始人 Frederic H. Moll 博士將他們設計的醫療手術機器人系統命名為“達文西手術機器人”,以此紀念達文西給後人帶來機器人技術啟蒙。

儘管 Frederic Moll 是直覺外科公司創始人,但手術機器人的想法並非 Frederic Moll 想出來的。

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(圖為直覺外科創始人 Frederic Moll)

手術機器人的設計理念是使醫生遠程操控機械臂進行精準、微創的外科手術。而遠程手術技術是由兩大不同的技術,“遙操作”和“內窺鏡”交叉組合而來。

1990 年左右,美國的幾個研究團隊就開始進行這方面的研究,其中就有斯坦副研究院 (SRI) 的 Phil Green 和來自史丹佛大學的 John Bowersox (他也是為軍醫) 。他們共同研發的一款“遠程手術系統”,這對達文西機器人早期原型機產生了關鍵的影響。

1. 建立

SRI 團隊設計的初衷是想研發一款適合在戰地進行外科手術的手術機器人,能夠讓前線戰場受傷的士兵立刻得到救助,醫生可以在安全的後方就行手術操作。這一手術系統逐漸引起了美國國防部的關注和興趣。1990 年,美國國家衛生研究院甚至對這一項目進行了投資,希望他們能儘快研究出實際應用的原型機器。

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(圖為史丹佛研究院 SRI)

有了資金的支持,遠程手術機器人的研究也得到了推動,在業界名氣也越來越大。1994 年受僱與 Guidant 公司的一位博士也開始對 SRI 遠程手術機器人系統表現出極大的興趣,他認為這一系統除去軍用價值,還具有很好的商業價值。他建議 Guidant 公司研發類似的醫療設備,但公司卻認為機器人手術風險太大,不適合商用,從而否定了這位博士的想法。而這位堅持己見的博士,你猜的沒錯,他就是 Frederic Moll。

多次申請無果並沒有讓 Moll 就此放棄,1995 年他從 Guidant 辭職並結識了 Acuson 的聯合創始人 Rob Younge 以及剛離開 Acuson 公司的 John Freund。三人一拍即合,在與 SRI 成功談判並獲得了遠程手術機器人的技術授權後,成立了 Intuitive Surgical Devices 公司,同時獲得了包括菲爾德基金、塞拉利昂資本和摩根士丹利 (Morgan Stanley) 投資者在內的第一筆風投。

2. 發展

直覺外科從 SRI 獲得了遠程手術機器人的技術授權後,在 1996 年 4 月份組建起了一支工程師團隊。1997 年公司將測試改造的新系統命名為

“Lenny” (達文西幼名) ,隨後這一手術系統更新的越來越先進,先後出現了“Leonardo” (達文西名字) 和“Mona” (靈感來自蒙娜麗莎) 兩代更新版本,最終推出的核心產品命名為“Da Vinci”手術系統。

1999 年在等待 FDA 批准的同時,直覺外科率先開啟歐洲市場。2000 年 6 月直覺外科完成首次公開募股並獲得 4600 萬美元的資金。一個月後獲得 FDA 批准,達文西手術機器人系統開始在普通外科手術中應用,2001 年又進一步獲得在胸腔和前列腺切除術等手術項目的許可。

3. 波折

直覺外科的發展並非一帆風順,2000 年達文西手術系統公開銷售之前,直覺外科曾被競爭對手 Computer Motion 起訴過專利侵權。

Computer Motion 在 1997年發佈了 Zues 手術系統,這一系統與達文西設計思路略有不同,但最初 Zeus 系統體積更小、更便宜、但性能較差,而達文西系統體積龐大且常被詬病設計過度。

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(圖為 Computer Motion 的 Zeus 系統)

但是到了 1999 年,Computer Motion 也開始轉向直覺外科的設計思路。兩家都沒什麼經驗的初創公司就開始了無休止的法律鬥爭,2003 年雙方同意結束技術訴訟,走向了合併。Zeus 系統也就逐步被功能更加完善的達文西系統替代了。

4.分離

令人遺憾的是,2002 年 Frederic Moll 離開自己一手創辦的直覺外科,成立了 Hansen Medical 公司。離開的原因是Moll希望製造出一種更有技術含量的機器人,能精確操控從手臂或大腿的大血管切開小口導入的手術工具。

這一理念與直覺外科在業務上產生了衝突,Hansen公司還與之簽訂了一份知識產權協議,承諾將銷售收入的 3% 支付給直覺外科,兩者還會在心臟手術業務上進行合作。

2007 年 Hansen的 Sensei 導管系統和 Magellan 機器人系統已取得美國 FDA 認證,成為手術治療心血管疾病的優秀解決方案。

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(圖為 Hansen 的 Magellan 機器人手術系統)

創業 22 年成行業“巨擘”

直覺外科公司的現任 CEO 為 Guthart,他之前曾在史丹佛研究院 (SRI) 工作過,於 1996 年加入直覺外科,其餘高層大多是後期加入的。目前高層中持股較多的是董事局主席 Lonnie Smith 和 CEO Guthart,分別持有 1.15% 和 0.93% 的股份。

直覺外科公司自 2000 年上市以來,股價10多年最大漲幅超過 70 倍。截止 2017 年 11 月 28 日 16:00 (美東時間) 直覺外科市值已達 402.23 億美元。

在手術界,達文西手術機器人可以說處於壟斷地位,常年都能保持 70% 的毛利率。一方面是醫療機器人行業的高門檻,複雜的 FDA 審批流程限制了其他手術機器人的發展,另一方面直覺外科公司的知識產權保護產生也為其他手術機器人的產生構建了技術壁壘。

同時,達文西手術機器人每台的價格也十分昂貴,中國引入價格每台在 2000 萬元左右,且每條機械手臂使用 10 次後就需要更換,而每次手術根據需要需多條機械手臂參與。

市場份額上,達文西機器人目前仍以美國本土為主,2014-2016 三年在美分別銷售出 238台、298 台和 338 台。中國市場方面,達文西手術機器人入駐 10 年成長明顯,2014-2016 三年分別賣出 10 台、13 台、15 台。

四次產品疊代,更準更安全

達文西手術機器人代表著當今手術機器人最高水平,它有三個關鍵核心技術:可自由運動的手臂腕部、3D 高清影像技術、主控台的人機交互設計。

機械手可以模擬人手的各種操作,擁有 7 個自由度,在進行深部操作時,機械手動作靈活,體積小巧,比人手操作更精確。同時,達文西機器人還能過濾人手的抖動,提高了手術的精準性和安全性。

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(圖為醫生在控制台操作達文西機器人)

目前達文西機器人已推出了五代產品:

1. 第一代 Da Vinci 系統機器人,1996 年推出。

2. 第二代 Da Vinci S 系統機器人,2006 年推出,第二代的機械手臂活動範圍變大,使醫生不離開控制台就能進行多圖觀察。

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(第二代 Da Vinci S 系統機器人)

3. 第三代產品 Da Vinci Si 系統機器人,2009 年推出,在第二代基礎上增加了雙控制台、模擬控制器、術中螢光顯影技術等功能。

1600859a08a319a3feef68ff.jpg!custom660(第三代 Da Vinci Si 系統機器人)

4. 第四代 Da Vinci 系統機器人,2014 年推出,靈活度、精準度、成像清晰度等方面有了顯著提高,2014 年下半年還開發了遠程觀察和指導系統。

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(醫生在遠程操作第四代 Da Vinci 系統機器人)

5. 第五代 Da Vinci X 系統機器人,2017 年推出,新一代的達文西機器人是第三代 Da Vinci Si 和第四代 Da Vinci 的雜交版,它添加了聲音系統、鐳射引導系統以及輕量級內窺鏡等新功能,機械臂的體積也更小,功能也更多了。

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(圖為達文西機器人機械臂多種手術鉗)

他們是“達文西”的對手嗎?

隨著科技和人們生活水平的不斷進步,人們對教育、醫療等生活各方面要求都在提高。因此,醫療機器人市場前景將非常廣闊,據BCG波士頓諮詢測算,到2020年全球醫療機器人市場估值將達114億美元。龐大的醫療市場,將促使不同的醫療機器人湧現,而手術機器人又是醫療機器人中最重要的一類。

雖然達文西機器人在軟組織手術上處於壟斷地位,但它並不能用來做所有的手術,像骨科手術一類的硬組織手術,達文西機器人就無能為力了。軟硬組織手術之間存在著跨界壁壘,相互也不容易形成替代競爭。同時,達文西機器人昂貴價格,也使很多醫院都望而卻步。

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(圖為法國 Medtech 神經外科定性機器人 ROSA)

目前,市場上已經出現了一些新興的手術機器人,如以色列 Mazor Robotics 公司的手術機器人 Renaissance 系統、法國 Medtech 神經外科定性機器人 ROSA、美國 Curexo 關節機器人、美國 Mako 關節機器人。

結語:手術機器人缺口巨大

與人的成長一樣,任何一家公司的成長都不會一帆風順。達文西手術機器人和直覺外科公司,從初創的艱辛到今天的繁榮,背後有創始人 Moll 的堅持不懈,也有技術人員的艱辛付出,才能有一代代產品的更疊。

當然,目前臨床應用的手術機器人也有一些關鍵問題亟待解決,如視覺的控制能力需要提高,能夠使醫生無時差移動控制 3D 鏡頭視角。

如今 AI 浪潮下,機器人行業熱情重新被點燃,IBM 的 Watson 腫瘤“機器人”面世更是引起人們對 AI 和醫療機器人火花的熱議。毋庸置疑的是,醫療領域已成為 AI 的必爭之地,這一巨大行業缺口已經開啟,等待開發。

雪球》授權轉載

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