二十一、医用机器人
128． 分类：手术、康复、辅助、服务
医疗机器人是指用于医疗卫生、健康护理、助老助残等人体健康相关的机器人，根据应用场景和国际机器人联合会（IFR）分类可以分为手术机器人、康复机器人、辅助机器人、服务机器人四大类
129． 规模：全球 1000 亿，中国 200 亿，国产化率 5％
2019 年全球医疗机器人市场规模 156 亿美元，2021 年预计 207 亿美元，2019 年中国医疗机器人市场规模 141 亿元，2021 年预计 200 亿元，国产化率仅 5％
130． 政策：北京上海率先纳入医保
工信部 2021 年 2 月 9 日发布《医疗装备产业发展规划（2021－2025年）》将手术机器人列为重点发展领域，北京、上海医保局先后将手术机器人纳入医保支付目录可全额报销
131． 产业链：上游软硬件、中游本体、下游医院
医疗机器人技术集医学、生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机器人等诸多学科为一体，包括材料，光电技术，视觉成像、算法、机械控制、耗材设计等
工作原理分感知、分析、行动三个步骤，首先机器人通过传感器系统感知外部环境信息，然后通过人工智能算法对各类信息进行分析学习给出下一步动作指令，最后驱动系统根据指令完成具体动作并实时反馈
下面依次介绍
二十二、手术机器人
132． 定义：三类，高清三维成像、安全高效操作台、灵活稳定机械臂
手术机器人属于三类医疗器械，主要应用于外科，起到辅助或替代医生手术的作用，医生通过清晰的成像系统，在操作台发出指令，灵活的机械臂以微创手术形式，完成术中定位、切断、穿刺、止血、缝合等操作，具有三大优势
高清三维手术视野：高分辨率三维（3D）镜头超越人眼局限，为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像
540度灵活稳定操作：人手上下翻转角度最多180度，机器人手腕可以自由旋转540度，同时滤除不必要的人手颤动
安全高效操作台：减少医生和患者的暴露和感染风险，可以坐着、远程手术，提高效率
133． 分类：腔镜、骨科、神外、血管等
手术机器人按手术类型可分为软组织和硬组织，从软到硬可以分为腹腔镜、自然腔道、血管介入、穿刺介入、骨科、神经外科等，最复杂的是腹腔镜机器人，毕竟里面玩意儿比较多，危险系数高的是血管介入和神外，精准度要求高的是神外和骨科机器人
腔镜手术机器人是系统最复杂、技术难度最大、临床价值和商业价值最高的产品，美国直觉外科的达芬奇手术机器人全球市占率 88％
骨科手术机器人主要应用于脊柱外科和关节外科，学科成熟，较为容易替代医生，容易实现规模化
神经外科手术机器人可分为导航定位手术机器人和开颅手术机器人，可视化导航功能可以帮助医生解决视野局限的痛点，并且能让定位操作变得简单
血管介入手术机器人应用于心脏、脑部、外周血管相关疾病的介入手术
134． 市场：全球 500 亿，中国 30 亿
2020 年全球手术机器人市场规模 83．21 亿美元，其中腔镜 52．5 亿美元，骨科 13．9 亿美元，区域来看，美国 46 亿美元占 55．1％ 渗透率13％，欧盟 18 亿美元占 21．4％
2020 年中国手术机器人市场规模 4．25 亿美元 27．6 亿元，占全球 5．1％，渗透率仅 0．5％，其中腔镜 3．18 亿美元，骨科 0．43 亿美元
135． 技术趋势：力触觉反馈、单孔、远程、纳米靶向柔性、AI
微创和精细化是手术的两大追求，主要是以下五大趋势
力触觉反馈：传统外科手术中医生可以通过皮肤直接感知到力和触觉从而进行力度精确的操作，手术机器人力反馈系统通过器械末端的力传感器以电流的形式进行模拟和传导给医生，触觉反馈是触觉传感器感受到组织顺应性、硬度、质地、温度等并反馈给医生
单孔：当前手术机器人需要在病人身上开多个创口，单孔手术机器人可以将原来的多个操作孔减少至一个孔甚至自然腔道，避免多操作臂碰撞及其复杂的术前摆位，简化手术流程，进而减少病人麻醉时间及出血量，对患者损伤小、恢复快，能够同时提高术中的安全性及缩短术后的恢复时间
远程：远程手术需要 4K 以上超高清画面，同时连接生命监测仪、心电图机、除颤监护仪等设备，需要 5G 网络带宽 15Mbps～1Gbps 延时 1ms，VR 眼镜可进行三维观察
纳米靶向柔性：通过磁场控制和血管注入在人体内自由移动，将药物靶向输送至人体病灶区域，人体结构复杂，受限于人体内的狭小空间，柔性机器人的操作会更加便利 AI人工智能：自动化手术导航利用AI识别人体器官和手术机械，规划手术路径，预警主动脉等危险区域，可以利用大数据给出建议
136． 历史：500 年前达芬奇，2000 年直觉外科，2010 天智航
500 年前意大利文艺复兴画家、科学家、发明家达芬奇利用自己的解剖学知识和机械知识，设计了人类历史上第一个人形机器人
2000 年 FDA 批准直觉外科公司（Intuitive Surgical）达芬奇手术机器人，开启了商业化道路
2010 年天智航研发制造我国首款手术机器人，滞后于美国十年
137． 腔镜：全球直觉外科、中国微创精锋威高术锐康多
腔镜手术机器人全称内窥镜手术器械控制系统，由其标配“三件套”控制台、手术机械臂和三维成像系统组成，可应用于心脏外科、普通外科、泌尿外科、胸外科、肝胆胰外科、胃肠外科、妇科等，技术路线为多孔→单孔→自然腔道
全球龙头直觉外科达芬奇，加拿大 Titan Medical、TransEnterix、英国CMR 等
直觉外科 Intuitive Surgical：全球龙头
1995 年，直觉外科成立，2000 年 FDA 批准达芬奇手术机器人上市2016 年，与复星医药合资成立直观复星（复星40％股权）2019 年，营收 45 亿美元其中耗材 24 亿美元，净利润 14 亿美元，商业模式是典型的剃刀刀片模式，目前全球装机 6335 台，年手术量超过 120 万台，全世界每 26 秒就有一个医生使用达芬奇开展手术，占据全球 80％ 市场，股价 20 年上涨 100 倍
中国微创医疗、精锋医疗、威高妙手、术锐、康多等，尚未出现龙头
138． 骨科：全球史赛克、中国天智航
骨科手术长期受限于看和动作控制两大问题，骨头内部结构难以看到，结构复杂、容易误伤血管神经，植入类骨科手术对精度要求非常高，人力操作难以控制，适用于创伤、脊柱、关节等手术
骨科机器人由主控台、机械臂、光学定位相机组成，具体流程如下
1）术前／术中获取患者损伤部位的影像并上传到主控台完成识别，医生通过主控台规划手术路径设计
2）医生将机械臂拖动至术区后，机械臂按照规划好的手术路径进行精准定位，并完成切割和／或植入
3）光学跟踪系统负责术中实时定位监测，对定位误差进行实时动态调整，引导机械臂自动调整
全球史赛克、美敦力、强生、捷迈邦美、施乐辉等纷纷通过收购的方式布局，Mazor、NuVasive、Think Surgical、Zimmer Biomet 等
史赛克 Stryker：骨科全球龙头
史赛克Stryker是全球最大的骨科医疗器械公司，以医疗系统为主（44％），其次是创伤骨科（35％）、神经技术及脊柱（21％）
2013 年 14 亿美元收购 Mako，全球突破 1000 台，专注关节手术，市占率9％
2019 年 5 亿美元收购 Mobius Imaging、Cardan Robotics 布局骨科脊柱外科
中国天智航、微创医疗、键嘉、柳叶刀、三坛医疗、罗森博特、鑫君特、长木谷、元化智能等
688277 天智航：中国龙头
天智航是国内第一家、全球第五家取得产品上市许可证的手术机器人企业，与北京航天航空大学、积水潭医院产学研医结合，累积获得专利授权171项（发明29项），覆盖骨盆、髋臼、四肢等部位创伤手术及全节段脊柱外科手术，兼容二维三维影像配准技术，累计销售机器人 107 台，在 100 余家医疗机构完成手术量超万例，2020 年 7 月在科创板上市
139． 神经外科：全球捷迈邦美，中国柏惠维康、华科精准、华志微创
神经外科手术主要针对脑部、脊髓、神经的手术，在操作上具有手术空间小、定位困难等难点，神经外科手术机器人主要包括术前规划软件、导航定向系统、机器人辅助器械定位、操作系统，通过对脑部病灶位置精确的空间定位，辅助医生夹持和固定手术器械等，并完成如活检手术、深脑刺激、经颅磁刺激、立体定向脑电图、神经内窥手术等的神经外科手术，应用于中枢神经系统炎症疾病、帕金森病和癫痫病在内的神经系统疾病、脑血管病和脑梗死
全球美国 Prosurgics Pathfinder、法国Medtech ROSA、英国Renishaw NeuroMate，中国柏惠维康、华科精准、华志微创等
140． 泛血管介入：全球西门子，中国唯迈、爱博、奥朋、梅奥心磁
泛血管介入机器人应用在心脏、脑部、外周血管相关疾病的介入手术，传统需要医生长期暴露在 X 射线下对身体伤害很大，医生疲劳和人手操作不稳定会直接影响手术治疗，血管介入机器人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，术中实施导管推进和导航，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
全球西门子 Corindus、Moray、Stereotaxis 等，中国唯迈医疗、爱博医疗、奥朋医疗、梅奥心磁等
141． 其它：自然腔道、穿刺，中国龙头微创
自然腔道手术机器人是指通过人体自然路径进入目标部位，并可控制其进行诊断或手术的机器人，应用于支气管镜检查（肺结核）、结肠镜检查、胃镜检查等，全球直觉外科Ion、强生Monarch、MedRobotics，中国微创等
穿刺手术机器人是通过MRI、超声、CT等成像技术将目标解剖定位，引导反馈针头达到目标解剖结构，辅助完成经皮穿刺手术的机器人，应用于检测早期肺癌、乳腺癌、前列腺癌、肾结石，全球Biobot、NDR、ISYS、EDDA，中国微创、迈纳士、精劢、磅策、横乐等
微创医疗：全面布局龙头
微创医疗机器人 2014 年成立，布局腔镜「图迈」「蜻蜓眼」、骨科「鸿鹄」、血管介入、自然腔道支气管、经皮穿刺五大黄金赛道，是国内最全面的医疗机器人公司，2021 年 10 月在港股上市
二十三、康复机器人
142． 分类：康复治疗、生活辅助
康复机器人辅助人体完成肢体动作，实现助残行走、康复治疗、负重行走、减轻劳动强度等功能，针对患有脊髓脊柱损伤、脑卒中损伤、脑外伤等疾病的残障人士，失能失智人群，如瘫痪、老年痴呆、阿尔兹海默症等，可分为康复治疗和生活辅助型机器人
生活辅助型机器人主要面向老年群体和残疾群体，通常是个人购买用于辅助日常生活，针对患有老年慢性病以及永久残疾患者等存在行动障碍的人群，主要包括饮食辅助、移动辅助、卫生护理、智能假肢、智能辅具等
康复治疗型机器人主要面向术后康复群体，通常是医院购买，针对脑血管疾病、骨科、工伤等术后的康复治疗需求，主要包括上下肢康复训练、步态／步行训练、关节训练等
143． 市场：全球 100 亿，中国 10 亿
2020 年全球康复机器人市场 100 亿元，中国 10 亿
144． 技术：机械本体、运动控制
康复机器人系统设计可以划分为机械结构设计、电气与电子控制系统设计、康复训练或辅助方案设计、运动控制策略设计、人机交互软件设计等多个部分
机械结构设计：综合考虑患者的病情特点、人体关节运动特点、安全舒适性、人机交互等因素，以实现科学的康复训练方案为前提，扩展训练动作维度，提高关节活动度，探索新材料技术在康复机械中的应用，使康复机器人本体更加简洁轻巧，穿戴便捷舒适
运动控制策略设计：从控制策略主要分为力控制策略、力场控制策略、生物电信号控制策略，运用力传感器直接检测机器人与患者肢体部位之间的相互作用力并对之进行控制的力控制策略，常用的是力位混合控制和阻抗控制
145． 康复：牵引式卓道、悬挂式金矢
康复机器人按照治疗部位的不同分为上肢康复机器人和下肢康复机器人，按照与人体耦合方式的不同又可进一步分为末端驱动牵引式、悬吊式、外骨骼式三大类
末端驱动式上肢康复机器人是以并联连杆机构或串联机器人机构为主体机构，通过对上肢功能障碍患者的上肢运动末端进行支撑和固定使患者按照预定轨迹或者自由轨迹进行被动训练或主动训练，从而达到康复训练目的的康复设备。与患者相对独立，通常仅通过患者手部与机器人末端相连，并对前臂进行一定支撑，整体结构清晰、紧凑，系统整体可靠性高，患者上机简单、使用方便，以实现多关节复合训练动作为主，能够满足日常生活中最为频繁的点到点动作的训练
末端驱动式下肢康复机器人又称为坐卧式康复机器人，多用于适用于运动功能完全丧失的瘫痪患者和中风患者的康复训练前期，优势在于在运动训练过程中患者处于坐立、斜躺或平躺姿态，无需下肢为身体提供支撑。通常采用一对脚踏板与患者的双足相接触，成本较低，易于操作使用，但只能实现相对简单的训练策略和末端运动轨迹，另有一种坐卧式外骨骼康复机器人，由两条机械腿组成，下肢沿着机械腿并列进行安放固定，既可以方便地实现单关节的运动，也能够完成多关节协调的训练，但佩戴较为麻烦，耗时较长。
悬吊式下肢康复机器人通过穿戴于患者腰胸部的挽具， 以及连接挽具和头顶上方支架的绳索，以提拉躯干的方式实现体重支撑，保持患者的直立姿态，由脚踏板、跑步机或地面与患者双足相互作用，完成下肢的交替运动
全球瑞士 Lokomat、德国LokoHelp、美国 Robomedica 等，中国卓道医疗、广州一康、上海傅利叶、中航创世、南京埃斯顿、微创、上海电气康复、苏州好博、南京伟思、上海金矢等
卓道医疗：末端驱动式康复机器人龙头
卓道医疗成立于 2015 年，2018年获得国内第一张末端牵引式上肢康复机器人医疗器械注册证，2020 年年底获得悬吊式下肢康复机器人注册证，其中ArmGuider?上肢康复机器人拥有灵活、柔顺的悬浮式机械臂结构，能够实现丰富的上肢多关节复合训练功能， Nimbot? 上肢机器人拥有全球首款实现肩部复合体五自由度设计的机械动力外骨骼结构，SmartSling?下肢康复训练机器人国内首款实现髋膝全自由度训练，其产品已落地超过 400 家医院
上海金矢：悬挂式康复机器人黑马
上海金矢成立于 2016 年，专注于肢体康复机器人的研发、生产和销售，iReGo下肢康复运动训练机器人已获得国家二类医疗器械证，集步态分析、行走训练、坐站训练、平衡训练、游戏训练于一体，双侧急停开关、超声波、传感器、减重绷带和防跌倒机制等多重保护给病人提供充足的安全保障
146． 外骨骼：机械助力、电助力
外骨骼 Exoskeleton 源自节肢动物门几丁质体表层，保护生物相对脆弱柔软的躯体和脏器，比如螃蟹、虾的外壳，外骨骼机器人可为穿戴者提供保护，并根据人的肢体活动来感应、驱动机械关节执行动作，帮助使用者跑得更快、跳得更高、负重能力更强
上肢外骨骼机器人是一种基于人体仿生学及人体上肢各关节运动机制而设计的，用于辅助上肢功能障碍患者进行康复训练的康复辅助设备，特殊的机械机构紧紧依附于上肢功能障碍患者的上肢，患者进行主、被动训练
下肢外骨骼机器人是一种基于步态模拟并在各个关节处配置相应的自由度及活动范围，可自行进行步态模拟工作的设备。
外骨骼机器人兼具辅助替代和训练治疗双重功能，要能够实现自主控制，可应用在医疗、军事、工业等多领域，有望渗透至人类生活的各个方面
外骨骼机器人技术路线分为机械助力、电助力，机械助力主要通过弹簧辅以机械结构，但功能比较单一，并需要自己对外骨骼施加一定的力量，使用不太方便，电助力更有优势，但成本也更高
147． 外骨骼：全球Rewalk、Ekso、Cyberdyne，中国医疗程天、工业傲鲨
全球外骨骼机器人有以色列Rewalk、美国Ekso、Indego、Sarcos、SuitX、日本Cyberdyne、新西兰Rex 等
中国程天、傲鲨、大艾、布法罗、迈步、伟思、尖叫、迈宝、奇诺、峰湃、傅利叶等
程天科技：医用外骨骼龙头
程天科技 2017 年成立，专注养老、康复领域，2020 年 4 月获得首个由中国国家药监局NMPA（原CFDA）中枢神经病变下肢外骨骼机器人二类医疗器械许可证，2021 年 3 月获批第二张，覆盖超 50 家医院，3 万人次试用
傲鲨智能：工业外骨骼龙头
傲鲨智能 2018 年成立，上肢外骨骼机器人“MAPS 脉”有 4 个自由度，采用伺服电机驱动，应用于汽车工业领域以提高工人效率，下肢外骨骼机器人“HEMS 尉”有 6 个主动自由度和 6 个被动自由度，用于力量增强和负重训练，出货上百台
下面看一个视频，画面中，他背着 3 个外卖箱，还能行走爬楼毫不费力，其设计自重 16Kg，额定负载 50Kg，12个运动自由度，工作时通过外骨骼把力量传导到地面，使用者肩膀只需要承受 5～10 Kg的力，如同背着一台笔记本电脑
150 斤弹药箱，两人轻松搬运
二十四、辅助服务机器人
148． 辅助服务：AI 诊断、移动
医疗辅助机器人是指能辅助医疗过程、提升医护人员能力、减少不必要的医护资源投入以及提升医护效率和质量的智能化医疗机器装置，可分为诊断机器人、移动机器人
辅助诊断别称是人工智能，可分为影像、IVD、病理，我们将在人工智能篇详细介绍，请持续关注本公众号史晨星（shichenxing1）
移动机器人应用于物流配药、消毒杀菌、测温巡检等场景
149． 市场：10 亿
2020 年中国医疗辅助机器人市场规模约 10 亿元
151． 产业：中国龙头诺亚、钛米
医院物流机器人包括诺亚、钛米、猎户星空、赛特智能、卫邦科技、桑谷医疗等
诺亚：医院物流龙头
诺亚医院物流机器人成立于 2014 年，将5G无人驾驶技术赋能医院物资配送场景，实现了医院 95％ 物资的全院级流通配送，已入驻百余家国内头部医院
