一、手术机器人行业简介
1.1 手术机器人的起源和发展
手术机器人是一个集医学、影像学、计算机视觉、机器人技术、空间定位技术、虚拟现实交互、定制化制造于一体的多学科交叉系统，被越来越多地应用于神经外科、骨科、耳鼻喉科等手术中，辅助医生精准操作，提高手术的安全准确性。
手术机器人起源于工业机器人，1985年，美国首次将机器人技术用于外科手术，洛杉矶医院医生使用工业机械臂Puma 560 完成了机器人辅助定位的神经外科脑部活检手术。80年代末，斯坦福研究院（SRI）开始关于外科手术机器人的研发，为战地手术服务，该项目收到了美国国防部高级项目研究局（DARPA）的巨额投资。
此后在1992年由IT公司IBM和加州大学联合推出了全球首个医疗手术机器人ROBODOC用于骨科手术中的关节置换。1997年，手术机器人“伊索”成为FDA批准的第一个手术机器人，并且引领着手术机器人走向了商业化道路。它是一种可由手术医师声控的“扶镜”机械手，以避免由于扶镜手生理疲劳所造成的镜头不稳定。直到2014年，外科医生应用“伊索”在全球做了超过7.5万例次微创手术。1998年，“伊索”通过包括安装内窥镜等一系列的升级改造，逐渐进化成了宙斯。宙斯共搭载了Surgeon-side和Patient-side两套系统。Surgeon-side系统由一对主手和监视器构成。Patient-side由用于定位的两个机器人手臂和一个控制内窥镜位置的机器人手臂组成。
1995年，出身于斯坦福大学研究院的Frederic Moll博士创立了当今全球最为出名的医疗手术机器人公司——直觉外科公司（Intuitive Surgical），并开启了手术机器人领域的商业化道路。而此时的中国才刚刚开始在手术机器人领域的探索，研发制造进度较美国滞后了十年以上。1999年全球首个可正式应用于手术室中的手术机器人系统达芬奇手术机器人率先在欧洲获批上市，这是一款由美国直觉外科公司研发制造的腹腔镜手术机器人。2003年，推出宙斯机器人的Computer Motion公司与直觉医疗公司合并，达芬奇手术机器人开始垄断全球市场。
1.2 手术机器人的主要优势
相比于传统的开放式手术，微创外科手术具有创口小、痛苦少、恢复快以及感染率低的优点，但也存在医生手眼不协调、学习长、易疲劳、手部抖动影响手术质量、手术器械不灵活不稳定、无法精确分离和缝合等缺点。
机器人手术既保存了微创手术的优势，又加强了操作复杂手术的能力，相比于开放手术及传统微创伤手术，经手术机器人辅助的微创手术（Robot Assisted Surgery，RAS）不仅能以微创的手段来消除手术造成的大面积创伤对患者的不利影响，进而达到减少患者痛苦和加快术后恢复速度等目的，同时还可以降低常规手术中因医生手部震颤等造成的不可控的手术风险，具有灵活精准、抗疲劳辐射、视野大且清晰、过滤抖动、创口小恢复快、出血少并发症少、直觉自然、易于学习等优势。
此外，对于对精度要求很高的骨科、神经外科及口腔科等外科手术，手术机器人还具有精准定位、手术规划、精准成像等功能，并且能大幅减少手术中医生所受辐射伤害和感染风险。
具体而言，经手术机器人辅助的微创手术具有以下优点：
1). 更灵活、更精准。
传统微创伤手术中的大部分手术器械仅拥有四个自由度，而人体手腕及手部则拥有七个自由度，而手术机器人更可实现人手无法达到的灵活度和精确度，可以自由旋转540度，同时可以在胸腔、盆腔中进行灵活操作，可完成人手无法完成的精细动作，可在人手无法触及的狭小空间内进行精细手术操作。与开放手术的大切口相比，病人在机器人微创伤手术中一般仅有一个或几个小切口，用来放入手术器械。这亦大幅减少失血及术后并发症的风险，例如感染及黏连，使得病人更快康复。
2).过滤震颤，降低风险。
手术机器人能够过滤外科医生的生理震颤，减少术中风险。在传统微创手术中，外科医生手部的生理震颤容易通过硬性工具传递，而手术机器人通过计算器算法自动过滤外科医生手部固有的震颤，使外科医生更容易远程控制手术器械，并降低不慎横切组织的风险。
3).三维术野。
三维高清图像提供自然视觉景深，提高手术的精准度及稳定性。传统腔镜仅用于提供二维影像，缺乏自然视觉景深，而手术机器人提供的三维高清图像使手术领域有自然视觉景深。数字变焦功能亦使外科医生能够流畅地放大术野，从而促进精准的组织识别及组织层次区分。
4).降低外科医生疲惫及缩短学习曲线。
鉴于手术机器人具有震颤过滤、三维高清图像及高灵活度的特点，广泛应用能够将外科医生的学习曲线由 80 例缩短至 20 例，使手术机器人更便于在开放手术或传统微创伤手术方面经验有限的外科医生使用。此外，手术机器人的人体工程学设计使得手术期间医生由站姿改为坐姿，增加舒适度的同时亦降低了外科医生因长期不适及疲惫而遭受职业病的可能性。
5).医疗资源远程化。
手术机器人能够融入 5G远程医疗等先进技术，多点多中心开展同期手术成为可能。手术机器人可在术前针对不同患者进行精确测量并制定个性化重建方案，将传统的手术经验转化为数字化手术规划，实施远程手术方案，有利于提升医疗均质化水平，给患者带来福音。
6).减少医生的辐射暴露和感染风险。
利用机器人及其机械臂实施的外科手术可以避免主刀医生和患者及手术台的直接接触，而医生通常在无菌隔离区之外的空间对机器人进行控制并实施手术。因此，这就减少了手术中影像设备的使用对医生造成的辐射危害，不再需要穿重达数十斤的铅衣。另外，也可以避免因与患者直接接触造成的感染（如乙肝、艾滋病等）风险，防范病毒以血液和体液方式传播，进而保障医生安全。
7).缩短手术时间、康复时间，病床周转加快
手术机器人可在多科室场景助力医生快速进行手术规划，导航定位等，极大缩短手术时间，由于侵入性较小，病人康复时间短，可大幅缩短病人住院时间，从而降低住院成本，提升医院运营效率，降低患者住院成本。
1.3 手术机器人的主要适应症
自达芬奇系统面世之后，经FDA 批准的达芬奇机器人所适用的术式从最初的一般腹腔镜手术逐步拓展至泌尿外科、心脏外科、妇科及普外科等手术领域，尤其随着达芬奇系统成功导入普外科手术市场，直觉外科普外科手术收入占比从 2015年开始快速提升，已经超过妇科成为腔镜手术机器人所应用的最主要术式。目前达芬奇系统已经获FDA批准，可以在心胸外科、胸外科、肝胆外科、胃肠外科、普外科、泌尿外科、妇科、血管外科、小儿外科、耳鼻喉科等十多个领域开展各种手术。
各科室适应症范围的不断拓宽进一步打开了市场空间，未来各细分外科领域有望形成接力，推动手术机器人市场持续的高增长。目前，手术机器人的适应症已经囊括多个科室的几十种适应症，其中腔镜手术机器人和骨科手术机器人的适应症最为广泛，详见下表所示：
医疗机器人可应用的手术适应症
二、手术机器人的市场格局
2.1 手术机器人全球市场格局
2015~2020年，全球手术机器人市场规模从30亿美元增加到83.2亿美元，复合增速22.6%，估计到2026年将达到335.9亿美元，复合增速26.2%；2020年全球腔镜手术机器人市场规模52.5亿美元，骨科手术机器人市场规模13.9亿美元，为主要的运用领域。
全球手术机器人市场规模增长情况
全球手术机器人增长率超过20%
2.2 手术机器人中国市场格局
中国手术机器人行业处于早期发展阶段，增长潜力较大。根据 Frost & Sullivan的数据， 2020年国内手术机器人市场基数为4亿美元， 2015-2020年复合增速35.7%，至 2026 年预期年复合增速 44.3%，达到 38 亿美元。按细分市场来看，2020 年腔镜手术机器人和骨科手术机器人占市场主导，分别占比 60.7%和 10.1%。Frost & Sullivan显示中国手术机器人市场的历史及预测增长如下：
中国手术机器人市场规模增长情况
中国手术机器人增长率远超全球
三、手术机器人的技术壁垒
一般而言，医疗手术机器人至少应包括以下功能单元：图像采集与处理单元、定位信息获取单元、配准与空间变换单元、人机交互与显示单元、机器人定位于手术操作单元。其中前两个单元是系统的原始信息收入部分，经配准与空间变换单元进行计算后，通过人机交互进行手术规划并显示，最终由机器人实现系统输出。
手术机器人的主要结构设计
手术机器人融合了机器人学、机构学、机械学、生物力学、医学、智能材料、计算机视觉等多种学科。考虑到微创外科手术机器人设计过程中的复杂度、精确性和安全性，众多技术被使用到手术机器人的设计制当中，其中力反馈技术、精密运动控制技术、控制系统结构与控制方法是影响手术机器人性能的关键技术。这些技术的应用使得微创手术机器人系统具有比传统手术具有精度高、灵活性好、操作直观性好、安全性高等优势。
手术机器人关键技术节点
大量的图像处理技术、定位配准技术、自动化与控制技术的应用主要提升以下五个模块的技术性能：
1).机器人控制能力。
机器人是手术机器人系统的核心，它的作用有两个：一是按命令轨迹运动将安装在其末端的手术器械送达病灶点；二是按指令轨迹带动手术器械运动完成操作任务。控制计算机在接收命令后根据规划系统提供的轨迹参数生成机器人运动指令，该指令经通信系统发送给机器人的控制器，机器人在该指令控制下完成指定的操作。机器人的灵巧操作空间必须覆盖手术的操作空间，以保证规划手术方案的实施。在手术的路径选取时，有时要求避开一些人体的重要组织，要求机器人具有冗余特性，即机器人具有一定的避障能力。
2).配准与空间映射能力。
空间映射是一系列坐标系间的变换关系，可以用齐次变换矩阵表示。当在图像空间获得目标靶点和手术路径信息后，通过空间映射关系可以在机器人操作空间中获得它们的描述。在主从异构操作系统中，还存在一个由主机操作空间到从机操作空间的映射变换，该映射关系由遥操作系统的结构和控制策略决定。
3).手术器械的位姿跟踪能力。
手术器械的位姿跟踪是采用某种方法实时获得手术器械在某一已知空间中的位姿。该位姿信息和已知的手术器械尺寸信息，可用于导引或手术监视系统。位姿信号从机器人控制器获得，在监视系统的三位患者模型上实时显示出手术器械的位姿，提供手术时地可视化监视功能。现代手术机器人一般采用光电式方法获得位姿信息。
4).多重感知信息融合能力。
基于传感器技术、医学图像信息技术、虚拟现实技术的发展，多感知信息人机交互控制技术成为未来发展趋势，使操作者能够获取临床手术视觉、力觉、触觉等信息，增强医生实施手术临场感。
5).智能化控制能力。
基于视觉信息的手术器械自动跟踪技术、基于先验知识的器官运动跟踪与补偿技术、基于虚拟导向和安全屏障的自动导航技术以及基于手术机器人局部自主作业技术能够提升微创外科手术机器人的智能程度，进一步提高机器人微创外科手术的有效性和安全性，最大限度地减轻操作者的劳动强度。
四、手术机器人行业的收费政策分析
4.1 收费政策的发布
2022年9月，湖南省医疗保障局发布《关于规范手术机器人辅助操作系统使用和收费行为的通知》（以下简称《通知》），旨在进一步规范手术机器人辅助操作系统的使用和医疗服务收费行为。在这次通知中，首次明确定义了全部手术机器人、手术导航、手术规划的价格。并提到了手术机器人辅助操作系统的定义，和合理使用的要求。涵盖了所有机器人及多个科室，同时包括手术机器人的耗材、工具包服务等加收标准。
此次通知中所称“手术机器人辅助操作系统”则是“各类冠以类似名义的辅助操作设备、平台、系统或工具”。所以不仅“手术控制系统”是机器人，“手术导航”也算机器人。
通知还提到按照设备注册证适用范围和临床手术使用指征，合理使用手术机器人辅助操作系统，不得超范围和过度使用。涵盖了骨科、头颈外科、胸外科、心外科、普外科、泌尿外科、血管外科、妇科手术操作。
手术机器人具体分类收费标准如下：
1).手术机器人辅助操作系统只发挥手术规划功能的， 包括但不限于应用人工智能、增强现实、混合现实、全息影像、裸眼3D等各类数字化、可视化或智能化的创新通用技术，辅助进行手术规划、术前模拟等，辅助操作价值在手术价格中体现，不另立项收费。远程提供院际手术规划服务的，按照单学科远程会诊进行收费，不另行加收。
2).手术机器人辅助操作系统只具备和发挥导航定位功能的，每例手术加收40%，核心术式价格在每例5000元以上的，加收标准按每次2000元封顶。
3).手术机器人辅助操作系统属于“采用机器人技术的辅助手术设备和辅助手术系统”(简称RA设备/系统，包括但不限于“达芬奇手术机器人”等手术器械控制系统)，按照对应开展的手术项目加收。其中，手术机器人辅助操作系统在医务人员支配下仅完成或参与完成实现手术目标的部分核心操作步骤(含远程手术操作)的，加收80%。手术机器人辅助操作系统在医务人员支配下完成或参与完成实现手术目标的全部核心操作步骤(含远程手术操作)的，加收300%。
4).上述加收情形同时发生的，按加收比例最高的情形收费，不得相互叠加收费。此外还明确， 手术机器人辅助操作系统加收费用暂不纳入医保基金支付范围 ，根据医疗服务项目保障需求、基金收支情况和承受能力等因素按程序进行调整。
4.2 收费政策的影响
湖南省此次对手术机器人的收费规范对行业造成一定影响，与现有的收费标准相比，该标准对机器人手术的收费限价较为严格，企业盈利能力将进一步削弱。
以传统前列腺癌根治术为例，其收费标准在5000-8000元左右。按照湖南的政策，如果加收300%的最高标准，即为15000-24000元。而达芬奇机器人此前的开机费一般要3万到4万元左右。而在骨科机器人领域，以关节手术机器人为例，目前国内上市的不论是进口还是国产品牌，最多只能辅助医生完成部分手术操作步骤。按照湖南收费政策，只能在传统手术价格的基础上加收80%。湖南方案是否会在更多地区施行，目前还是未知数。
目前来说，使用手术机器人辅助手术的收费是较为昂贵的，从性价比来看并不是很高，有不少医生认为，使用腔镜手术机器人与平常的腹腔镜手术效果相近，只有在对稳定性有极高要求的术式，手术机器人才能发挥较大作用，为不那么需要的地方付出高昂的费用，并不符合经济规律。此次通知为手术机器人应用做出了规范，从长期发展角度而言，也有利于手术机器人的商业化，随着手术机器人的发展成熟，降本增效提质是大势所趋。整体来看，此次通知是希望提高手术机器人使用的性价比，只为真正具有高价值的机器人设备买单，这也是鼓励企业以多创造临床价值为发展方向，摒弃那些低价值弄虚作假的“伪创新”。
五、手术机器人行业的优质企业
手术机器人行业增速较快，市场天花板高，目前该行业优质企业以直接外科为主要龙头，也形成了快速发展的市场格局，行业优质企业分析如下……
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