医疗机器人是一种智能型的服务机器人,被应用于诊断、治疗、手术、康复、护理等多个医疗领域。经过30多年的快速发展,医疗机器人已经在神经外科、腹腔内科、胸外科、骨外科、血管介入、颅面外科等多个领域内得到了较为广泛的应用。
根据应用领域的不同,医疗机器人可以分为手术机器人、康复机器人、辅助机器人和服务机器人:(1)手术机器人是集多项现代高科技手段于一体,可用于手术影像导引和微创手术的综合性医疗机器装置。手术机器人能够克服传统手术定位精度低、手术时间长、术者易疲劳、缺乏三维医学图像导航等技术缺陷,显著提升操作精度,缩短手术用时。与此同时,在有机器人参与的手术当中,患者伤口更小、出血更少、恢复速度更快,手术机器人未来在医疗领域内将大有可为;(2)康复机器人基于仿生原理和人体工程学设计而成,患者穿戴后可与设备保持高自由度的同轴运动,舒适性较好,且能够有效促进神经系统的功能重组、代偿和再生,有效缓解肌肉和关节萎缩。康复机器人由于能够帮助解决康复医师严重不足的问题,在中国广泛受到各类康复医疗机构青睐;(3)辅助机器人在住家护理设施中应用广泛,能够代替护工照顾老人及体弱多病者,帮助它们移动、进食以及清洁身体,甚至能够帮助老年痴呆患者缓解病情,提升认知水平;(4)服务机器人是能够帮助医护人员分担沉重、繁琐且技术含量较低的工作,提高其工作效率的医疗机器装置。常见的医疗服务机器人包括消毒杀菌机器人 、医院运输机器人等。
医疗机器人这一概念早在1985年被提出,世界上第一例机器人手术在工业机器人手臂PUMA560的辅助下完成。中国医疗机器人行业起步较晚,直到1997年,才在两名医生和一名计算机专家的共同操作下完成了首台机器人立体定向颅咽管癌放射治疗手术,掀开了中国医疗机器人临床应用的新篇章。在政府政策扶持以及科研工作者不懈努力下,医疗机器人在技术层面、应用层面表现出色。2010年,中国第一台完全自主知识产权的医疗机器人“骨科导航机器人”获得了国家医疗器械注册许可证,并投入临床使用。自此,中国的医疗机器人行业摆脱了早期以模仿国外先进医疗机器人产品为主的局面,迈入了自主创新新阶段。未来,中国仍将继续坚持医疗机器人的自主创新研发,不断提升现有技术,赶超世界先进水平。
医疗机器人在美国及欧洲应用较为广泛,在这两个地区,医疗机器人的销售额占比达到80%以上。近五年来,医疗机器人在中国迅速普及发展。根据头豹数据,至2018年,医疗机器人在中国市场的销售额已经上升至9.4亿元人民币,五年间年复合增长率达到31.2%。由于中国目前医疗人员资源匮乏,难以满足日益增长的医疗、康复及护理需求,医疗机器人的出现能够有效缓解这一现状,因此医疗机器人潜在市场巨大。加之,中国政府不断颁布相关政策法规,利好医疗机器人的自主创新研发及使用普及。同时,人工智能等技术在中国发展十分迅速,医疗机器人技术不断普及,因此未来五年医疗机器人市场仍保持高速增长。
目前,中国人口老龄化日益严重。全国老龄办数据显示,截止2018年1月,中国60岁以上老年人口超2.3亿,是世界上唯一一个老年人口过两亿的国家,占总人口的16.7%;65岁及以上老年人口超过1.5亿,占总人口的10.8%。预计到2050年,中国老年人口将达到4.8亿,约占届时亚洲老年人口的五分之二、全球老年人口的四分之一,超越如今美、英、德三个国家的人口总和。未来,老年人口赡养压力逐渐增加,对医疗服务的可及性也提出了更高的要求。然而,国内医疗资源有限,难以满足患者日益增长的医疗服务需求。随之酝酿而生的将是广阔的医疗机器人市场,部分机器人已经实验性地进入了医院、家庭,从事部分辅助服务工作。与传统人工手术相比,医疗机器人具有精细化、智能化、微创化的特点,能够更精确地诊断患者症状,科学分析病理,降低人工操作失误,并减少患者在手术过程中的痛苦,加快患者疾病痊愈速度。此外,医疗机器人能够实现远程手术,缓解医疗资源地域不均的现象,使更多患者享受便捷的、智能的医疗服务,因此医疗机器人在现代医学中变得越来越重要。
2015年以来,中国相关机构相继发布了一系列重要的政策文件以推动中国制造的转型升级。医疗领域作为重要的民生领域,成为政策扶持的重点。医疗机器人作为高科技、高性能的医疗器械,也受到了各大政策的支持和鼓励。2015年5月,国务院发布的《中国制造2025》中提出,将“提高医疗器械创新能力和产业化水平,重点发展医疗机器人等高性能诊疗设备”作为“工业4.0”规划的重点内容之一。在该政策的支持下,2015-2025年将成为医疗机器人蓬勃发展的“黄金十年”。2015年6月,北京市科委立即响应国家号召,积极部署智能机器人科技创新和成果转化工作,要求突破服务机器人,尤其是医疗服务机器人的技术瓶颈,相关技术尽快达到国际先进水平。2016年1月,国务院在《国家标准化体系建设发展规划(2016-2020年)》中明确提出,开展医疗机器人、家用健康监护诊疗器械等诊疗设备领域的标准化工作。医疗机器人行业告别了曾经“野蛮生长”的局面,发展更加健康有序。2016年4月,工信部、发改委、财政厅联合发布的《机器人产业发展规划(2016-2020年)》中提出,开展手术机器人在三甲医院智能手术中心的试点示范,大力推进服务机器人在医疗、助老助残、康复等领域的推广应用。该政策加速了医疗机器人行业下游的普及应用,为行业发展创造了更大的空间。
中国医疗机器人行业发展支持政策,2015-2017年
医工结合开发技术复杂,过程漫长。医疗机器人开发需要经过医生提出功能需求和安全要求,技术人员根据医生提出的需求初步规划设计方案、形成工程语言,双方根据已有方案进行多次讨论和修改,还要进行技术测试、医生测试和评价修改。医疗机器人开发缺乏复合型的人才,导致研发和设计的过程漫长,较大程度限制了整个行业的发展速度。
智能医学工程学科初步设立,复合型人才培养周期长。智能医学工程是一门医、理、工高度交叉的新兴学科,紧密结合医疗健康与机器人产业,是有助于培养发明医疗机器人的高素质人才的学科。根据《教育部关于公布2017年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》公告,中国天津大学、南开大学两所高校首次开设智能医学工程专业,而中国天津大学已于2018年开始本科招生,首期招收本科生30名。智能医学工程学科在中国初步设立,教学体系尚未成熟,招生人数少,培养周期长,尚不能满足中国医疗机器人行业的复合型人才需求。
医疗机器人有望颠覆传统医疗方式,开启智慧医疗新纪元
医疗机器人汇集世界领先成果,在未来,单孔内窥镜手术机器人和纳米目标机器人领域可能出现新一轮的发展趋势。与多孔内窥镜机器人相比,单孔内窥镜手术机器人具有创伤小、成本低的特点。随着技术瓶颈的突破、 产业化进度的加快,单孔内窥镜手术机器人将成为具有巨大市场空间的新型手术机器人产品。作为多孔腔镜手术机器人的代表,达芬奇机器人在全球临床应用和商业运营方面取得巨大成功,2016 年手术量超70万例。单孔手术机器人的问世,将彻底打破达芬奇机器人的市场垄断。目前北美、欧盟、日本和韩国相继设立了单孔手术机器人研究项目,中国上海交通大学在单孔机器人研究方面处于世界领先地位,有望成为中国医疗机器人产业取得巨大突破的新兴领域。纳米靶向机器人是微型机器人在医疗领域的重要应用, 目前医用微型机器人以胶囊机器人为代表, 主要运用于胃镜检查等领域,使用领域相对局限。随着纳米技术的不断成熟,由磁场控制并通过血管注射的纳米靶向机器人可以在人体内自由移动,并将药物输送到人类疾病的靶向区域。中国哈尔滨工业大学和天津大学在纳米靶向机器人领域已有重要研究成果问世。此项技术有望率先运用于尿路和眼球等组织,将成为癌症等治疗领域的颠覆式新技术。
中国人口老龄化日益严重,患者对医疗服务的可及性要求不断提高,智能化、微创化、精细化的医疗机器人将逐渐取代传统医疗服务成为未来发展趋势。随着纳米技术的不断成熟,医工结合开发技术逐渐突破瓶颈,医疗机器人行业也将进入高速发展阶段。