港中大教授欧国威：如何让临床需求转工程需求，是手术机器人研发的最大难题

香港中文大学机械与自动化工程学系教授、康诺思腾创始人欧国威

出品｜搜狐科技

作者｜郑松毅

说起手术，是否大家脑海中会立刻浮现医生在手术台前紧张而专注，手持手术刀和止血钳，与时间赛跑、与生命对抗的画面？当今医学科技的快速进步带来前所未有的机遇和挑战，其中之一就是手术机器人的崛起。前沿的机器人技术正在以崭新的方式改善手术策略和操作方法。

近日，搜狐科技在参加由香港桂冠论坛主办的活动期间，参观了中文大学InnoHK香港科学园中心医疗机械人创新技术中心，走进实验室，一台手术机器人的机械臂正通过数控进行灵活摆动。围绕手术机器人使用是否安全、技术亮点、及医疗成本等问题，搜狐科技与香港中文大学机械与自动化工程学系教授、康诺思腾创始人欧国威进行了对话。

欧国威曾获麻省理工学院机械工程学院博士学位，在加入香港中文大学之前（2016 年），他是Intuitive Surgical, Inc.（直觉外科公司）新产品开发部的系统分析经理。在 Intuitive Surgical，他共同发明并领导了 FDA 批准的达芬奇 Si 软件和控制算法开发单点手术平台 (2012)、单点腕针驱动器 (2014) 和达芬奇 Xi 单点手术平台 (2016)。自2012年12月正式上线以来，已有超过10万名患者通过该平台接受了单切口手术。

据悉，“达芬奇”是全球份额占比最高的手术机器人，2011年获批进入中国后，几乎垄断手术机器人市场。但由于其价格昂贵，一台达芬奇手术机器人引入国内的价格约2000万元，医院装机量较少，远无法满足中国基数庞大的患者需求。

欧国威看到了手术机器人的市场潜力，带队创立康诺思腾公司，专研手术机器人。

欧国威向搜狐科技介绍，截止2021年底，全国达芬奇机器人累计安装量超280台，2021年全国机器人手术量约9万，渗透率仅0.5%左右。同期，美国累计达芬奇机器人安装量超4000台，2021年美国机器人手术量为110万，渗透率超13%。可以看出，中国有相当多的临床需求待满足。

他认为，手术机器人相比于传统手术器械有三个主要优势方面：其一在于手术机器人具有更高的灵活度和可操作性，可以实现540度的空间旋转，突破了人手操控可转腕手术器械的极限，可以在病患狭窄解刨区域内进行顺畅的操作，减少医生手部震颤，使手术操作视野更清晰、舒适度更好，协助医生完成更复杂的手术操作；

其二在于手术机器人有更好的感知能力，配备CT、核磁共振仪等传感器，结合现实增强技术在手术过程中实时提供给医生更多患者病症信息，从而增加手术安全性和效率；

第三点优势在于手术机器人配备更高精度的驱动器与传感器，使其具备更高的操作精准度，协助医生降低手术过程中对患者造成的非病变组织的损伤，减少患者失血量，进而降低患者的感染风险，缩短康复时间。

手术机器人的发展也并非一帆风顺，现阶段仍然存在局限性。

“手术机器人的触觉反馈系统不完善，无法让医生了解机械操作力度和患者的组织软硬程度，医生心理上会有一些压力。”

欧国威与团队现阶段专注于腔镜手术机器人的研究，研发难点主要来自几个方面：不易同时满足手术机器人体积小、灵活度高、可靠性高等要求，以及电机结构设计与控制算法复杂。

他强调，“研发手术机器人最难的地方还在于如何让医疗的临床需求转化为工程需求。很多从事手术机器人研发的人来自工程领域，对于医疗或手术的需求没有充分的理解，做出来的手术机器人很可能和工业机器人没有分别，不能符合临床要求，这就需要团队始终关注临床需求和转化。”

对于大家最为关心的手术机器人医疗服务价格，欧国威介绍，国内机器人手术比传统腹腔镜手术贵两万至四万元，目前医保报销有望逐步打开。各地机器人手术收费结构基本采用“腹腔镜手术费用+手术机器人设备及附件费用”的形式。

谈及手术机器人的未来发展方向，他表示，未来手术机器人成本将进一步降低，体积将更小，使得轻便、廉价的手术机器人能更广泛的应用于各种手术环境中。

“手术机器人将更智能化，可能自主或半自主地完成一部分手术操作，提高手术效率，降低手术难度。其结构也将迎来一次变革，从传统的刚性结构向柔性架构和刚-柔-软耦合结构发展，从传统的多孔手术机器人向单孔手术机器人以及自然腔道手术机器人发展，进一步降低患者损伤，加速患者术后恢复时间。”

以下为对话实录（经整理编辑）

搜狐科技：在您看来，与传统手术相比，手术机器人有何优势和劣势？在哪些情况下，手术机器人手术是首选？

欧国威：对于医生而言，手术机器人可帮助医生提升工作的维度和强度。

从工作维度来说，手术机器人可以实现 540 度的空间旋转，突破了人手操控可转腕手术器械的极限，可以在病患狭窄解剖区域内进行顺畅的操作，帮助医生完成难度更高、更复杂的手术操作。

从工作强度来说，手术机器人可减少医生手部震颤，使手术操作视野更清晰、操作舒适度更好，降低了手术对外科医生体力和手术操作精度要求，缓解我国医疗资源不足的问题。

对于患者而言，相比于传统的外科手术器械，手术机器人的高精度操作能够进一步减小手术 中对患者健康组织的损害与失血量，进而降低患者的感染风险。有研究表明，病人失血量减少，胃排空延迟率降低，这些都减轻了病人术后的痛苦, 缩短了康复时间。

当然现阶段，手术机器人仍然存在局限性。例如，触觉反馈系统不完善，无法让医生了解机械操作力度和患者的组织软硬程度，医生心理上会有一些压力。

根据以上医疗手术机器人的优势与劣势分析，可以看出，现在有很多手术都能通过手术机器人来完成的，并且手术机器人的精准度更高，手术成功率与安全性也更高，尤其针对手术种需要在人体内狭小空间内对病患组织进行复杂操作的手术具有突出优势，例如耳、鼻、喉、盆骨底部、腰间盘、膀胱、前列腺等人体部位内的手术。

搜狐科技：有哪些医疗问题是传统手术解决不了，但手术机器人可以解决的吗？

欧国威：手术机器人相比传统手术器械具有更突出的灵活度、可操作性以及精准度可以协助医生更轻松的完成更加复杂的手术操作。手术机器人末端灵活度机械手腕（540°）极大的扩展了人手的可旋转范围（360°），这种更高灵活度的手术机器人可以协助医生在人体更加狭窄空间内（耳、鼻、喉、盆骨底部、腰间盘、膀胱、前列腺等人体部位）进行更加复杂的手术操作（穿针、缝合、打结等手术操作），并且可以在手术过程中可有效躲避人体的重要器官，降低手术对患者的损伤。

相较于传统手术器械，手术机器人具有更高的感知能力，配备更多的传感器：CT、核磁共振仪以及视觉定位系统，并且结合增强现实技术，医疗机器人更高的感知能力不仅可以在手术过程中实时提供给医生更多的患者信息（患者骨头的损伤，血管的分布等信息），而且可以协助医生实现手术过程中多种器械(医用内窥镜、以用手术器械等)更加直观的协同操作，增加了手术的安全性以及医生的手术效率。

由于手术机器人配备更高精度的驱动器与传感器，所以其具有更高的操作精准度，可以协助医生进一步降低手术过程中对于患者非病变组织的损伤。

搜狐科技：在手术机器人技术的研究和应用过程中，哪些技术问题需要克服？您和团队是如何解决这些问题的？

欧国威：我所在的团队现阶段专注于腔镜手术机器人的研究，是医学工程技术的“集大成者”，对开发团队的技术水平和综合能力有极高的要求。

手术机器人的研发难点主要来自于多个方面：首先是算法十分复杂，做到完全自研和安全并不容易；其次是手术器械需要具有体积小、灵活度高、可靠性高等要求，所以设计者需要对这些工具的设计和生产具有丰富的经验；第三就是电机的控制，如果没有精良的电机结构设计与控制算法，无法设计出满足手术可用性要求的机械手；除此之外，软件架构的设计同样关键，其需要支持系统集成和人机交互功能。

除了这些核心技术难点，研发手术机器人最难的地方还在于如何让医疗的临床需求转化为工程需求。很多从事手术机器人研发的人来自工程领域，他们对于医疗或者手术的需求并没有很充分的理解，做出来的手术机器人很可能和工业机器人没有分别，并不能符合临床要求，这就需要团队始终关注临床需求和转化。

因为手术机器人涉及技术和研发环节都非常复杂，团队需要进行非常清晰的工作流分析，经常复盘，找到问题的根源。我们依赖设计者丰富的经验，通过多次复盘，才能将复杂系统中的核心问题找出来。

搜狐科技：中国患者基数庞大，手术机器人能否满足中国患者需求？

欧国威：以腔镜手术机器人为例，达芬奇手术机器人完全垄断中国市场，截止2021年底，全国达芬奇机器人累计安装量超280台，2021年机器人手术量约9万，渗透率仅0.5%左右。美国累计达芬奇系统安装量达超4000台，2021全年机器人手术量约110万，渗透率超过13%。通过这些行研数据，我们看到的现状是，中国有相当多的临床需求仍待满足。

搜狐科技：手术机器人的医疗服务价格与传统手术相比如何？您认为手术机器人的成本效益如何？

欧国威：参考西南证券的行研报告，国内机器人手术比传统腹腔镜手术贵2-4万元，目前医保报销有望逐步打开。各地机器人手术收费：基本采用“腹腔镜手术费用+手术机器人设备及附件费用”的形式。

手术机器人医疗服务价格根据地区不同，加价会有不同，北上广等经济发达地区一般在传统腹腔镜手术收费基础上加3-4万元，其他地区一般加价2万元。以前列腺根治术为例，腹腔镜手术费用4-5万，医保报销50%左右，加上2-4万元的机器人费用后如果不报销，对患者成本增加较为明显。

搜狐科技：手术机器人技术的发展方向是什么？这些发展方向将如何影响手术机器人技术的应用和推广？

欧国威：未来机器人成本将进一步降低，体积将更小，使得轻便、廉价的手术机器人能更广泛的应用于各种手术环境中。

手术机器人将更智能化，可能自主或半自主地完成一部分手术操作，提高手术效率，降低手术难度。其结构也将迎来一次变革，从传统的刚性结构向柔性架构和刚-柔-软耦合结构发展，从传统的多孔手术机器人向单孔手术机器人以及自然腔道手术机器人发展，进一步降低患者损伤，加速患者术后恢复时间。

搜狐科技：手术机器人的市场规模是多少？您认为到什么时间可以实现大规模应用？

欧国威：以腹腔镜手术机器人为例，根据弗若斯特沙利文报告，2020年全球腹腔镜手术机器人市场规模超52.5亿美元，预计2025年市场规模将达155.9亿美元；目前在中国，腹腔镜手术机器人渗透率低、增长潜力大，预计将从2020年约3.2亿美元的市场规模，增长至2025年的19亿美元，复合年增长率达42.8%。

搜狐科技：手术机器人对全球医疗和人类健康的意义是什么？它将如何改变全球医疗格局和人类生活方式？

欧国威：随着科学技术的飞速发展，手术机器人将向更加精细化、精准化、智能化、低损伤化发展。未来，医疗机器人将通过病人的自然腔道进行手术，精准的操作患者的病患组织，降低患者的损伤。并且结合当今飞速发展的人工智能与增强现实等技术，智能化的医疗机器人将逐步替代或协助医生更高效的完成手术，缓解我国现有医疗资源紧缺的状况。返回搜狐，查看更多

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