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制霸手术机器人行业二十年,医疗领域特斯拉如何炼成?

作者:杨雪 2020-10-11 08:00

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在医疗器械的中,很难找出第二个像如今的手术机器人这样的火热的领域。

 

根据letou乐投(微信号:vcbeat)统计,仅仅在9月一个月内,手术机器人领域就发生了5笔融资,融资金额都过亿元,最高的融资金额达到30亿元。出手的投资机构包括高瓴、百度、复星医药等国内知名基金。

 

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数据来自:动脉橙数据库

 

无疑,大家都希望投出一个国产的“达芬奇手术机器人”,找到在中国土地上长出的Intuitive surgical,也就是制造出达芬奇手术机器人的公司。Intuitive surgical被称为是医疗领域特斯拉。在2000年Intuitive刚上市时每股仅有9美元,如今它的股价已超700美元股。

 

可以说也是Intuitive surgical超过800亿美元的市值撑起了对国内手术机器人行业空间的想象。

 

目前,虽然手术机器人领域全面开花,有着广泛的应用术种,也有美敦力、波士顿科学等巨头和新生代玩家不断入场,但以产品应用范围来看,目前还没有哪一家企业称得上“第二个达芬奇”。

 

Intuitive surgical何以成为医疗领域特斯拉,颠覆并领跑行业数年?letou乐投进行了梳理。

 

创始人背后的手术机器人帝国

 

达芬奇手术机器人系统的辉煌离不开Intuitive surgical创始人之一弗雷德里克·莫尔(FredericH. Moll)。

 

在许多产业发展历程中,都会出现一个天才型的人物降生让行业重生,就如乔布斯于手机行业,也正如Intuitive surgical创始人莫尔对于医疗器械行业。在手术机器人这一产品诞生之前,医疗器械行业的创新以改良式创新为主。以影像设备为例,虽然影像设备正在变得更加智能和高效,但最早的CT机、X射线设备和现有最新一代的影像设备在原理上并没有太大的区别。而手术机器人不同,它是一个全新的概念和产品,完全不同于传统的改良式创新。

 

正如很多颠覆式创新都诞生于跨学科背景的人一样,莫尔出身医学世家,父母都是儿科医生,莫尔本身也攻读医学博士,但他并非一心向医,在攻读医学博士的过程中,他曾在大学主修经济学,获得了加州大学伯克利分校文学学士学位,后续继续学医,进入华盛顿大学攻读医学博士学位。

 

莫尔创立Intuitive surgical不是被使用机器人的愿望所驱使, 而是被降低手术侵入性的愿望所驱使。

 

1980年,莫尔还曾在西雅图的弗吉尼亚梅森医疗中心驻院实习,作为一名实习医师,莫尔亲眼目睹了开放式的外科手术,手术切口大,患者面临更多风险。莫尔回忆道:“如此巨大的伤口给我留下了深刻的影响,我感觉它过时了。”

 

志不在只做一位医生的莫尔,离开了西雅图,前往硅谷,开始了医疗器械之路。

 

在创立Intuitive surgical之前,莫尔曾参与创立过多家医疗器械企业。包括腹腔手术器械企业Endotherapeutics(后被US Surgical收购)和Origin MedSystem。这些经历无形中都为莫尔创立Intuitive surgical打下基础。

 

达芬奇手术机器人的最初的研究是在非营利的研究机构SRI国际进行。1990年,SRI从国家卫生研究院获得资金,开始研发一个原型手术机器人手术系统。这个研究引起来国防高级研究计划局(DARPA)的兴趣,因为它的潜力有可能允许外科医生对战场上受伤的士兵进行远程操作。

 

1994年,莫尔博士开始对SRI系统感兴趣,虽然当时莫尔博士曾将这一技术告知给当时的雇主,但当时的雇主拒绝了他的提议。

 

1995年,莫尔博士遇到了Intuitive surgical另一位创始人,John Freund。当时,他正从美国超声巨头Acuson公司(2001年被西门子并购)辞去副总裁一职。John Freund判了收购SRI知识产权的选择权,并注册了一家新公司,他将其命名为"Intuitive surgical"。

 

Intuitive surgical最初的商业计划书由John Freund、莫尔、Robert Younge三人撰写,三人也筹措到最初的风险资本。早期的投资者包括Mayfield Fund、Sierra Ventures、 Morgan Stanley。

 

不过,在Intuitive surgical成立的时代,手术机器人并不是只有Intuitive surgical一家在研发。80年代,斯坦福研究院和NASA背景的ComputerMotion也在尝试开发手术机器人,但最后达芬奇手术机器人成为最后的赢家。

 

莫尔认为机器人的最大价值是,它们能够使普通外科医生的表现与世界级的外科医生一样。

 

莫尔对于手术机器人行业的影响不止是创立了Intuitive surgical,全球多家手术机器人企业创始人团队和董事团队都有他的身影。从上世纪80年代开始涉足手术机器人这一领域以来,莫尔不仅创造了手术机器人领域的霸主Intuitive surgical,同时还建立起一个手术机器人帝国。

 

2009年,莫尔创立了支气管镜手术机器人Auris Health,这家公司2019年被强生以34亿美元收购。莫尔还是手术机器人企业Mako(2013年被史赛克16.8亿美元收购)、RefleXion等公司的董事会成员。

 

在手术机器人领域做创新,你可以不模仿达芬奇手术机器人,但是也很难不追随莫尔的步伐。

 

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莫尔创立的医疗器械企业

 

制霸市场20年,达芬奇机器人什么最能打

 

Intuitive surgical成立于1995年,但真正的高光时刻是在2000年后。2000年前,Intuitive surgical也经历了和竞争对手ComputerMotion长达五年的专利诉讼。直到2003年,两败俱伤的两家公司决定合并。此后,Intuitive surgical的销售和利润开始飙升。

 

在早期,Intuitive surgical只有达芬奇手术机器人一款产品,但如今Intuitive surgical已经建立起手术机器人产品矩阵,拥有多个产品类型,覆盖手术到诊断,意图建立起多个增长极。

 

最早的达芬奇手术机器人在2000年获批,目前Intuitive surgical已经成功商业化了四代达芬奇手术系统,形成了达芬奇手术系统家族,包括四代产品da vinci X、da vinci Xi、da vinci SP手术系统以及前三代的达芬奇手术系统。

 

Intuitive surgical最吸金的达芬奇手术系统由六大部分组成。

 

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达芬奇手术系统 图源:Intuitive surgical官网

 

首先是外科医生控制台,控制台可以让外科医生舒适地坐在椅子上通过观看3D图像完成手术,外科医生的手指抓握器在显示屏的下方。达芬奇手术系统通过电子软件、算法和力学系统将外科医生的手部动作精准实时地转化为固定在患者体内的手术器械的操作。

 

第二部分是病人床旁的手推车。车上装载着机械臂,机械臂负责操作病人体内的设备,最多可以装载4条机械臂。有两只机械臂负责操作病人内部的手术器械,一只好比医生的左手,一只好比医生的右手。第三只机械臂放置内窥镜,以便外科医生能够轻松移动、缩放和旋转视野。第四只机械臂能够让医生添加手术器械,操作额外的任务,从而拓展了外科医生的能力。

 

达芬奇SP单孔手术机器人系统已经实现了只有一个机械臂,它在单臂上集成了三个自由活动度的手术器械,以及达芬奇手术系统第一个实现了完全弯曲的3DHD相机。手术器械和相机都是通过同一个套管出现,并在解剖目标周围进行三角剖分,以免在狭窄的外科工作空间内发生外部仪器碰撞。

 

第三个重要组成部分是3DHD视觉系统,3DHD视觉系统包括Insite3D内窥镜,两个独立的视觉通道通过高性能摄像机和专门的图像处理硬件连接到两个单独的彩色显示器,得到的3DHD图像具有高分辨率、高对比度、低闪烁等特点。3DHD视觉系统中的数字变焦功能可以让外科医生在不调整内窥镜位置下获得最佳视野,从而减少内窥镜和仪器间的干扰。

 

除了医生控制台、床旁系统和视觉系统,达芬奇手术系统还包括手术技能培训器、综合桌面系统和荧光成像系统。

 

手术技能培训器是一个实践工具,让用户有机会练习技能,培训模拟器基于物理的计算机模拟技术,让用户沉浸在虚拟环境中,熟悉外科医生控制台。在使用完成后,模拟器还会提供基于各种特定任务的操作进行定量评估。

 

荧光成像系统结合了荧光染料和专门的达芬奇相机、内窥镜和以激光为基础的照明器,能够使外科医生识别血管、组织灌注或者组织表面的三维胆管,以可视化关键的解剖结构。通常应用于泌尿科、妇科和普通外科。

 

除了手术机器人系统外,Intuitive surgical也生产各种吻合器以及镊子、电刀、解剖刀等手术仪器和配件。

 

达芬奇手术系统复杂的组成让其能够应用于多种手术。目前,达芬奇手术机器人系统主要专注于五大外科:妇产外科、泌尿外科、普外科、心胸外科和头颈外科。主要应用的手术包括达芬奇子宫切除、达芬奇前列腺切除术、达芬奇疝修补术、达芬奇结肠和直肠手术、达芬奇部分肾切除术、达芬奇肺叶切除术、达芬奇骶骨固定术。

 

在2019年,达芬奇手术量增长了18%,美国的手术增长率达到17%。手术量的增长主要是由普外科手术驱动,最主要的是疝修补、胆囊切除术、结直肠和减肥手术。

 

总的来说,这些手术以往操作复杂,并且开放式手术为主。以子宫切除术为例,这是妇科最常见的手术,针对各种潜在的良性和癌性疾病,子宫切除术可以采用开放手术或MIS技术,包括阴道、腹腔镜和机器人途径。在2005年将达芬奇手术系统用于妇科手术之前,大多数子宫切除术都是开放式手术。达芬奇手术系统为患者提供了接受微创治疗的机会,提供了开腹子宫切除术的替代方案。

 

从销售情况来看,截至2019年,达芬奇手术机器人系统在全球开展超过700 万次手术,安装数量达到5582个。

 

达芬奇手术系统在过去20年间虽然能打,但也不算是年轻的产品,且也有很多地方值得改进。手术机器人这一市场也在不断革新中,新品层出不穷。Intuitive surgical也把未来增长的希望放在研发的新品上。主要包括Ion肺部活检机器人和达芬奇SP单孔手术机器人

 

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Intuitive surgical产品矩阵

 

达芬奇单孔手术机器人已经在40多个中心使用。但达芬奇单孔手术机器人SP整体的市场表现要低于预期。主要原因是全球监管机构要求不断更新的SP数据,以及SP本身在证明其鲁棒性方面遇到了一些困难。


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达芬奇SP手术系统 图源:Intuitive surgical官网

 

Ion endoluminal肺部活检机器人2019年获批,Ion可以实现微创化的肺部活检。Ion腔内系统由一个柔软的、机器人辅助的导管平台组成,它可以通过非常小的肺部气道,进行周围组织活检,lon腔内系统采用超薄关节机器人导管,导管的外径为3.5毫米,导管可以在所有方向上活动180°,这使得医生可以通过小而曲折的气道到达道肺内大部分气道节段的结节。Lon系统的柔性活检针可以收集周围的肺组织,导管内2毫米的孔径也可以容纳其他活检工具,例如活检钳和细胞刷。也是这一产品将Intuitive surgical市场从手术领域扩展到诊断领域。

 

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Ion endoluminal系统 图源:Intuitive surgical官网

 

Intuitive surgical的新品表现还有待加强,达芬奇SP系统在2019年装机了29台;Ion肺部活检机器人在2019年获批,2019年卖出了10台。

 

通过多年的积累,Intuitive surgical的营收不仅只依靠新机售卖,从收入结构来看,Intuitive surgical营收以经常性收入为主,经常性收入包括工具和附件收入、服务收入和经营租赁收入。也就是已卖出的达芬奇手术机器人系统的后续收入。

 

这主要得益于达芬奇手术机器人系统的商业模式,达芬奇手术机器人系统机械臂是耗材设备,只能复用10次,这一独特的商业模式为达芬奇带来了源源不断的营收。

 

2019年,Intuitive surgical经常性收入增至32亿美元,占总营收的72%。而2018年为26亿美元,占总营收的71%,2017年为22亿美元,占总营收的71%。经常性收入主要来自仪器和配件,2019年仪器和配件收入增至24亿美元,2018年为20亿美元。

 

Intuitive surgical也推出了租赁的模式,在2017年-2019年,Intuitive surgical分别通过租赁的方式销售了139台、272台、425台达芬奇手术系统。

 

在过去的25年间,达芬奇手术机器人系统能够称霸市场的原因在于其在机械交互、实时计算和成像、仪器制造等方面建立了坚实的基础能力。

 

对于来说,达芬奇手术机器人系统一直受到追捧的原因在于。首先,达芬奇手术机器人系统产品生态的确提供了有效的临床价值,为手术开展带来支持和获益。其次,达芬奇手术机器人系统赢得了外科医生的支持,外科医生们发现了机器人价值后,会亲自倡导使用它们。

 

第三,的数据分析结果表示,达芬奇手术机器人系统能够提升的运营效率和盈利能力。达芬奇手术系统为带来的主要价值在于,通过减少侵入和微创化的方式,能够降低并发症发生概率和缩短住院时间增加手术收入。

 

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Intuitive surgical营业收入与利润变化(单位:百万美元)

 

挑战者四起,谁会成为下一个达芬奇

  

Intuitive surgical独步手术机器人江湖已久,数年来,涌现的手术机器人企业并不少,但是都未能撼动Intuitive surgical地位。

 

首先是因为Intuitive surgical布下了强大的专利壁垒。在美国专利局的数据库里,达芬奇手术系统拥有相关专利2000多项,包括多自由度手术机械臂、前端手术器械、三维立体视觉定位、人机交互等等,几乎覆盖了现有同类外科手术机器人的所有技术保护点。达芬奇手术机器人系统的专利细致深入到了就连其手术控制台的踏板颜色都已申请了专利。但2018年开始,达芬奇手术机器人系统的第一批专利保护陆续到期。

 

Intuitive surgical将面临更大竞争,一方面,有越来越多公司推出了和达芬奇手术机器人类似的腹腔镜手术机器人,包括:Avatera Medical (腹腔镜手术机器人) ;CMR surgical (更小的腹腔镜手术机器人);强生(包括其旗下的Auris health和Verb surgical);  MedRobotics(消化道经自然腔道柔性机器人) ; 美敦力(Hugo RAS腹腔镜手术机器人)、Meerecompany ; Smart Robot Technology ; Titan Medical(腹腔镜手术机器人); TransEntenx (Senhance腹腔镜手术机器人);威高医疗(妙手腹腔镜手术机器人)。

 

同时,在Intuitive surgical还未布局的手术机器人赛道也有众多企业布局,例如骨科手术机器人、血管介入机器人、经皮穿刺机器人,Intuitive surgical在这些领域并未建立先发优势。

 

以骨科手术机器人为例,这个领域主要企业包括史赛克旗下的MAKO Surgical、捷迈邦美的Medtech、美敦力收购的Mazor Robotics,国内的天智航。

 

在Intuitive surgical诞生之时,手术机器人还不是刚需产品。Intuitive surgical做到了获得广大外科医生的认可,称霸江湖。如今,手术机器人已经开始渗透进越来越多的场景中,手术机器人这一市场正在不断扩张,Intuitive surgical想要保住“一哥”地位,还要面临更多挑战。

 

虽然有不少公司都号称是“第二个达芬奇手术机器人”,但显然,在手术机器人领域,达芬奇手术机器人系统的霸主地位并非轻易可撼动,其在手术机器人领域建立了强大的优势。“达芬奇的终结者”、“中国的达芬奇手术机器人”这样简单的类比或许可以让公司的价值更突出,但是这并不意味着这也能让医生简单地接受其产品。

 

 

参考资料:为什么达芬奇手术机器人可以独霸市场?——看看新闻

Intuitive surgical2019年年报

达芬奇创始人莫尔传!创办6家企业的手术机器人之父,我要的不只一个达芬奇!


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