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完整版 全球手术机器人行业发展研究报告 普华永道.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：9.21M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    全球手术机器人行业 研究报告（精简版） www.pwccn.com
    市场篇 纵观世界，手术机器人的话题早已不再陌生。手术机器人学科交叉广泛、高新 技术应用密集，具有高度战略性、带动性和成长性，是集多项现代高科技手段 于一体的综合体现，其战略地位更是受到世界各国的普遍重视。手术机器人 的发展与进步不仅可以满足各国日益增长的手术治疗需求，也是一国综合国力 的集中体现。 全球手术机器人市场规模 世界卫生组织（WHO）公布的全球外科 手术量统计结果显示，从2004年到2012 年间，全球外科手术总量从2.26亿台上 升至3.13亿台，实现超过38%的增长。 其中占世界总人口数17.7%的高公共医 疗卫生事业支出国家1，手术量占全球手 术总量的59.8%；相比之下，占世界总人 口数36.8%的低公共医疗卫生事业支出 国家，手术量仅占全球手术量的6.3%2。 国家人均医疗卫生事业支出与手术量 占总人口比例呈现正相关关系，发达国 家与发展中国家人均医疗事业支出的 巨大差距是造成手术量占比差异的根 本原因。 根据WHO统计数据显示，2012年英国 人均医疗事业支出为3,647美元3，每10 万人年手术量为15,280例，同期中国人 均医疗事业支出为322美元，每10万人 年手术量为2,924例，而人均医疗事业 支出不足50美元的非洲国家乍得、埃 塞尔比亚、乌干达等，每10万人手术量 分别为53例、241例和42例。从调研结 果还可发现，过去五年全球外科手术 总量的增长主要来自于新兴发展中国 家对于医疗卫生事业支出的显著增加， 而原有医疗卫生支出已处于中高水平 的国家其手术量已经基本趋于稳定， 增长并不明显。由此可见，随着更多新 兴国家崛起以及在医疗卫生事业的重 视和投入，全球手术量在未来若干年 仍将继续保持上升趋势，而手术总量的 增长为手术机器人应用与普及提供了 重要基础与先决条件。 美国属于医疗卫生发展水平较高的国 家之一，美国每年手术总量超过5,000 万例4。作为全球范围内手术机器人应 用领先、普及最高的国家，2016年全年 美国手术机器人辅助手术量约为74万 例，其中达芬奇手术机器人辅助手术占 比76%，约为56.3万例5，当前，美国机 器人辅助手术占全 美手术 总量 约为 1.4%。 根据对全球手术机器人行业相关研究 成果的调研与分析，2016年全球手术机 器人市场规模约在35-40亿美元，综合 内外部环境分析，全球手术机器人市场 估计将保持约为11%的年复合增长率， 预测到2020年，全球手术机器人可实现 超过58亿美元的市场规模。 1. 高公共医疗卫生事业支出国家主要 指发达国家，国家公共医疗卫生事 业支出一般占GDP 8%及以上 2. World Health Organization, Research Programme, “Size and distribution of the global volume of surgery in 2012”,统 计范围包括WHO 66个成员国家 数据以及对无法获取有效数据的 国家与地区的数据测算， 3. 各国人 均医疗 事业 支出均按 照 2012年平均美元价格与汇率计算 4. Centers for Disease Control and Prevention, Standford, Health Care, Surgery Statistics 5. Intuitive Surgical Annual 2 普华永道
    表1. 2015-2020 全球手术机器人市场规模（bn,USD） 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 11.50% 0.117% 11.42% 11.33% 11.18% 11.26% 4.21 4.68 5.22 5.82 3.40 3.78 2015 2016 2017 2018 2019 2020 0.115% 0.113% 0.111% 0.109% 0.107% 0.105% 除较为成熟的北美市场外，近年来机 器人手术已经在欧洲、中东、亚太等区 域市场实现一定程度的发展和普及， 且呈现良好的增长趋势。可以预见，随 着全球范围内更多手术机器人研究机 构、市场参与者在产品技术、应用领域 以及商业化等方面的积极努力和资源 投入，必然为手术机器人市场创造更 肥沃的成长土壤，助力全球手术机器人 市场走向更加辉煌的时代。 表2. 2015-2020 全球手术机器人市场规模（mln,USD） 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 414.8 877.2 2,108.0 551.0 1,254.3 512.7 1,145.6 477.3 1,047.4 444.8 958.3 2,374.0 2,675.8 3,018.3 3,407.3 592.7 1,374.6 3,849.6 2015 2016 2017 2018 2019 2020 北美地区 欧洲及中东地区 亚太地区 按地理区域划分 在手术机器人领域的发展中，受到经 济发展水平、社会宏观环境、国家医 疗卫生支出、社会公众医疗意识等方 面的差异，发达国家与新兴经济体国 家有着较大的差异，同时面临着各不 相同的机遇与挑战。 考虑到不同市场的特质与发展阶段， 其市场规模及增长速度各有差异。受 制于终端用户对机器人手术等创新治 疗方案的认识匮乏，亚太地区市场在 短期呈现温和增长，此外，相对不足 的高技能外科医生数量也限制了手术 机器人设备在该地区的应用与普及。 相比之下，得益于针对治疗泌尿、普外 科及心脏疾病等创新设备方面存在政 策利好，欧洲和中东地区的手术机器 人市场将呈现高速增长态势。对于美 洲市场，先进的技术加上慢性疾病增 加的发病率，以及现有达芬奇机器人 系统的进一步应用，都为手术机器人产 品的市场高速发展提供了强有力支撑。 3 全球手术机器人行业研究报告（精简版）
    表3. 2015-2020 全球手术机器人按产品类型分类 56% 50% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0 30% 21% 23% 20% 手术机器人系统 工具配件及耗材 手术机器人服务 2015 2020 按产品类型划分 手术机器人产品由手术机器人系统、 工具配件及耗材以及手术机器人服务 三大部分构成。现阶段，手术 机器人 系统的市场占全球手术机器人行业规 模超过50%，远远领先于机器人工具 配件及耗材和手术机器人服务两大细 分市场，随着未来手术机器人系统在 欧洲及中东地区、亚太地区新兴市场 的普及，手术机器人系统仍将保持持 续增长的趋势，其市场规模预计可从 50%上升至56%左右。 伴随手术机器人系统的使用普及，手 术机器人服务例如系统更新、日常维 护以及外科医生培训等市场需求将快 速攀升。根据分析及预测，全球手术 机器人 服务的市场规模将从2015年 20%上升至2020年23%。除此以外， 机器人辅助手术中配备与使用的工具 配件作为高消耗产品，凭借较高的附 加值可带动手术机器人行业市场规模 进一步发展扩大，并提供持续稳定的 增长推动力。总而言之，手术机器人系 统普及带动工具配件的消耗，推动手术 机器人服务市场的发展与繁荣，三者之 间相互促进，共同拉动行业的增长。 4 普华永道
    按应用领域划分 手术机器人目前的应用范围主要集中 在泌尿外科、妇科以及普通外科，在 其他手术领域如骨科、心血管外科、神 经外科等的应用正在逐步普及。 现阶段，机器人辅助手术在泌尿外科 和妇科中的应用较为普及且技术相对 成熟，该领域的机器人手术大大优于 传统开发手术，既可满足微创性手术 需求，又可实现复杂泌尿和妇科手术 精确度，改善手术并发症，因此被广 泛应用与接受，是目前渗透率最高的 机器人手术类型，也是达芬奇手术机 器人应用最广泛的领域。在2015年手 术机器人在泌尿外科和妇科应用的市 场规模分别占据21%和42%。另外，普 通外科以及其他外科手术应用占比合 计约为37%。随着更多国家与市场对 于手术机器人的准入以及手术系统技 术的完善，手术 机器人在腹腔镜、骨 科与矫形、心血管科、神经外科等领 域将有机会拓展更多的应用领域和市 场空间。 表4. 2015-2020 全球手术机器人按应用类型分类 50% 40% 30% 20% 10% 0 42% 40% 31% 26% 21% 18% 11% 11% 泌尿外科 妇科 普通外科 其他外科 2015 2020 全球手术机器人行业研究报告（精简版） 5
    专题篇 神经外科手术机器人6 神经外科手术主要指针对脑部、脊髓和神经的手术。手术空间小、定位困难一 直是其难点。传统的定位装置庞大、复杂，病人不容易接受。随着神经影像技 术、立体定位技术、机器人技术和微创外科手术等技术的快速发展，神经外科 手术中的精确定位、精细操作、手术空间形状检测和图像显示等各种需求能够 逐步被满足，同时也促进了神经外科手术机器人的发展。由于颅面部手术有相 对固定的解剖标志，有利于术中定位，使神经外科成为手术机器人较早涉及的 领域。 6 6. 参考文献：孙君昭等神经外科手 术机器人研究进展，《中国微侵袭 神经外科杂志》2008年第5期第 238—240页 普华永道
    趋势与挑战 机器人技术用于神经外科手术将有助 于实现精准医疗。目前神经外科机器 人的研究仍然围绕着实时成像与定位 技术的结合、远程控制的机器人辅助 锁孔手术，以及机器人引导下的精准 植入类手术（即在不需要开颅的情况 下，通过机器人精准引导植入诊疗器 械达到诊疗颅内疾患）。 神经外科手术机器人近年来得到飞速 的发展，但仍然面对着很多挑战以及 待克服的问题。机械臂的灵巧程度、 人机交互性能、触觉和力反馈、实时 成像技术以及3D导航技术等一系列 问题均影响着神经外科手术机器人的 应 用和 普及，可以 相 信 在不远 的 将 来，各领域上技术的提升与优化将会 为神经外科机器人提供更广阔的应用 平台。 基本应用 神经外科手术机器人主要通过对脑部 病灶位置精确的空间定位，并辅助医 生夹持和固定手术器械等完成如活检 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。在手术前，患者贴上专用 标志物进行医学影像扫描，借助三维 可视化和多模态影像融合技术，医生 可清晰、直观地观察到病灶及其周边 组织和血管分布，从而进行手术规划。 术中机械臂在摄像头的监控下精确运 动到术前规划的位置进行手术操作。 关键技术 神经外科手术机器人的关键组成包括 术前规划软件、导航定向系统、机器人 辅助器械定位和操作系统。 手术规划软件是神经外科手术机器人 的核心技术，在手术前获得患者病灶 处的图像，结合医生的解剖学和病理 学知识，进行包括手术方法，手术流 程，手术切口与路径等方面的规划，以 得到手术方案。导航定向系统的工作 流程是以CT/MRI扫描图像建立三维 模型作为参考，对手术进行规划与虚 拟仿真操作，由机器人进行辅助导航 定向和手术操作。机器人机械结构系 统是整个系统的执行关键，要求机器人 末端的误差尽可能小，同时确保各个关 节能够按照规划的轨迹进行运动。 发展历程 神 经 外 科 手 术 机 器 人 在 手 术 机 器 人领 域 中 起 步 较 早 。上 世 纪 8 0 年 代，PUMA（Programmable Universal Machine for Assembly Industrial Robot）机器人最早用于神经外科。不 过PUMA并非专用的手术机器人，只是 将关节式的臂式工业机器人用于神经 外科手术。随着医学影像技术、立体 定向技术、机器人技术的不断发展， 目前市场上神经外科手术机器人已经 有成熟的商业化产品在临床使用。美 国Prosurgics公司研发的Pathfinder 已经于2004年通过了FDA认证，用于 完 成常规的脑外科立体定向手术 ； 法 国 M e d t e c h 公司在 2 0 0 7 年 研发 的 新 一 代 立 体 定 位 多 功 能 机 器 人 ROSA（Robot of Surgery Assistant)， 是现今最先进的神经外科手术辅助定 位机械手，其采用六自由度机械臂传 感技术、复杂器械操作的软件程控技 术、无标记点的自动注册技术和患者 体位自动追踪技术等；中国北京柏惠 维康科技有限公司研发的基于无框架 脑立体定向手术系统Remebot神经外 科手术机器人于2015年正式面世，通 过三维手术规划、实时导航和机器人 定位及操作平台，可搭载不同的手术 器械以进行活检、抽吸、毁损、移植、 放疗等操作，目前已经可以临床治疗 脑出血、脑囊肿、癫痫、帕金森病等十 余类神经外科疾病。 随着网络通信的飞速发展，目前神经 外科机器人系统的远程操作也得以实 现。远程技术需要克服通信延迟的缺 陷，使数据、文字、音频、视频和图像 等大量的医学信息得到实时、可靠的 传输。远程技术将在提高手术护理， 神经外科手术操作训练方面发挥重大 的作用，未来即使在偏远地区，也能 得到高水平的神经外科服务。 7 全球手术机器人行业研究报告（精简版）
    血管介入手术机器人7 血管介入手术是治疗心血管疾病的重要手段，医生通过数字减影血管造影机 （DSA）引导，操纵导管在人体血管内运动，将导管从病人穿刺部位送至靶血管 对病灶进行治疗，从而达到溶解血栓、扩张狭窄血管等目的。目前，血管介入手术 已被应用到多种外科手术中，如心血管外科、神经外科、妇产科、肿瘤科、血管外 科、耳鼻喉科手术等，成为微创外科手术的代表。 传统的血管介入手术拥有操作复杂、时间长的特点，医生操作的熟练度、稳定性 等因素对手术的成功与否具有重大影响。同时，医生需要长期暴露在X射线下，对 其健康造成不利影响。这些缺点限制了血管介入手术的广泛应用，而机器人技术 与血管介入技术的有机结合则是解决上述问题的重要突破。手术医生可以通过 遥控血管介入手术机器人，在手术过程中完成导管进入、推进、后退、旋转、拉离 等操作。 发展历程 血管介入手术机器人的研究从二十世 纪八十年代开始兴起，相较于神经外 科、骨科、内窥镜机器人而言起步较 晚。2006年，以色列海法心血管疾病 研 究 所 研发了第一 例 血管介入手术 机器人，英国Hansen medical设计的 Sensei血管介入机器人是最早使用在 血管介入手术的系统。经历十年发展， 近年来逐步出现一些商用化血管介入 手术机器人系统，随着样机研发与生 产，血管介入机器人已经成功开展动 物实验并逐步开始应用于临床。美国 Stereotaxis公司研发的EPOCH手术 机器人，通过磁力推进一种特殊柔性 导管，来实施血管介入手术；2009年12 月27日，由中国人民解放军海军总医 院、北京航空航天大学机器人研究所 和北京医院合作，完成了中国首例微 创血管介入手术机器人动物实验。 趋势与挑战 从系统上看，由于血管介入手术的特 殊性，解决和发挥血管介入手术机器 人性能的关键，是对机械结构、图像 导航、力反馈和手术规划等进行有效 匹配，使机器人的性能达到最佳。未 来的主要发展趋势将在控制表现更强 的磁导航技术、更精密的机械装置控 制系统、系统安全技术、更精准的影 像系统和力反馈系统。机器人手术往 往比对应的传统介入手术更昂贵，关 键技术仍然存在一定的限制和改进空 间，如何在成本控制基础上提升血管 介入机器人的技术水平是现阶段各大 机构针对血管介入手术机器人的重点 研究领域。 基本应用 血管介入机器人主要功能是导管的推 进和导航，以及导管推进过程中的力 反馈和感知，辅助医生完成血管介入 手术。机器人在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，实现在手术过程中对手术器械的 跟踪、定位，而医生在导航系统的帮 助下，利用机械手为患者实施精确的 血管介入手术。手术机器人的应用，能 够降低医务人员的劳动强度，也在一 定程度上减少了手术对于医生个人技 术熟练度的依赖，提升了手术的精确 度。此外，医生能够在监控室完成手 术操作，免受X射线的辐射。 关键技术 血管介入手术机器人的关键部件包括 图像导航系统、机械装置与控制系统 和力反馈系统等。图像导航系统能够 集成显示导丝和血管，并通过三维血 管模型构建确保手术安全性。机械装 置与控制系统远离射线环境并与网络 连接，受主刀医生操作的操控，以引 导从端部分机械装置运动，负责导管 的推进与旋转运动。力反馈系统可以 准确地感受到导丝在血管中的受力情 况，在引导图像不够直观的情况下也 可以保证导丝的安全介入，辅助进行 更安全的导丝介入操作。 7. 参考文献：[1] 李盛林、沈杰、言勇华、陈大国，介入式手术机器人进展，中国医疗器械杂志，2013年37卷第2期 [2] 卢旺盛、刘达、田增民、张大鹏，血管介入手术机器人的关键技术分析，生物医学工程研究，2009，28（4） 8 普华永道
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