【手术机器人系列报告一】：手术机器人方兴未艾，迎 来行业底部布局机会

发表时间：2022-01-21 14:47
1、 手术机器人行业壁垒高，替代传统手术正当时 
1.1、 临床需求：手术机器人适用大多数临床手术应用场景，优点众多 
手术机器人是将机器人技术应用在医疗领域，根据医疗领域的特殊应用环境和医患之间的实际需求，编制特定流程、执行特定动作，然后把特定动作转换为操作机构运动的设备。手术机器人集成了医学、材料学、自动控制学、数字图像处理学、生物力学、机器人学等诸多学科为一体的新型交叉科学。从临床医学应用角度可将手术机器人分为腔镜手术机器人、骨科手术机器人、泛血管手术机器人、 经自然腔道手术机器人、经皮穿刺手术机器人和其它手术机器人（如神经外科手术机器人）。一般情况下，手术机器人可实现遥控操作，主刀医生控制主端，机械臂为从端，主端控制进入人体体内的从端进行手术操作，通过配套的实时成像系统进行实时手术操作。

相对于开放手术及传统微创手术，手术机器人克服了众多限制。开放手术有创口大、手术时间长、失血量大、感染率高、术后留痕等缺点。传统微创手术也因为缺少机器辅助，影响自然手眼的协调和灵活度，手术过程中手部的生理震颤很容易通过硬性工具传递，大大限制了手术的精细程度。手术机器人自诞生以来，被寄予厚望。
对比之下，手术机器人具有以下优点：（1）微创操作，减少伤口及术后并发症。机器人微创手术一般切口较小，大幅减少手术失血量和术后并发症风险，病人恢复期短。
（2）灵活的机械臂可实现高度复杂手术操作。手术机器人机械臂通常可实现6 个自由度的操作，通过算法处理，医生通过操作机械臂实现设备的细微运动，提高了手术
的精准度及稳定性。（3）三维高清成像系统。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，使得操作医生手术视野放大，从而精准的进行组织识别和区分组织层次。（4）震颤滤除功能。手术机器人通过计算机算法自动过滤外科医生手部固有的震颤，降低操作失误的风险。（5）缩短医生的学习曲线及术中疲惫。机器人微创伤手术允许外科医生直观地操作器械，辅以本身具备的震颤过滤、三维高清图像
及高灵活度的特点，大大缩短了外科医生的学习曲线，通常仅需要完成20 台手术就可成为认证的手术机器人操作医生。（6）减少辐射及暴露风险。手术机器人带有可指示植入物放置位置的光学导航系统，大幅减少 X 光片的使用，从而减少医生的辐射暴露伤害。同时还能避免医生和病人的直接接触，减少手术医生感染（如乙肝、艾滋病等）的风险。（7）加速医院运营周转，提升医务人员效率，降低患者治疗及预后负



在手术效率及人员配备方面，使用手术机器人可以节省手术时间，最大限度的减少了操作人员数量，提升医生效率。甚至完成一台高难度的外科手术只需要外科医生、麻醉师及护士各一名。以达芬奇手术机器人为例，作为当今最先进的微创外科治疗平台，它使外科手术的精度超越了人手的极限，经过精密仪器计算过的每一步操作使手术更加有保障地顺利进行。

在住院平均时间和手术费用方面，对比传统手术治疗股骨胫骨骨折，运用某品牌骨科手术机器人具有治疗手术时间、术后住院时间及总住院时间短，住院总费用、药物治疗费用低，直接疾病经济负担轻等优势。

再如腹腔镜手术费用和效果方面，达芬奇手术机器人在食管癌复杂手术方面较传统开放手术和腔镜手术有明显优势，腔内缝合更加简便省时，极大降低其操作难度，手术安全性明显增加，而医疗费用并未大幅增加。具体来看，术后吻合口瘘发生率、术后肺炎发生率、术后重返重症监护室发生率均低于腔镜组。

达芬奇机器人手术患者平均住院费用为12.2 万元/例，腔镜手术患者平均住院费用为11.08 万元/例。因达芬奇手术机器人手术与腔镜手术相比更加精准，创伤更小，每例达芬奇手术机器人手术平均住院费比腔镜手术高1.12 万元，增长率为10%。达芬奇手术机器人在患者整体费用并未大幅增长的基础上降低了腔镜手术难度、减小创伤、提升了手术质量。海外，Briony K. Varda 等人在《Journal of Pediatric Urology》上发表的研究成果表明，对美国2003-2015 年间，利用开放、腹腔镜和机器人进行的11,899 例儿科肾盂成形术进行统计，其中 75%开放、10%腹腔镜和 15%机器人。通过对比，开放手术费用平均中位数为 10,817 美元，手术机器人费用平均中位数为11,877 美元，绝对差异仅为1,060 美元。 

1.2、 技术壁垒：手术机器人结构复杂，具备较高的行业壁垒 
手术机器人一般是由三部分组成，包括患者侧手推车、三维高清影像系统和外科医生控制台，与一系列器械和配件兼容使用。患者侧手推车一般由3-4 个机械臂和基座组成。其中，两个机械臂分别替代医生的左手和右手。第三个机械臂可安装腔镜，可在体内移动、传输实时影像。第四个机械臂可作为辅助进行若干复杂的额外工作，扩大手术能力。机械臂可由外科医生操作控制台上的控制器和脚踏式开关协同控制。三维高清影像系统主要由显示器、图像处理器、光缆电源、三维电子腹腔内窥镜组成。显示器用于控制系统设置和手术部位实时影像的显示，图像处理器用于处理加工实时影像，光缆电源用于提供手术部位照明，三维电子腹腔内窥镜在腔镜顶端装有高清摄像头，包括双物镜，可提供具有自然景深的图像。一般情况下内窥镜镜头设
计为广角视野，可提供高达15 倍的电子光学放大效果。 



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。



1.3、 进化路径：新技术革命带来手术机器人行业无限潜力 
 1985 年，PUMA560 首次应用于临床手术标志着手术机器人行业的诞生，该机器人可更精准地进行神经外科活检。2000 年直觉外科公司开发达芬奇手术机器人获FDA 批准，在此后 10 年时间里几乎垄断了全球腹腔手术机器人市场，包括前列腺癌手术、心脏瓣膜修复及妇科手术等领域的应用。除了腹腔手术机器人，其它领域手术机器人在 2010 年后开始涌现，如 MAKO 骨科机器人成为行业的代表性产品，主要用于脊柱、关节置换等手术。未来，随着 5G 通讯技术、人机交互技术、人工智能等先进技术应用于手术机器人领域，有望实现更高手术精准度、灵敏度及智能远程控制，覆盖更多的临床应用场景。



1.4、 商业模式：手术机器人收入多样化，耗材和维护费用占比大 
手术机器人业务收入主要包括系统、耗材和服务。系统收入指手术机器人的销售收入。耗材收入包含镊子、剪刀、超声手术刀及无菌保护罩等销售收入，仅能使用有限次数。服务收入指提供维护、培训和其他售后服务的收入。耗材以及服务收入非常可观，且比系统收入具有更高的利润率，随着新机量的增加，耗材服务预期会保持快速增涨。

手术机器人商业模式: 
（1）系统销售=出货量*系统单价
（2）耗材销售=（上年系统保有量+新增系统出货量-淘汰系统量）*单系统手术量*手术耗材均价 
（3）维修服务=（上年系统保有量+新增系统出货量-淘汰系统量）*维修服务费均价
以直觉外科为例，根据公司 2020 年报，在初期，公司系统费用为 50-250 万美元，近三年系统租赁价均价为 36 万美元/年。中后期，在持续 10-15 年的时间段里，手术耗材费用为 600-3500 美元/台，维修培训保养等费用为 8-19 万美元/年。公司在销售系统初期就与客户签订维修及培训服务协议，该协议一般3-4 年更新。通过初期销售或者租赁的方式公司可以一次性完成渠道铺货，后期以耗材销售和维修服务的方式持续为公司创造可观收入。总体来看，耗材销售及维修服务费用相对系统收入更具有可持续性。

2、 手术机器人市场前景广阔，国内处于行业发展早期 
2.1、 全球手术机器人发展迅猛，腔镜和骨科是主要临床应用领域 
根据Frost & Sullivan 报告，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，复合增长率为22.6%。2020 年全球手术机器人前三大市场分别为美国、欧洲和中国，分别占据55.1%、21.4%和5.1%。中国患者基数庞大，需要使用手术机器人进行微创手术的手术量庞大，然而2020 年中国手术机器人市场规模仅为4 亿美元，显著低于美国及欧盟市场，具有较大成长空间。 



全球手术机器人市场 2020-2026 年预估复合增长率为 26.2%。按照细分市场来看，腔镜手术机器人为手术机器人占据最大的市场份额，可用于包括泌尿外科、妇科、胸外科及普外科手术等领域。骨科手术机器人增速较快，受人口老龄化影响，关节炎患者数量逐年增加，导致关节置换机器人手术需求量增长。其它如泛血管、经自然腔道及经皮穿刺手术机器人日益普及，都将带来行业提速。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，两者占据 80%市场份额，腔镜和骨科在未来仍是手术机器人的主要发展领域。预计到2026 年腔镜和骨科手术机器人市场分别为180.1 亿美元和46.9 亿美元，总市场规模将达到 336 亿美元。 




2.2、 国内手术机器人未来渗透率有望迅速提升 
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%。2020 年7 月，国家卫健委发布《国家卫生健康委关于调整 2018-2020 年大型医用设备配置规划的通知》，显示 2018 年至 2020 年间向国内医疗机构销售 225 台腔镜手术机器人，相对2018 年以前增速加快。Frost & Sullivan 显示中国手术机器人市场的历史及预测增长如下：



新工业洞察数据统计，仅 2021 年上半年，手术机器人领域的融资金额近 20 亿美元，A轮及A轮之前的早期融资项目占比60%，其中也不乏6亿美元（CMR Surgical）、 1 亿欧元（eCential Robotics）等的大额融资。 

鉴于市场和政策推动，国内手术机器人行业近年来蓬勃发展，涌现出一系列创业公司。随着手术机器人早期市场教育完成，国内公司技术创新能力，创新链和产业链的不断完善，微创机器人、天智航、妙手机器人、堃博医疗、润迈德医疗、柏惠维康等为代表的企业不断为国产手术机器人赛道增砖添瓦。



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