达芬奇一季度收入百亿,最强手术机器人专利分析来了

2022
04/25

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手术机器人是一种先进的医疗设备,借助微创伤手术及相关底层技术的发展而发明。

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引子:4.26是知识产权日,本次我们聚焦知识产权,追踪热点领域专利事务。

2022年4月21日,直觉外科Intuitive宣布了截至2022年3月31日的季度财务业绩。与2021年第一季度相比,全球达芬奇手术增长了约19%。2021年第一季度反映了COVID-19大流行造成的中断,2022年第一季度反映了COVID-19的又一次复苏。2019年第一季度至2022年第一季度的复合年增长率约为15%。

在装机量上,一季度安装311台达芬奇手术系统,与2021年第一季度的298台相比增长了4%。截至2022年3月31日,公司将其达芬奇手术系统安装基数增长至6920套,与截至2021年第一季度末的6142套相比增长了13%。

2022年第一季度营收为14.9亿美元(约合人民币96.8亿元),较2021年第一季度的12.9亿美元增长15%。2019年第一季度至2022年第一季度的复合年增长率为15%。

目前手术机器人发展迅猛,已覆盖多学科领域应用。而直觉外科一直是手术机器人行业先驱,其一季度收入更是接近百亿元人民币,那么其对应的整个手术机器人领域又如何呢?下面我们一起来看看。

01 手术机器人是什么?

手术机器人是一种先进的医疗设备,借助微创伤手术及相关底层技术的发展而发明。手术机器人是医疗机器人的一种细分领域。手术机器人,即外科医生能够通过远程控制,并通过微小切口精密操作进入患者体内的手术器械,从而辅助外科医生进行微创手术的精密操作型机器人。

手术机器人被用于在高于人类能力的微创伤手术领域中实现高于人类能力的对手术器械的精准操控。手术机器人通常由手术控制台、配备机械臂的手术车及视像系统组成。外科医生坐在手术控制台,观看由放置在患者体内腔镜传输的手术区域三维影像,并操控机械臂的移动,以及该机械臂附带的手术器械及腔镜。机械臂模拟人类的手臂,为外科医生提供一系列模拟人体手腕的动作,同时过滤人手本身的震颤。

机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体,其用途广泛,在临床上外科上有大量的应用。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术,完全不同于传统的手术概念,在世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。

市场分析

当前,随着人工智能、物联网等新科技的快速渗透,医疗健康正在与机器人全面融合,引领外科技术大变革。手术机器人行业迎来快速发展,赛道火热,备受资本青睐。

2020 年全球机器人手术市场规模为 61 亿美元,预计从 2021 年到 2028 年将以 17.60% 的复合年增长率增长,到 2028 年将达到 222.7 亿美元(折合人民币约为1414亿元)。

我国手术机器人市场发展迅猛,市场规模由2016年的人民币853.6百万元增至2020年的人民币2,934.5百万元,年复合增长率达36.2%,预计2030年中国手术机器人的市场规模将达至人民币58,425.9百万元,年复合增长率为34.9%。

专利分析

目前,手术机器人的开发主要集中于腔镜手术机器人、骨科手术机器人、血管介入手术机器人、经自然腔道手术机器人、穿刺手术机器人这五大类,本文笔者以腔镜、骨科、血管介入为主要对象展开分析,如若获取整个手术机器人赛道相关专利信息,可扫描文末二维码,留下联系方式,大家共同交流学习。

02 腔镜手术机器人

对于腔镜手术机器人,择机选择了达芬奇手术机器人和精锋手术机器人展开分析,对于微创、威高、术锐、康多等其他厂家的腔镜机器人,将在今后文章中进行阐述,感兴趣的读者可可扫描文末二维码,留下联系方式,提前获取学习。

达芬奇手术机器人

达芬奇(da Vinci)手术机器人由美国直观医疗公司制造生产。美国直观医疗公司创立于1995年,总部设在美国加州,是开发革命性微创手术仪器和技术的先驱。

1999年,第一台达芬奇手术机器人面世。2000年,达芬奇手术机器人正式成为第一个受FDA批准用于临床手术的机器人辅助腹腔镜手术系统。

20 多年来,达芬奇平台开创了手术室的新功能,改变了微创手术领域。通过超过 500 万次手术,Intuitive已成为手术机器人领域公认的领导者。

系统主要由三部分组成:医生操控台、床旁机械臂系统以及影像处理平台。主刀医生坐在控制台前控制器械和镜头;床旁机械臂系统是达芬奇手术机器人的操作部分,它放置在患者身旁为器械和镜头提供支撑,并实现医生的操作;影像处理系统,为患者身边的手术团队提供图像信息。

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第四代达芬奇手术机器人示意图

达芬奇系列手术机器人共经历的四代进化。 达芬奇机器人1996年推出了 第一代 ,2006年推出的第二代机器人机械手臂活动范围更大了,允许医生在不离开控制台的情况下进行多图观察。 2009年在 第二代机器人 的基础上增加了双控制台、模拟控制器、术中荧光显影技术等功能,进而推出了 第三代达芬奇Si 系统。 第四代达芬奇Xi 系统在2014年推出,灵活度、精准度、成像清晰度等方面有了质的提高,公司在2014年下半年还开发了远程观察和指导系统。 从上文的技术脉络可以得知,对于达芬奇手术机器人而言,其总共经历的四次技术迭代,对这四代达芬奇手术机器人和配套器械的相关专利根据类别分别进行了整理和剖析,这里从众多专利中选择了若干进行了解析,相关相关结果如下: 第一代 达芬奇手术系统

公开/公告号

US5797900A

申请日

1997-05-16

发明名称

Wrist mechanism for surgical instrument for performing minimally invasive surgery with enhanced dexterity and sensitivity

解决的技术问题

In accordance with the above objects of the invention applicants describe a compact articulated surgical instrument suitable for endoscopic surgery. The instrument has two opposed pivoting jaws and a pivoting wrist member. The instrument is capable of providing force reflection with high'sensitivity. The instrument is adapted to be coupled via a servomechanism to a master control operated by a surgeon.

技术方案

An articulated surgical instrument for enhancing the performance of minimally invasive surgical procedures. The instrument has a high degree of dexterity, low friction, low inertia and good force reflection. A unique cable and pulley drive system operates to reduce friction and enhance force reflection. A unique wrist mechanism operates to enhance surgical dexterity compared to standard laparoscopic instruments. The system is optimized to reduce the number of actuators required and thus produce a fully functional articulated surgical instrument of minimum size.

相关附图

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第二代 达芬奇S手术系统

公开/公告号

US6783524B2

申请日

2002-04-18

发明名称

Robotic surgical tool with ultrasound cauterizing and cutting instrument

解决的技术问题

Surgical ultrasound instruments are generally capable of treating tissue with use of frictional heat produced by ultrasonic vibrations. For example, the heat may be use to cut and/or cauterize tissue. With many currently available instruments, tissue may first be grasped by an ultrasound surgical device and then ultrasound energy may be delivered to the tissue to cut, cauterize or the like. Ultrasound instruments provide advantages over other cutting and cauterizing systems, such as reduced collateral tissue damage, reduced risk of unwanted burns, and the like. Currently, however, ultrasound instruments for use with a robotic surgical system are not available.

技术方案

A surgical instrument for enhancing robotic surgery generally includes an elongate shaft with an ultrasound probe, an end effector at the distal end of the shaft, and a base at the proximal end of the shaft. The end effector includes an ultrasound probe tip and the surgical instrument is generally configured for convenient positioning of the probe tip within a surgical site by a robotic surgical system. Ultrasound energy delivered by the probe tip may be used to cut, cauterize, or achieve various other desired effects on tissue at a surgical site. In various embodiments, the end effector also includes a gripper, for gripping tissue in cooperation with the ultrasound probe tip. The base is generally configured to removably couple the surgical instrument to a robotic surgical system and to transmit forces from the surgical system to the end effector, through the elongate shaft. A method for enhancing robotic surgery generally includes coupling the surgical instrument to a robotic surgical system, positioning the probe tip in contact with tissue at a surgical site, and delivering ultrasound energy to the tissue.

相关附图

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第三代 达芬奇Si手术系统

公开/公告号

US8545515B2

申请日

2009-11-13

发明名称

Curved cannula surgical system

解决的技术问题

To further reduce patient trauma and to retain the benefits of robotic surgical systems, surgeons have begun to carry out a surgical procedure to investigate or treat a patient's condition through a single incision through the skin. In some instances, such “single port access” surgeries have been performed with manual instruments or with existing surgical robotic systems. What is desired, therefore, are improved equipment and methods that enable surgeons to more effectively perform single port access surgeries, as compared with the use of existing equipment and methods. It is also desired to be able to easily modify existing robotic surgical systems that are typically used for multiple incision (multi-port) surgeries to perform such single port access surgeries.

技术方案

A robotic surgical system is configured with rigid, curved cannulas that extend through the same opening into a patient's body. Surgical instruments with passively flexible shafts extend through the curved cannulas. The cannulas are oriented to direct the instruments towards a surgical site. Various port features that support the curved cannulas within the single opening are disclosed. Cannula support fixtures that support the cannulas during insertion into the single opening and mounting to robotic manipulators are disclosed. A teleoperation control system that moves the curved cannulas and their associated instruments in a manner that allows a surgeon to experience intuitive control is disclosed.

相关附图

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第四代 达芬奇Xi手术系统

公开/公告号

US9358074B2

申请日

2013-05-31

发明名称

Multi-port surgical robotic system architecture

解决的技术问题

A robotic surgery system includes an orienting platform, a support linkage movably supporting the orienting platform, a plurality of surgical instrument manipulators, and a plurality of set-up linkages. Each of the manipulators includes an instrument holder and is operable to rotate the instrument holder around a remote center of manipulation (RC). At least one of the manipulators includes a reorientation mechanism that when actuated moves the attached manipulator through a motion that maintains the associated RC in a fixed position.

技术方案

While the new telesurgical systems and devices have proven highly effective and advantageous, still further improvements are desirable. In general, improved minimally invasive robotic surgery systems are desirable. It would be particularly beneficial if these improved technologies enhanced the efficiency and ease of use of robotic surgical systems. For example, it would be particularly beneficial to increase maneuverability, improve space utilization in an operating room, provide a faster and easier set-up, inhibit collisions between robotic devices during use, and/or reduce the mechanical complexity and size of these new surgical systems.

相关附图

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达芬奇机器人配套器械

公开/公告号

US6394998B1

申请日

1999-09-17

发明名称

Surgical tools for use in minimally invasive telesurgical applications

解决的技术问题

There are many disadvantages relating to current minimally invasive surgical (MIS) technology. For example, existing MIS instruments deny the surgeon the flexibility of tool placement found in open surgery. Most current laparoscopic tools have rigid shafts, so that it can be difficult to approach the worksite through the small incision. Additionally, the length and construction of many endoscopic instruments reduces the surgeon's ability to feel forces exerted by tissues and organs on the end effector of the associated tool. The lack of dexterity and sensitivity of endoscopic tools is a major impediment to the expansion of minimally invasive surgery.

技术方案

This invention provides surgical tools or instruments for use in minimally invasive telesurgical applications. The instruments typically include a base whereby the instrument is removably mountable on a robotically controlled articulated arm. An elongate shaft extends from the base. A working end of the shaft is disposed at an end of the shaft remote from the base. A wrist member is pivotally mounted on the working end. At least one end effector element mounting formation is pivotally mounted on an opposed end of the wrist member. A plurality of elongate elements, e.g., cables, extend from the end effector element mounting formation and the wrist member to cause selective angular displacement of the wrist member and end effector mounting formation in response to selective pulling of the elongate elements.

相关附图

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精锋手术机器人

精锋医疗 成立于2017年, 致力于设计、开发、制造和商业化手术机器人。 以提升人类健康和推动外科手术进步为使命,研发机器人和人工智能技术,坚守工匠精神,力争成为世界范围内技术领先的医疗器械企业!据港交所4月19日披露, 深圳市精锋医疗科技股份有限公司向港交所提交上市申请书,拟主板挂牌上市,市值预计超15亿美元。 产品方面,精锋医疗已完成 核心产品精锋多孔腔镜手术机器人(MP1000)及精锋单孔腔镜手术机器人(SP1000)的设计及主要研发。 其中, MP1000是公司的核心产品,SP1000是公司的关键产品。 目前,精锋医疗研发的国产腔镜手术机器人,解决了该领域的卡脖子技术, 是国内首家同时掌握多孔手术机器人和单孔手术机器人技术的企业。 精锋医疗已累计申请及授权专利超460余项,处于行业领先地位。 

MP1000篇 

精锋多孔腔镜手术机器人(MP1000)是一种机器人辅助设备,通过应用机器人技术、成像技术和数字技术进行微创手术。于MP1000的协助下,训练有素的外科医生可安坐于主控台,通过观看高分辨率三维图像手术术野,轻松地操纵通过小切口进入患者体内的机械臂,进行手术。MP1000在手术术野的运动类似于人类手腕的运动,但外科医生手部固有的颤动被过滤。MP1000帮助外科医生在狭窄的工作空间内精准地进行复杂手术。

MP1000被设计用于多种手术专科,包括泌尿外科手术、妇科手术、普外科及胸外科手术。

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MP1000示意图

MP1000具有超高灵巧性、绝佳的主从控制体验、低延时沉浸式三维高清影像、丰富的专有扩展器械、安全可靠等特点和技术优势。

相关核心专利可参照如下:

1 

公开/公告号

CN110559083B

申请日

2019-09-10

发明名称

手术机器人及其末端器械的控制方法、控制装置

技术效果

根据机械臂远端在第一坐标系的第一目标位姿信息及各受控末端器械在第一坐标系的当前位姿信息计算出各受控末端器械在第二坐标系的第二目标位姿信息,进而利用机械臂远端的第一目标位姿信息及各受控末端器械的第二目标位姿信息控制它们联动,能够在调整机械臂远端的同时保持各受控末端器械的当前位姿不变,其使用方便、安全。

技术方案

本发明涉及一种手术机器人及其末端器械的控制方法、控制装置。该控制方法包括:获取机械臂远端在第一坐标系的第一目标位姿信息及各受控操作末端器械在第一坐标系的当前位姿信息;在机械臂远端到达第一目标位姿信息对应的目标位姿的条件下,分别换算各受控操作末端器械在第一坐标系的当前位姿信息获得相应受控操作末端器械在第二坐标系的第二目标位姿信息;根据第一目标位姿信息控制机械臂中各关节组件联动以使机械臂远端到达与第一目标位姿信息对应的目标位姿,并分别根据各第二目标位姿信息控制相应操作臂中各关节组件联动使相应受控操作末端器械保持当前位置及/或姿态不变。本发明能够在术中容易且安全地对机械臂实现调整。

相关附图

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2                         

公开/公告号

CN110772324B

申请日

2018-12-20

发明名称

连接组件、操作臂、从操作设备及手术机器人

解决的技术问题

从操作设备通常包括机械臂及设置于机械臂上的操作臂,机械臂用于调节操作臂的位置,操作臂用于伸入体内,并执行手术操作,其中,操作臂具有连接组件以灵活地进行手术操作。然而,目前从操作设备的连接组件控制性较差,影响了手术机器人在手术过程中的操作精度。

技术方案

本发明涉及一种控制性较好的连接组件及应用该连接组件的操作臂、从操作设备、手术机器人,其中,连接组件包括连接单元及转动部,连接单元具有连接部,所述连接部包括匹配的第一连接部及/或第二连接部,分别用于与相邻所述连接单元的所述第二连接部及/或所述第一连接部相连接;转动部具有两个转动轴及连接两个所述转动轴的连接件,两个所述转动轴用于分别连接相邻两个所述连接单元,以形成一个关节组件,所述连接件用于令与其连接的两个所述转动轴之间的距离固定,以使所述关节组件转动时,所述第一连接部、所述第二连接部相对运动。

相关附图

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SP1000篇 

精锋单孔腔镜手术机器人(SP1000)是一种用于单孔或自然腔道微创手术的机器人辅助设备。内部安装了所有器械的单个机械臂通过一个套管进行手术。SP1000预期将用于不同类型的妇科手术、泌尿外科手术、胸外科手术、普外科手术及头颈外科手术。

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SP1000示意图

SP1000具有器械及摄像头均通过过单个套管显露,围绕目标解剖结构进行三角测量,使外科医生可在狭窄的手术范围内操作;且切口少,故能减少患者的手术伤口,对患者侵入性较小等特点和技术优势。

相关核心专利可参照如下:

1                           

公开/公告号

CN110464473B

申请日

2019-09-10

发明名称

手术机器人及其控制方法、控制装置

技术效果

通过根据描述有臂体机构结构特征的描述信息生成含有对应于该臂体机构的可供配置的自由度的控件的用户界面组件,医生或助手可根据手术过程的操作需求来自由制定允许被调节的自由度,能够提高臂体机构控制的灵活性及易用性。

技术方案

本发明涉及一种手术机器人及其控制方法、控制装置。该控制方法包括如下步骤:获取描述臂体机构结构特征的描述信息;根据所述描述信息生成含有所述臂体机构可供配置的自由度的控件的用户界面组件。通过上述实施方式,本发明能够提高臂体机构控制的灵活性和易用性。

相关附图

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2                           

公开/公告号

CN110464472B

申请日

2019-09-10

发明名称

手术机器人及其末端器械的控制方法、控制装置

技术效果

通过将末端器械的目标位姿信息分解到操作臂和机械臂两部分并使两者联动,不再局限于操作臂自身的运动范围而可以借助机械臂的运动范围达到扩大末端器械的运动范围的目的,进而容易使用。

技术方案

本发明涉及一种手术机器人及其末端按器械的的控制方法、控制装置。该控制方法包括:获取受控末端器械在第一坐标系的第一目标位姿信息;分解第一目标位姿信息获得受控末端器械在第二坐标系的第二目标位姿信息及机械臂远端在第一坐标系的第三目标位姿信息;根据第二目标位姿信息控制相应操作臂中各关节组件联动,并根据第三目标位姿信息控制机械臂中各关节组件联动,以使受控末端器械在机械臂和操作臂联动下到达第一目标位姿信息对应的目标位姿。本发明可扩大末端器械的运动范围进而容易使用。

相关附图

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03 骨科手术机器人 

骨科手术机器人主要应用于三类手术,即关节置换手术、脊柱手术及骨科创伤手术。择机选择了 史塞克的mako、美敦力的mazor、捷迈邦美的Rosa以及天智航的天玑、鑫君特的ORTHBOT 展开分析,目前我国骨科手术机器人在研者众多,对于其他厂家的骨科机器人,将在今后文章中进行阐述,感兴趣的读者可扫描文末二维码,留下联系方式,提前获取学习。

史赛克-MAKO

Mako手术机器人于2006年在美国上市,能够协助医生完成全髋关节置换术、全膝关节置换术及单髁关节置换术。 截止至2020年,全球范围内超过28个国家装机使用Mako机器人,14年内总计完成手术超过350,000台。 Mako机器人基于两大核心技术:智能手术规划技术和智能辅助截骨技术。 智能手术规划技术基于CT进行3D的智能建模,为患者生成个性化的手术方案,同时提供术中动态调整,最大程度的将关节手术推向精准化、个性化。智能辅助截骨技术采用创新高效的截骨模块,能够实现高速磨钻、摆锯和动力手机的集成,同时在术中实现毫米级精确截骨控制和制动巡航截骨保护,为术者赋能,实现微创化、精细化的截骨控制。 下图给出了Mako手术机器人的产品实物示意。

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Mako示意图

2006年,第一代Mako骨科机器人于美国佛罗里达州诞生,并成功实施了首例单髁膝关节置换手术。2015年推出了第三代Mako智能骨科机器人系统,成功将Accolade及Trident系类假体结合在全髋关节置换应用。2016年成功的实施了Triathlon全膝关节置换手术后,标志着Mako智能骨科机器人系统在关节置换领域的应用的成熟,并充分显示出机器人手术的优势。 下图给出了Mako骨科机器人的技术发展路线。

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重要专利解析

从Mako手术机器人涉及的相关专利中择机选择了相对重要的专利进行了解析,相关结果如下: 37551650936254009  

公开/公告号US10959857B2申请日2019-02-26
发明名称Registration tools, systems, and methods
解决的技术问题Intra-operative registration of the pelvis can be challenging because of the complex geometry of the pelvis and, in particular, the concave nature of the acetabulum. While certain methods exist in the art for registration of a patient pelvis, there is need in the art for registration methods that increase accuracy while decreasing registration time.
技术方案A registration system including a bone pin guide and a bone pin clamp. The bone pin guide may include a guide body, a first guide including a first guide through-hole having a first longitudinal axis, and a second guide including a second guide through-hole having a second longitudinal axis. The bone pin guide may guide first and second bone pins into a bone via the first and second guides. The bone pin clamp may include a clamp body, first, second, and third clamp through-holes extending through the clamp body, a plurality of registration indents defined on the clamp body, and a clamping mechanism including at least one adjustable fastener. The bone pin clamp may receive the first and second bone pins in the first and third clamp through-holes and guide a third bone pin into the bone via the second clamp through-hole.
相关附图54941650936254094

美敦力-MAZOR

8月29日, 美敦力 宣布旗下脊柱外科智能导航机器人 MAZOR X 在中国正式上市,这款脊柱外科智能导航机器人在 精准、安全、高效 三大维度均实现了突破,立刻引起了业内的广泛关注,有望打造国内骨科新格局。 MAZOR系列手术机器人共经历的三代进化 ,其中 MAZOR X 手术机器人为最新一代产品,其首次实现了脊柱手术的全程可视化操作,医生可以借此看到此前无法触及的细节。术前基于解剖识别引擎的全局术前规划功能,在术前轻松完成手术方案设计,让术者对手术胸有成竹。术中借助 MAZORX机械臂精准定位及零导丝高效置钉流程, 让原本复杂费力的手术过程变得游刃有余,举重若轻。借助 MAZOR X 全程可视化导航,让术者摆脱辐射暴露的风险和繁琐的透视操作,置钉结果一目了然, 确保手术全程可视。 12841650936254345 Mazor示意图

Mazor机器人的发展已逾20年,总共经历了三次技术更新迭代,分别如下:

第一代:为诞生于2004年的SpineAssist,第一代MAZOR脊柱机器人SpineAssit于2004年获得CE&FDA认证,标志着机器人脊柱手术的开端。SpineAssist率先提出利用术前CT影像规划的机器人脊柱手术流程。即采用超前的解剖洞察引擎技术,利用术前CT影像进行手术规划,并于术中通过跨模态影像融合技术将术前手术计划与实际病人体位的骨性结构匹配,以机械臂精准执行手术。这项MAZOR核心科技显著地提升了手术的预见性与精准性,并一直沿用在之后推出的MAZOR机器人上。

第二代:为诞生于2011年的Renaissance,进一步完善了术前智能手术规划功能,全局化规划脊柱手术各个关键步骤。在硬件上,Renaissance首次推出一体式患者随动平台技术,将机械臂与患者骨性结构刚性连接,提升了操作与定位的双重精确性。在适应症上,丰富的操作平台选择覆盖全脊柱手术应用。截止2018年统计,第二代MAZOR 机器人共服务超过40.000台脊柱手术,完成植入250,000枚以上脊柱螺钉。

第三代:为诞生于2017年的MAZOR X,其在术前智能手术规划功能上实现全面突破,具体包括如下方面:置钉设计、置棒设计、皮肤切口设计、脊柱立线测量、M侧弯分型、植入物选择、截骨矫形、融合计划、术前手术报告等,MAZOR X将以上各个步骤进行全局化手术方案设计。同时在硬件上搭载第三代亚毫米级手术机械臂系统,真正实现脊柱手术的“所思即所见,所见即所得”。

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重要专利解析 同样的,从Mazor手术机器人涉及的相关专利中择机选择了相对重要的专利进行了解析,相关结果如下:

公开/公告号

US6837892B2

申请日

2001-07-24

发明名称

Miniature bone-mounted surgical robot

解决的技术问题

there is a need in the art for a device with high precision and accuracy that can assist the surgeon in aligning the working end of the surgical tool such that delicate procedures can be preformed percutaneously with minimal radiation exposure to both the patient and the surgical staff.

技术方案

A miniature surgical robot and a method for using it are disclosed. The miniature surgical robot attaches directly with the bone of a patient. Two-dimensional X-ray images of the robot on the bone are registered with three-dimensional images of the bone. This locates the robot precisely on the bone of the patient. The robot is then directed to pre-operative determined positions based on a pre-operative plan by the surgeon. The robot then moves to the requested surgical site and aligns a sleeve through which the surgeon can insert a surgical tool.

相关附图

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捷迈邦美-ROSA

ROSA(Robot of Stereotactic Assistant,ROSA) 手术机器人是一种新的无框架立体定向手术机器人。 ROSA是由法国 Medtech 公司研发的新一代多功能手术机器人,自诞生以来就受到众多外科医生的青睐。在2016年时, Zimmer Biomet(捷迈邦美) 以不低于1.32亿美元的价格收购了法国手术机器人公司Medtech,拥有了 ROSA Brain 和 ROSA Spine 机器人辅助手术平台的所有权。2019年1月,Zimmer Biomet获得FDA批准用于膝关节手术应用的ROSA平台和 ROSA One Spine 平台,并宣布计划在2019年中期 ROSA Knee 将正式进入膝关节市场。这一举措使得Zimmer Biomet成为第一个获得 脑、脊柱、膝关节 三大领域的FDA批准的公司。 众所周知的,ROSA家族共有三兄弟: ROSA Knee、ROSA One Brain、ROSA One Spine。 ROSA Knee   是一个机器人平台,旨在协助矫形外科医生进行骨切除,并评估软组织状态,以便在   全膝关节置换术   中定位植入物。外科医生可以在术前使用手术计划软件来计划植入物的定位和大小。外科医生也可使用 ROSA 膝关节系统内的无图像选项,以实现与基于图像的病例相同的目标。该设备由   两个单元   组成,分别位于手术台的两侧,分别为:由紧凑的机械臂和触摸屏组成的机器人单元和光学单元和触摸屏。     

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ROSA Knee示意图

ROSA One Spine是一个机器人和手术导航系统,旨在帮助外科医生进行微创胸腰椎手术。ROSA One Spine旨在适应手术流程,利用机器人和导航来支持手术。除了导航技术套件之外,该平台还配备了3D术中计划软件,旨在提高植入物以及器械放置的准确性和可预测性。ROSA One Spine拥有六个自由度,能够灵活灵活地进入手术部位。一旦设定了轨迹,机械臂的刚性就提供了姿态稳定性。独特的“动态跟踪”功能允许机器人实时移动,与患者的运动同步。

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ROSA One Spine 示意图

重要专利解析 同样的,从ROSA手术机器人涉及的相关专利中择机选择了相对重要的专利进行了解析,相关结果如下:

公开/公告号US10159534B2申请日2017-01-30
发明名称Robotic-assisted device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient
解决的技术问题The aim of the invention is to cope with the drawbacks of the state of the art by providing a device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient using at least a first robotic arm supporting at least One surgical instrument and a second tracker arm, which is also a robotic arm. This second robotic arm is aimed at detecting in real time and accurately the movements of said body and to communicate them to said first arm, so that it compensates its position accordingly. In particular, said second arm permits to detect the internal and external movements of the anatomic area to be treated.
技术方案The robotic device for positioning a surgical instrument relative to the body of a patient includes a first robotic arm with a device for rigidly connecting to at least One surgical instrument, a device for anatomical realignment of the first arm by realigning an image that is of an area of the anatomy of the patient, and a device for compensating the movements of the first arm on the basis of detected movements. One version of the device includes at least One second robotic arm having sensors for detecting inner movements of the anatomical area, and a device for controlling the positioning of the first arm relative to sensed inner movements and to the outer movements induced in the second arm.
相关附图53351650936255708

天智航-天玑

天玑 骨科手术机器人能够辅助开展 脊柱外科手术以及创伤骨科手术, 以机械臂辅助完成这些手术中的手术器械或植入物的定位。产品兼容 2D与3D 模式,独有入钉点及钉道计算智能算法,机械臂精准运动到规划位置,借助骨科引导器,为医生提供精准稳定的导针置入路径。按照术中规划,医生可以精准设计并置入内植入物。天玑另辟蹊径,使常规手术精准微创化、复杂手术标准化、关键操作智能化、医疗资源均等化,临床优势显著,智慧骨科手术未来可期。 目前,天玑2.0骨科手术机器人备受关注,其适用症覆盖颈椎、胸椎、腰椎、骶椎全节段脊柱外科手术和骨盆、髋臼、四肢等部位的创伤手术。 76981650936256027 

天玑示意图 重要专利解析 同样的,从天玑手术机器人涉及的相关专利中择机选择了相对重要的专利进行了解析,相关结果如下:

公开/公告号CN104083217B申请日2014-07-03
发明名称一种手术定位装置以及机器人手术系统
解决的技术问题克服了标尺构型对术中C型臂透视角度的限制,可以减少透视次数,减少对病人和医生的辐射损伤。
技术方案本发明涉及一种手术定位装置和方法以及机器人手术系统,该手术定位装置包括定位标尺、上位机和至少六自由度的串联机械臂,上位机与串联机械臂连接,定位标尺包括透X光的两相对面,两相对面通过透X光的连接面固定连接,两相对面上均设置有一组标记,每组标记包括至少四个不在一条直线上的标记点,标记点为不透X光的部件;任一相对面或连接面固定连接标尺柄,标尺柄通过接口与串联机械臂末端连接;上位机通过控制串联机械臂的运动来调整定位标尺的位置,并根据采集的图像中的标记点进行空间定位计算,得到规划路径。该装置能够实现任意角度的透视定位,并能消除计算手术路径时引起的系统误差,增大工作空间,提高手术定位精度。
相关附图18381650936256203

鑫君特-ORTHBOT

深圳市鑫君特智能医疗器械有限公司于2015年创立于深圳,为国家高新技术企业,是国内首家自主研发导航+智能辅助手术的高科技医疗器械公司。

ORTHBOT的智能术前规划采用了可见光定位的技术手段,即计算机通过双目摄像头捕捉到图像后,对图像进行处理、分析和理解,识别出图像中与视觉定位图像模板相匹配的部分,通过特征点的坐标位置计算出坐标定位板在视觉定位系统中的位置信息,它与传统的红外定位方式相比,具有抗干扰能力强,容错性好的优点。

在自动操作上,ORTHBOT的设备设计了一个自动操作装置(智能骨钻),在设备到达导航位置以后,医生通过工作站发出操作指令,手术机器人根据术前规划的参数进行自动置针。另外,与导航定位后的人工置针相比,ORTHBOT的置针更加平稳,能够有效地降低人为因素引起的误差,精度控制能力更高;且具有智能触觉功能,通过压力传感器模仿人的触觉,进一步把手术过程中的阻力进行量化,更能保证手术安全。

7641650936256336

ORTHBOT示意图 

重要专利解析 

同样的,从ORTHBOT手术机器人涉及的相关专利中择机选择了相对重要的专利进行了解析,相关结果如下:

公开/公告号CN105848606B申请日2015-08-24
发明名称一种智能骨科手术系统
解决的技术问题在导航基础上可以实现精确打孔功能,实现手术操作,从而提高手术的精度和稳定度,减轻医生的工作强度,避免诸如人的疲劳、精神压力等因素对手术的干扰。
技术方案本发明适用于医疗器械领域,提供了一种智能骨科手术系统,所述系统包括交换机、手术定位装置和分别与交换机连接的手术规划和监控装置、C形臂X射线机和骨科手术机器人;所述骨科手术机器人包括机器人本体和固定在机器人本体上的机械臂、固定在机械臂上的智能骨钻、通信模块、机械臂控制模块、智能骨钻控制模块、以及手术机器人电气控制模块,所述智能骨钻包括手术电钻、套接在手术电钻的电钻头的引导机构、推进机构、双目视觉识别系统、固定在手术电钻上的压力传感器和骨钻控制器。本发明的智能骨科手术系统中的骨科手术机器人在导航基础上可以实现精确打孔功能,实现手术操作,从而提高手术的精度和稳定度,减轻医生的工作强度。
相关附图25181650936256924

04 血管介入手术机器人 血管介入手术机器人用于治疗心脏、脑部或外周血管系统中的血管或相关器官疾病,机器人辅助泛血管手术的显著优势是机器人可使外科医生免受过度X光辐射,择机选择了 西门子途灵、微创R-one、唯迈、奥朋、爱博手术机器人展开分析,对于其他厂家的血管介入机器人 ,将在今后文章中进行阐述,感兴趣的读者可扫描文末二维码,留下联系方式,提前获取学习。

西门子 途灵

Corindus途灵介入手术机器人 技术起源于 以色列 ,以色列海法医院成功研制出用于心血管介入的手术机器人Remote navigation system (RNS) ,该系统采用多组摩擦轮分别递送导引导丝和球囊支架导管,并首次开展了临床实验。2012年美国医疗机器人公司 Corindus Vascular Robotics 使用RNS技术开发的初代产品 Corpath200 获得了FDA批准上市用于PCI,又于2016年第四季度Corindus的二代产品 CorPath ®获得了FDA批准上市用于PCI。 值得注意的是,2019年8月8日, 西门子医疗 宣布以11亿美元收购Corindus Vascular Robotics, Corindus途灵介入手术机器人至此纳入西门子医疗旗下。 特别指出的是, 西门子医疗的Corindus途灵 最新一代 CorPath GRX 介入手术机器人还通过国家药监局器审中心的创新医疗器械特别审查申请, 获准进入特别审查程序。 下图给出了Corindus途灵手术机器人(CorPath GRX)的产品实物示意。

25971650936257219

CorPath GRX产品实物示意 

部分重要专利可参照如下:

公开/公告号US8828021B2申请日2009-11-25
发明名称Catheter system
解决的技术问题Before performing an interventional procedure with the disclosed invention, a diagnostic procedure is typically performed. An exemplary diagnostic procedure performed before performing a PCI may include a number of steps. Starting in the femoral artery, a 0.038 guide wire is run over the top of the aortic arch. A diagnostic catheter is advanced over the 0.038 guide wire after which the 0.038 guide wire is removed allowing the diagnostic catheter (DC) to return to its preformed shape enabling the DC to access either the left or the right ostium of the aorta. A contrast media is injected through the DC and the heart is x-rayed to identify the existence and location of any lesion. A y-connector may be secured to the end of the DC outside of the patient. The y-connector provides a means for introducing the contrast media or medication. The y-connector employs a one way valve both at the y-connector leg and the free open end. The 0.038 guide is then reinserted into the DC advanced over the top of the aortic arch, and the diagnostic catheter is removed. When the diagnostic is completed the 0.038 guide wire may be left in place for use in a PCI procedure.
技术方案A robotic catheter system is provided. The catheter system includes a housing, and the housing has a sidewall and a longitudinal axis. The catheter system includes a recess formed in the sidewall of the housing and a drive mechanism supported by the housing. The drive mechanism is configured to impart movement to a catheter device. The catheter system includes a first channel configured to receive a catheter device, and the first channel has a opening located within the recess.
相关附图39361650936257424

微创 R-One

2020年10月29日 ,微创(上海)医疗机器人有限公司 与法国战略合作伙伴 Robocath公司 签署协议,成立在华血管介入医疗机器人合资公司。微创医疗机器人将持有该合资企业51%的股份,Robocath持有49%股份。 Robocath 成立于2009年,其主营业务包括设计、开发以及销售用于治疗血管类疾病的医疗机器人解决方案。 R-One是Robocath开发的第一款机器人系统, 该系统旨在通过提供辅助现有手术操作的精密技术,协助心血管介入医师进行支架植入术 (血管成形术) 。 R-One 体系结构开放,与目前市面上主流的介入器械及导管室兼容。 下图给出了R-One手术机器人的产品实物示意。

46711650936257643

部分重要专利可参照如下:

公开/公告号

US11147950B2

申请日

2017-01-05

发明名称

Robotizable module for driving an elongated flexible medical member, medical robot and system including such a module

解决的技术问题

anual insertion of a catheter or guide in a patient is a relatively conventional surgical procedure. However, as this procedure is monitored by X-ray, the surgeon responsible for the procedure is exposed to substantial radiation if performing such an operation on many patients.To reduce the risks for the surgeon, it is desirable to robotize such insertion. Such robotization is complex, because it is difficult to grip the catheter. The catheter is slippery, and must remain sterile. The reliability of these robotic systems despite these difficulties is a determining factor in their acceptance by the medical community.

技术方案

Disclosed is a module including: a base; a first drive member; and a second drive member. The second drive member is also mounted so as to be movable relative to the first drive member, in a degree of freedom other than rotational about the second axis, between a first and a second configuration. A motion transmission system transmits the driving movement generated by the drive motor to the second drive member in order to rotate the second drive member about the second axis between the first and second configurations.

相关附图

11561650936257877

唯迈医疗

唯迈医疗的ETcath 在技术上,该介入手术机器人实现了高精度导管导丝仿生学推送、导丝触觉感知、多类型导管控制、3s无菌盒快拆等血管介入手术机器人的全球领先关键技术突破。 ETcath血管介入机器人从临床视角主导设计,实用性强,自由度高,通过精准的操纵导丝的前进和后退,同时对导丝旋转的角度更精确的操控。并且不仅可以精准操控普通导丝,也可以精准操控IVUS导管。 目前,唯迈医疗在国际机器人领域首创发明专利数全球第二,取得国际国内百余项专利,占据了血管介入机器人的技术高地,奠定了其在世界范围内机器人行业的领先地位,唯迈医疗已成为国际血管介入手术机器人领域重要的中国力量。

94331650936258260

图源:唯迈医疗

部分重要专利可参照如下:

公开/公告号CN112353491B申请日2020-10-29
发明名称一种介入造影和治疗手术通用机器人
解决的技术问题为了减少介入手术医生在X射线下工作所受的辐射的创伤,同时避免因为术者人手控制所引起的导管操控稳定性问题,以及提高在心脏心腔的狭小空间手术的精准度,电生理手术机器人成为未来临床手术的首选方案。
技术方案本发明涉及一种介入造影和治疗手术通用机器人,解决现有介入手术机器人不能同时完成介入手术的这两个过程,对导丝轴向摩擦力受力检测的不足,解决受力检测装置难以安装,不能满足临床需要,实际手术中的机器人结构较为复杂,体积过大不适用于实际手术环境的问题。实现了造影手术和治疗手术通用、整体结构简单,稳定性好,采用模块化结构设计,拆装组合简便,体积小巧,非常适宜于手术环境。通过主端测量微力传感器的推拉力,判断出导丝轴向摩擦力的受力变化情况,能及时给予医生操作提醒,保护病人安全。根据从端高精度称重传感器反馈数值可以随时调整导丝夹紧程度,防止打滑现象,可以满足血管介入手术对导丝的需求。
相关附图84031650936258526

奥朋医疗

奥朋医疗ALLVAS血管腔内介入机器人是一款包含高端制造、人工智能、自动手术等自主研发的创新型产品。 核心技术涵盖机器人架构设计、机械臂和执行手的工艺设计、力反馈机制、软件算法及自动化手术、系统集成等领域。奥朋血管腔内介入机器人系统架构采用仿多人机械手的设计,能够模拟主刀及助手的操作, 相对于单机械臂血管腔内介入手术机器人能够实现更稳定、更复杂的操作 。并且,奥朋医疗的机械手采用悬挂式结构设计、各个部件可以通过拆卸、组装便于在DSA手术室使用,空间占有率较低,使得应用更加灵活、机动。 同时,设计的遥控操作手柄,模拟医生实际手术中的手法动作,更贴合医生的手术习惯,使医生更快的适应机器人手术。

49991650936258636

图源:奥朋医疗

部分重要专利可参照如下:

公开/公告号CN113397710A申请日2020-03-17
发明名称适用于血管介入手术的双平面机械臂装置
解决的技术问题本发明基于仿生学原理,通过三自由度平面机械臂来实现导管导丝的直线推拉,运动范围大,解决了原有机构固有的运动范围不足、灵活性和机动性不足的问题,满足临床应用需求。
技术方案本发明提供了一种适用于血管介入手术的双平面机械臂装置,包括手术床、机身组件、外臂组件、内臂组件,所述机身组件包括立柱、滑块、滑台、支撑架以及平推丝杆电机;所述立柱设置在手术床上,立柱上设置有支撑架,支撑架上设置有滑台,滑台连接滑块,滑块连接平推丝杆电机并能够在平推丝杠电机的作用下能够沿着滑台滑动;所述外臂组件连接立柱,内臂组件连接外臂组件、滑块,内臂组件和外臂组件之间能够相对运动。本发明基于仿生学原理,通过三自由度平面机械臂来实现导管导丝的直线推拉,运动范围大,解决了原有机构固有的运动范围不足、灵活性和机动性不足的问题,满足临床应用需求。
相关附图50241650936259313

爱博医疗

血管介入手术机器人系统是爱博医疗的核心产品,适用于经皮冠状动脉介入手术(PCI)、外周血管介入手术(PVI)和神经介入手术(NVI)三类手术,并且能够匹配市场上各类标准化的导丝导管。 爱博医疗研发的核心产品 心脑血管介入手术机器人 和 虚拟现实介入手术训练系统,相比于传统介入式手术,可以: 让手术更精准安全 ,独创力反馈安全预警算法,为手术保驾护航;明显缩短手术时间,智能化精准影像导航, 提升医生手术效率 ;大幅减少医生辐射,主从式遥操作系统, 让医生脱离辐射环境 ;缩短医生培养周期,虚拟现实手术训练系统,真实模拟手术过程。

2511650936259561

图源:爱博医疗

部分重要专利可参照如下:

公开/公告号CN107374740B申请日2017-07-06
发明名称一种导管导丝协同操作介入机器人
解决的技术问题本发明导管导丝协同操作介入机器人,在操作平台上设置导管控制器和导丝控制器,并通过操作平台控制导管控制器和导丝控制器的相对运动,配合导管控制器对于导管的控制,以及导丝控制器对于导丝的控制,可以满足介入手术中对于导管导丝的协同操作,满足手术的复杂操控需求,该种方式模拟医生手部动作,更加符合医生操作习惯。
技术方案本发明公开了一种导管导丝协同操作介入机器人及其控制方法,属于微创血管介入手术领域。该系统包括操作平台,以及设置其上的导管控制器和导丝控制器;操作平台包括平台主梁,其上通过直线导轨副设置有两个平台连接块,分别安装导管控制器和导丝控制器;平台连接块通过平台驱动机构驱动;导管控制器包括主体部分和用于夹持导管的导管夹紧机构;导丝控制器包括夹持机构,它包括套筒、制动件和夹持件,带有夹持端头的夹持件装入制动件后,制动件与套筒螺纹连接,通过制动件与套筒相对转动可驱动夹持端头夹紧导丝。本发明的系统在移动平台上安装导管控制器和导丝控制器,分别对导管和导丝进行控制,并配合操作平台的控制,完成导管导丝的协同操作。
相关附图37761650936259782

诚如领域内人士共同认识的那样,手术机器人逐渐赢得市场追捧,站上了智能精细化发展、医保政策利好的快车道, 全球以及国内各大手术机器人厂商也必会将达芬奇等先进机器人作为重要的标杆和对照,联动产学研医生多方力量,不断创新,推动中国手术机器人行业更智能化、精准化、微创化的发展,相关知识产权问题也必将会成为各大手术机器人厂商的研究重点课题,后续相关产品的的研发和专利事务值得持续关注。

当前,知识产权尤其是专利工作在医疗器械领域的作用越来越重要,从事医疗器械领域的相关企业和机构对于专利方面的认识程度也逐渐增强,尤其是在医疗器械产品的研发角度,在相当一部分器械赛道领域已经成为研发过程中必须要考量的因素之一。

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关键词:
机器人,机械臂,专利,手术,分析,技术,器械

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