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手术机器人技术、代表产品与市场分析

嘉峪检测网 2023-06-13 10:09

前言导读

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。

经过数十年发展，手术机器人现在主要用于五个快速增长的主要外科领域，其中的骨科、介入手术机器人是及其重要的一个版块。

手术机器人市场概览

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。

根据Frost & Sullivan的统计，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，根据Frost & Sullivan的统计，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%。

手术机器人是将机器人技术应用在医疗领域，显然的，机器人手术是使用机器人系统完成的外科手术类型，机器人辅助手术的开发旨在克服现有的微创手术程序的局限性，并增强外科医生进行开放手术的能力。

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。一般情况下，从临床医学应用角度可将手术机器人主要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。

下面两幅附图分别给出了各主要细分手术机器人的应用场景和市场规模情况，供各位读者参考。

笔者认为，随着时间发展，对于国内手术机器人市场而言，各大厂商会面临如下5个方面的竞争，分别为：

1.技术战，入局者众多，内卷严重，而且在技术上目前国外先进巨头具有一定优势，国内厂家只有通过技术上“高人一等”才能“脱颖而出”。

2.临床战，目前手术机器人虽然种类繁多，但是依然是医械法规强监管的产业，且市场受众面以大城市的大医院为主体，在如此众多的品牌上市过程中，临床资源就显得弥足珍贵。

3.融资战，手术机器人是一个多学科高度集中的产品，研发周期长，临床要求高，各方面人力资源也紧张稀缺，必然需要高额的投入，这些都需要大量的资本投入，因此手术机器人的玩法从资本市场来讲其实就是“谁的资本强谁成功率大”。

4.营销战，随着国内、国外厂商的产品逐步上市，需要“卖出去”，也需要市场各群体的认同，更需要占据市场率，因此在众多同类型同适应症的手术机器人中“卖得好”才是各大厂商的终极目标，才是“长久之计”。

5.专利战，专利对于手术机器人而言十分重要，当然也是技术层面的演化，更是各大手术机器人厂商市场角力的重要武器，甚至是“终极核武”，规避设计风险、占据市场率都需要专利的辅助，达芬奇在腔镜机器人领域“叱咤风云”恰恰是得益于专利。

腔镜手术机器人概述

腔镜手术机器人是目前应用最广泛的手术机器人，它能够辅助医生完成各类复杂的微创手术，可用于泌尿外科、妇科、胸外科、普外科等相关科室的微创手术。

腔镜手术机器人能够提高手术精准度及安全性，其出现显著改变了微创伤手术的格局。在保持标准腔镜手术的益处的同时，腔镜手术机器人可提供更强的灵活性、更大的活动范围、过滤震颤、三维高清视觉及更精准的控制能力，这些优势在手术部位深窄及有需要切开细小组织的情况下有极大价值。因此，机器人辅助腔镜手术使外科医生能够以微创伤方法重复进行原本复杂的开放手术。它还可以消除传统腔镜手术中的“筷子效应”，允许医生直觉操作器械，缩短医生学习曲线。

传统腔镜手术操作难度较高。手术过程中，医生将手术器械和内窥镜通过患者体表的切口伸入患者体内获取手术视野并开展手术操作。受限于患者体表固定的切口位置，医生手部操作方向与器械末端移动方向相反，这种“筷子效应”进一步增加了传统腔镜手术的操作难度。

腔镜手术机器人由医生控制台、患者手术平台、影像台车、内窥镜系统、手术器械和附件构成，是针对各类复杂的微创外科手术打造的一款腔镜手术机器人，在精确操作、消除震颤、提高医生舒适度等方面较传统腔镜手术存在显著优势。

腔镜手术机器人可应用于泌尿外科、妇科、普外科、胸外科等科室手术中，还能满足医生和患者在多个手术领域的需求，与传统腹腔镜手术相比具有显著的临床效益。

1）直觉化手术操作降低了医生手术操作难度，使患者获益

与传统的微创腔镜手术相比，机器人辅助手术能有效减少患者手术创伤、加速患者术后康复。传统腔镜手术操作难度较高，医生在手术过程中需将手术器械和内窥镜通过患者体表的切口伸入患者体内获取手术视野并开展手术操作。受限于患者体表固定的切口位置，医生手部操作方向与器械末端移动方向相反，这种“筷子效应”进一步增加了传统腔镜手术的操作难度。腔镜手术机器人的主从控制模式使得医生手部操作方向与手术器械末端移动方向一致，使医生在腔镜手术中获得了直觉操作体验。腔镜手术机器人还能智能识别并过滤医生手部震颤，保证手术的精准与安全，使患者的术中出血量更少、减少术中及术后并发症、缩短术后恢复时间。

2）多自由度手术器械提升腔镜手术灵活性

腔镜手术机器人的手术器械通常具备旋转、俯仰、偏摆、开合 4 个自由度，能够快速精准对组织进行切开、缝合、打结、抓取、夹持和分离等操作。比普通腹腔镜手术器械自由度更多，更加灵活，可以为外科医生提供超越人手和普通腔镜器械所能达到的灵活性、精确性，显著缩短医生学习曲线，让更多患者接受腔镜微创治疗。多自由度手术器械亦能帮助医生更好地完成精细手术操作，减少患者的术中创伤。

3）提升医生操作体验，延长医生执业寿命，惠及更多患者

腔镜手术机器人的医生控制台为外科医生提供了高清、放大的三维手术视野和便捷直观的操作体验，还能让医生在坐姿状态下开展外科手术，有效节省医生在外科手术过程中的体力消耗，有利于医生在狭小空间内的长时间精细操作。若干腔镜手术机器人厂商采用了开放式设计的医生控制台，方便医生保持舒适的身体姿态，避免长时间固定姿态造成的颈椎、腰椎损伤，也避免长时间注视高亮暗箱屏幕造成眼部损伤，进一步提升了医生的操作体验，延长医生执业寿命，让更多的患者得到治疗。

4）缩短医生学习曲线，让腔镜手术更普及

由于腔镜手术机器人具备直觉化手术操作、滤除手部颤抖等优势，医生利用手术机器人开展腔镜手术的学习时间比传统腔镜手术的学习时间更短，降低医生初期开展手术时的并发症率。外科医生在手术机器人的帮助下能够更快熟练掌握各科室的腔镜手术，扩大能够开展腔镜手术的合格医生群体，增加有能力开展复杂腔镜手术的医院数量，也能惠及更多有腔镜手术诊疗需求的患者，让腔镜手术在医生和患者中进一步普及。

骨科手术机器人概览

骨科手术机器人是指在骨科手术过程中，由经过严格培训的医生操控的、能够根据医生的方案执行手术的先进医疗器械。骨科手术机器人系统主要包括：“大脑”——主控电脑系统；“眼睛”——光学跟踪系统；“手臂”——机械臂主机。

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。机器人辅助关节置换手术在这三个手术中属于应用最广泛且最复杂的一类。根据弗若斯特沙利文的资料，关节置换手术机器人于2020年的全球市场规模为725.0百万美元，占全球骨科手术机器人市场约52.0%。

根据弗若斯特沙利文的资料，每年在我国完成的机器人辅助关节置换手术数量由2015年的零增至2020年的243例，并预期自2020年起按162.8%的复合年增长率进一步增至2026年的79,964例。我国的机器人辅助关节置换手术于2020年的渗透率为低于0.1%，估计于2026年将达3.1%。下图载列我国过往及预测机器人辅助关节置换手术的历史及预测数量：

数据来源：弗若斯特沙利文分析

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。

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。

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。

达芬奇手术机器人拥有三维高清视野，头发丝大小的血管在医生眼里也能清晰可见；达芬奇手术机器人的器械拥有可转腕的关节，比人手更加的小巧灵活；同时医生的手部动作可以准确无延时地重现在患者体内的器械上。

达芬奇机器人手术和开放手术或传统腹腔镜手术相比具有以下潜在优势：

更小创伤：极大减轻患者的疼痛。

更加精准：出血更少，并发症更少，感染风险降低。

更快恢复：住院时间更短，更快恢复正常生活，提高生活质量。减少误工费用和陪床费用。

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。

来源：Intuitive Surgical公司官网，Intuitive Surgical公司公告，中金公司研究部

笔者对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，这里笔者从众多专利中选择了若干进行了解析，相关相关结果如下：

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

公开/公告号	US9358074B2	申请日	2013/5/31
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

公开/公告号	US6394998B1	申请日	1999/9/17
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

美敦力Hugo 手术机器人

2019年9月，美敦力发布首台HUGO RAS手术机器人，正式加入软组织手术机器人领域竞争，被认为是达芬奇“最危险”的竞争者。

Hugo外科系统是一种机器人辅助手术设备，旨在泌尿外科、妇科和普外科腹腔镜手术过程中帮助精确控制其手术器械。

Hugo RAS 系统一个模块化的多象限平台，专为广泛的软组织手术而设计。美敦力推出的手术机器人系统使用模块化的解决方案，重点克服手术机器人成本和应用的障碍。Hugo RAS系统包括手术塔、控制台、手术手臂和机械手推车。

2021年10月11日，美敦力宣布其Hugo机器人辅助手术(RAS)系统已获得欧盟CE认证，这是美敦力在软组织手术机器人市场上的又一里程碑式进展。

Hugo RAS主要有以下多个特点：

Hugo RAS是一个模块化系统，也就是说它有多个独立组件可以适应特定患者或医院病床的需求，并且可以随着技术的发展而升级。Hugo RAS配有四个装在推车上的手术臂，这具有极大的灵活性。比如说，医生可以在使用手臂完成手术后，将其推开，然后仍然使用同一个手术台开始腹腔镜手术。手术后，医院工作人员可以将系统松解，然后将其滚动到另一个经过消毒并准备好的手术室中，以便医生可以在休息后迅速开始新的手术。

美敦力将Karl Storz的三维视觉系统和可视化组件整合到了Hugo RAS中。Hugo RAS的手术塔装有Storz可视化系统，随附的内窥镜也是标准长度，这意味着它可以从机器人系统上取下，并在腹腔镜手术过程中用作手持设备。手术塔还装有美敦力的FT10发生器，该发生器专门设计用于为机器人手术中发射能量的设备提供动力，还可以为腹腔镜和开放式手术设备提供动力。具有通用性的特征。

美敦力针对Hugo RAS手术机器人开发了一个系统，该系统会随着技术的发展及时进行升级，而无需医院更换整个系统。对于集成到控制台中的可视化技术而言，这尤其重要。Hugo外科手术控制台的设计具有带脚踏板的开放式结构，因此医生在手术过程中仍可与患者人员互动。

笔者对Hugo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，这里笔者从众多专利中选择了若干进行了解析，相关相关结果如下：

公开/公告号	US10779897B2	申请日	2016/6/20
发明名称	Robotic surgical assemblies
解决的技术问题	The cables in the surgical instruments were prone to stretch during use. The stretching could cause end effector movement to lag that of the input device based on the amount of stretch. As a result, the surgical instrument and end effector may appear to move in a less correlated manner, which would limit the responsive performance of the robotic system.
技术方案	A surgical instrument for use with and for selective connection to an instrument drive unit includes an end effector, an instrument drive connector including a plurality of drive assemblies, and a plurality of drive members in mechanical cooperation with the instrument drive connector and the end effector. Each drive assembly of the plurality of drive assemblies includes a drive screw including an elongated threaded body and a drive nut threadedly engaged with the elongated threaded body of the drive screw such that rotation of the drive screw results in longitudinal movement of the drive nut. Each drive member of the plurality of drive members includes a proximal end portion secured to a respective drive nut of one of the plurality of drive assemblies such that longitudinal translation of the respective drive nut causes longitudinal translation of the drive member to drive a function of the end effector.
相关附图

公开/公告号	US9937626B2	申请日	2014/10/20
发明名称	Wrist and jaw assemblies for robotic surgical systems
解决的技术问题	There is a need for surgical tools having small cross-sectional areas that are able to provide high forces between end effector jaws, including customizable forces that vary depending on the position of the jaws in relation to each other.
技术方案	An end effector for use and connection to a robot arm of a robotic surgical system, wherein the end effector is controlled and/or articulated by at least one cable extending from a respective motor of a control device of the robot surgical system, is provided. The end effector includes a wrist assembly, and a jaw assembly. The jaw assembly includes a cam pulley rotatably supported on at least one support plate of the jaw assembly, wherein the cam pulley is operatively connected to a proximal end of each of the jaws of the jaw assembly such that rotation of the cam pulley results in one of an opening and closing of the jaw assembly.
相关附图

CMR手术机器人

Versius是用于执行微创手术的下一代手术机器人系统。该系统由总部位于英国的全球医疗器械企业 CMR Surgical 设计。CMR Surgical 成立于 2014 年，是一家全球医疗设备公司，致力于利用下一代手术机器人 Versius 开发。

Versius外科系统是一种机器人辅助手术设备，旨在泌尿外科、妇科和普外科腹腔镜手术过程中帮助精确控制其手术器械。

Versius由一个外科医生控制台组成；可视化床边单元(具有内窥镜摄像机附件的模块化机器人臂)；以及可连接到一系列带腕带的外科器械的多达三个器械床边单元。

Versius 旨在结合机器人的所有优势，同时降低采用微创手术的障碍。Versius 拥有全腕带式仪器、自然仪器控制和全高清 3D 视觉，有助于提高外科医生在腹部和骨盆内的灵活性、精确度和控制力。

由于规模较小，它的模块化和便携式设计能够在手术室之间移动它，并且根据使用情况而选择给定手术所需的手臂数量。

通过在机械臂末端放置一个手腕，这使得设置更加自由，从而使 Versius 系统适用于各种不同的专业。这有助于定制每个设置而器械上的手腕给予外科医生在患者体内更大的灵活性。

控制台旨在最大程度地减少手术医生的身体疲劳，让他们在手术时可以选择坐着或站着，都是以符合人体工程学的姿势。这可能使他们能够保持在峰值运行表现为更长时间和延长他们的手术生涯。

开放式控制台设计提供了清晰的视线，便于外科医生和床边手术团队之间的口头和非口头交流。

Versius 是一种新型的远程手术机器人系统，用于在手术室对患者进行机器人辅助微创手术。该系统包括 Versius 外科医生控制台、Versius 可视化床边设备(BSU)、Versius内窥镜和摄像机、仪器、电缆和无菌设备窗帘。外科医生通过手控制器和外科医生控制台上的反馈与系统交互，包括外科医生平视显示器(HUD)，其显示来自内窥镜摄像机的三维(3D)视频以及显示覆盖图。床边团队控制可视化和BSU的访问和反馈，并在辅助显示器上查看内窥镜馈送图像。

笔者对CMR手术机器人的相关专利根据类别分别进行了整理和剖析，这里笔者从众多专利中选择了若干进行了解析，相关相关结果如下：

公开/公告号	US9937012B2	申请日	2014/11/28
发明名称	Surgical arm
解决的技术问题	There is a need for a robot arm that can successfully perform a wider range of surgical procedures than existing arms
技术方案	A surgical robot comprising an articulated arm, the arm having a terminal portion comprising: a distal segment having an attachment for a surgical instrument；an intermediate segment；and a basal segment whereby the terminal portion is attached to the remainder of the arm；a first articulation between the distal segment and the intermediate segment, the first articulation permitting relative rotation of the distal segment and the intermediate segment about a first axis；and a second articulation between the intermediate segment and the basal segment, the second articulation permitting relative rotation of the intermediate segment and the basal segment about a second axis；wherein: the intermediate segment comprises a third articulation permitting relative rotation of the distal segment and the basal segment about third and fourth axes；and the first, second and third articulations are arranged such that in at least one configuration of the third articulation the first and second axes are parallel and the third and fourth axes are transverse to the first axis.
相关附图

公开/公告号	US10824186B2	申请日	2017/9/19
发明名称	User interface device
解决的技术问题	It is preferred that these features are particularly optimised for devices of this type because they could be used continuously for long periods of time. A significant factor in the ergonomic design of controllers of this type is that their weight is borne by the hands of the user. This affects the muscle loading in the user's forearms in particular, which influences the shapes that a user will find comfortable and the movements that could cause strain.
技术方案	A user interface device for controlling a robot manipulator having an end effector comprising at least one movable element, the user interface device comprising: a body for being held by a user, the body comprising an elongate grip portion configured to be gripped by one or more of a user's second to fourth fingers；a trigger extending transversely to the direction of elongation of the grip portion, the trigger being supported by the body so as to be capable of rotating relative to the body about a rotation axis passing through the grip portion；and a drive mechanism at least partially housed in the grip portion, the drive mechanism being coupled to the trigger for applying a torque to the trigger.
相关附图

图迈手术机器人

微创机器人公司致力于面向微创伤手术的前沿发展需求，运用机器人、智能控制、传感与信息领域的高精尖研究和产业集成，创新性提供能够延长和重塑生命的机器人智能手术全解方案，建设一个全球化布局的医疗机器人全解方案创新平台。

2022年1月，微创医疗科学有限公司旗下子集团上海微创医疗机器人（集团）股份有限公司自主研发的图迈Toumai四臂腔镜手术机器人获得国家药品监督管理局（NMPA）的上市批准。

微创图迈是一个融合多学科高科技含量技术于一体的高端医疗设备，由医生控制台、患者手术平台和图像平台组成，其采用主从式遥操作技术，实现医生可远离手术台并坐姿操作的手术方式，减轻医生负担；结合机器人技术优势，实现更微创、精准、稳定、安全的手术操作；可广泛适用于各类外科手术，包括泌尿外科、妇科、胸外科及普外科等术式。

图迈示意图

与传统腔镜手术相比，微创图迈机器人具有手术视野立体真实、微型器械精细操控、狭窄空间下高灵巧运动等众多技术优势，给复杂腔镜手术涉及的狭窄解剖空间下分离止血、缝合打结、功能重建等外科操作带来重要临床价值，同时，克服传统开放手术的创伤大、出血多、并发症概率高等问题，真正实现精准、安全、高效、微创伤的外科手术操作。

部分相关核心专利可参照如下：

公开/公告号	CN105232153B	申请日	2015/9/8
发明名称	机械臂
解决的技术问题	本申请的机械臂具有四自由度调整结构，能够灵活的调整安装于第二旋转关节上的工具臂的手术指向。与此同时，由于水平移动关节滑块部件及平行四边形机构均存在于相关的零部件内部，使得机械臂整体结构较为紧凑，在不影响机械臂整体刚度的情况下，能够较好的保持工具臂的姿态稳定性，进一步提高了机械臂的灵活性。
技术方案	本发明提供了一种机械臂，滑动部件、第一旋转关节、摆动部件及第二旋转关节顺次连接；所述摆动部件包括连杆和拉杆，所述连杆的两端分别与所述第一旋转关节和所述第二旋转关节相连，所述拉杆的两端分别与所述第一旋转关节和所述第二旋转关节相连，形成四个连接点，所述四个连接点顺次相连的连线形成平行四边形。
相关附图

公开/公告号	CN106308933B	申请日	2016/8/31
发明名称	传动机构以及手术器械
解决的技术问题	发明的传动机构主要设置于手术器械上，用于驱动所述手术器械之末端器械运动，其仅包括四根牵引体、三根驱动轴以及导向机构，零件使用量少，使用成本低；而且，本发明的传动机构仅通过三根驱动轴的转动带动对应的四根牵引体运动即可驱动末端器械做三个自由度运动，不仅驱动结构简单，驱动方便，而且仅使用四根牵引体实现三个自由度的运动，相比于现有采用六根钢丝绳的传动机构，减少了钢丝绳及配套部件的数量，节约了空间，简化了驱动控制，进而也可使得手术器械的尺寸可以做得更小，继而使微创伤创口可以开的更小，同时还可以使手术器械在人体狭小空间中的运动更为的灵活，手术操作的灵活性好；并且，基于牵引体驱动的传动机构，整体质量轻，传动的稳定性和可靠性也更好。
技术方案	本发明提供了一种传动机构和手术器械。本发明的传动机构设置于手术器械上，用于驱动位于手术器械之末端的末端器械运动，并包括导向机构、第一、二、三驱动轴以及第一、二、三、四牵引体，三根驱动轴平行设置，其中第一、二牵引体以相反的方向围绕并部分固连第一驱动轴，并通过导向机构改变方向后与末端器械固连，第三、四牵引体以相反的方向围绕并部分固连第三驱动轴，并通过导向机构改变方向后与末端器械固连，所述导向机构被配置成，当所述第二驱动轴转动时，所述第一、二牵引体位于导向机构与末端器械之间的部分，同第三、四牵引体位于导向机构与末端器械之间的部分运动方向相反。本发明的手术器械包括本发明的传动机构。
相关附图

妙手手术机器人

2021年10月，山东威高手术机器人有限公司研发生产的腔镜手术机器人正式通过国家药品监督管理局审查，成为国内首家获批的腔镜手术机器人。

该产品由医生操作台、患者操作台、手术器械、电源线、线缆组成。其中医生操作台包括机座、立柱、扶手、医生机械臂（左/右医生机械臂）、控制部分；患者操作台包括机座、升降柱、横梁、悬吊臂、患者机械臂（左/右患者机械臂）和电气控制部分；手术器械包括持针钳、宽持针钳、抓钳、单极电钩、单极电铲、双极抓钳、双极弯形抓钳、双极长孔抓钳、一次性使用超声刀头；线缆包括主从通信线、左控信号线、右控信号线、主从电源线。

该产品由医师利用主从操控系统对于微创手术器械进行控制，用于胆囊切除术、腹股沟疝手术、食道裂孔疝修补及胃底折叠术、肝囊肿开窗术、阑尾切除术和袖状胃切除术。

医生操作台的控制部分由驱动器、控制板、编码器等单元组成，并优化布置在医生操作台的机座上。编码器用于采集医生机械臂各关节的运动信号，并传递给驱动器与控制器，并与患者操作台进行信息交互。驱动器用于接收控制器发送给医生机械臂各关节的控制信号，并驱动各关节电机执行相应的动作。通过控制面板上的按键可以控制整个系统的启动，并有相应的指示灯能显示系统的状态。患者操作台的控制部分由控制器、驱动器、编码器与控制板等单元组成，并优化布置在患者操作台的机座上。编码器用于采集患者机械臂各关节的运动信号，并反馈给驱动器和控制器。控制器接收医生机械臂的运动信号，并经过运算后给患者操作台的驱动器发送相应控制信号，驱动器驱动患者机械臂各关节电机做出相应动作。控制板用于检测患者操作台的按钮信号，并控制相应的模块执行动作。

妙手示意图

威高妙手手术机器人国内首个采用主从控制进行腹腔手术操作的设备采用末端解耦的丝传动多自由度手术器械设计，增强了医生操作的灵活性折展式远端定心器械操作臂设计使其具有小型轻量化的优点有利于减少手术并发症，提升患者生活质量缓解医生疲劳降低应用成本。

部分相关核心专利可参照如下：

公开/公告号	CN109091230B	申请日	2017-12-12
发明名称	一种微创手术主操作臂
解决的技术问题	本发明微创手术主操作臂与现有技术相比具有以下有益效果：
	1)作为输入控制端，用于控制夹持微创手术器械的装置动作，具有操作简单、灵活性高、能够克服现有微创技术中的眼手运动不协调问题，进而可降低医生手术疲劳，并保证手术质量。
	(2)不会发生医生手部的抖动被细长的手术工具放大的情况，保证手术过程的稳定性。
	(3)与微创手术机器人技术相比，本发明具有体积小、重量轻、易于使用等优点，且能够与常规微创手术器械/设备联用，降低手术成本。
技术方案	本发明涉及一种微创手术主操作臂，其解决了现有微创手术操作过程中手术工具操作复杂、灵活性低，医生操作时眼手运动不协调，医生手部抖动会影响手术质量的技术问题，其包括主端连杆、偏转连杆、第一耦合连杆、第二耦合连杆和主手手腕，偏转连杆与主端连杆旋转连接，第一耦合连杆与偏转连杆的下部旋转连接，第二耦合连杆与第一耦合连杆的下端旋转连接，主手手腕与第二耦合连杆固定连接。本发明广泛用于医疗器械技术领域。
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公开/公告号	CN112914683B	申请日	2021/3/10
发明名称	钳页独立运动的多自由度手术器械及末端执行器
解决的技术问题	本发明就是为了解决现有手术器械末端执行器的灵活性差，两片钳页同时运动，限制了钳页开合的灵活性，同时也局限了手术的种类的技术问题，提供了一种钳页独立运动的多自由度手术器械及末端执行器。本发明的有益效果是，末端执行器结构紧凑，运动灵活，每个钳也可以独立动作，节省了空间，减少手术器械钳头尺寸。两个钳页的开合角度也增大。
技术方案	本发明涉及一种钳页独立运动的多自由度手术器械及末端执行器，其解决了现有手术器械末端执行器的灵活性差，两片钳页同时运动，限制了钳页开合的灵活性，同时也局限了手术的种类的技术问题。末端执行器包括第一钳页、第二钳页、支撑座、俯仰环、第一驱动轮、第一主动齿轮、第二驱动轮、第二主动齿轮、第一从动齿轮、第二从动齿轮、中心轴、转轴、导丝轮一、导丝轮二、导丝轮三、第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳和第四钢丝绳。本发明广泛用于微创手术机器人技术领域。
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康多手术机器人

康多机器人是针对各类复杂的微创外科手术打造的一款腔镜手术机器人，在精确操作、消除震颤、提高医生舒适度等方面较传统腔镜手术存在显著优势。康多机器人适配自有及国内外主流三维高清内窥镜系统，能够让手术医生通过内窥镜实时获取手术视野，在复杂的手术环境中精准触及手术区域，并通过主从控制系统在患者的手术区域完整复现医生的操作意图。康多机器人SR1000是国内首个在泌尿外科领域进入创新医疗器械特别审查程序（绿色通道）的腔镜手术机器人，该产品于2022年6月在泌尿外科领域获得第三类医疗器械注册证。

康多机器人针对传统腔镜手术的不足进行了若干创新性设计，具备显著的临床价值。其主从控制模式使得医生手部操作方向与手术器械末端移动方向一致，使医生在腔镜手术中获得了直觉操作体验。其三维高清内窥镜系统可以将手术视野稳定清晰地呈现在医生眼前的显示屏上，还能根据医生需求调整视野范围和大小。其机械臂末端的手术器械可以实时复现医生的手术动作，在精准执行医生切开、缝合、打结、抓取、夹持和分离等一系列动作的同时，智能识别并过滤医生手部震颤，最大限度的保证手术的精准与安全。相较于传统腹腔镜手术，康多机器人一方面可使患者的术中出血量更少、减少术中及术后并发症、缩短术后恢复时间，另一方面，可缩短医生学习曲线、降低医生在手术中的疲劳度、延长医生执业寿命。

部分相关核心专利可参照如下：

公开/公告号	CN104523306B	申请日	2015/1/5
发明名称	一种用于微创手术操作的近似远心不动点机构
解决的技术问题	在微创手术中经常要借助各种不同的器械装置来完成手术，远心不动点机构是微创手术器械装置中的核心机构，现有的远心不动点机构则是以平行四边形机构为主体，存在结构尺寸较大、结构复杂、控制困难等问题，不利于微创手术的实施，本发明的有益效果在于：在第一电机的驱动下第一杆件可实现绕所述第一电机轴的回转运动，在第二电机的驱动下第一杆件还可以实现上下转动；第二杆件可以相对于第一杆件转动，其运动的传动比可以由第一传动单元的第一传动齿轮和第一主带轮进行精确控制。第三杆件可以相对于第二杆件运动，其运动的传动比可以由第二传动单元的第二传动齿轮和第二主带轮进行精确控制；末端手术器械可以在第三杆件上滑动，使得所述末端手术器械可以自由伸缩。通过第一传动单元和第二传动单元的精确传动比控制，第一杆件、第二杆件和第三杆件在转动过程中，末端手术器械可以实现近似远心不动点运动。
技术方案	本发明公开了一种用于微创手术操作的近似远心不动点机构，包括：第一电机，其可拆卸的安装于第一电机安装板上；第二电机，其通过第二电机安装板设置在所述第一电机的下方，所述第二电机安装板上还设置有齿部；第一杆件，其一端与所述第二电机的输出轴固连，另一端设置有齿部；第二杆件，其一端与所述第一杆件枢接；第三杆件，其一端与所述第二杆件枢接，所述第三杆件上固定设置有凸筋，所述凸筋固定设置在所述第三杆件的中部；末端手术器械，其通过所述凸筋滑动的设置在所述第三杆件上。本发明能够近似的实现末端手术器械的远心不动点运动，结构紧凑，手术操作过程中的工作空间较大，控制方便，能够较好的满足微创手术的实际需求。
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公开/公告号	CN111529067B	申请日	2020/5/29
发明名称	一种手术机器人机械臂的定位装置及定位方法
解决的技术问题	腹腔镜手术机器人在腹腔微创手术中已被广泛使用，腹腔镜手术机器人通常由三条或者四条机械手臂代替人的手臂来完成比较复杂的手术。手术时，通常先在患者腹壁开几个小孔，然后将戳卡通过小孔插入人体内，再将机械手臂摆位到合适位置，将戳卡套装在不同的机械手臂上，从而实现戳卡与机械手臂的随动。但被动摆位时很难准确地将机械手臂对准戳卡的位置，使得戳卡与机械手臂进入方向同轴心，每次将戳卡与机械手臂锁定后都会再次拆装进行调整，调整过程中对患者腹壁伤口带来二次创伤风险，严重的可能会撕裂伤口，对患者的生命造成威胁。与现有技术相比较本发明的有益效果在于：由于本发明手术机器人机械臂的定位装置的辅助定位单元可拆卸连接于戳卡夹持器上，调整机械臂使辅助定位单元模拟手术戳卡的位置后，将机械臂定位，再将机械臂与手术戳卡锁定，避免将机械臂与手术戳卡锁定后再次拆装，避免调整过程中对患者腹壁伤口带来二次创伤风险，并且实现机械臂与手术戳卡的快速连接，大大缩短了手术前准备工作所占用的时间。
技术方案	本发明提供一种手术机器人机械臂的定位装置及定位方法，属于医疗器械技术领域，其中手术机器人机械臂的定位方法包括：摆动机械臂，使连接在机械臂的戳卡夹持器上的辅助定位单元的底部中心与患者的手术孔表面中心重合，使所述机械臂保持该位置不变；拆除所述辅助定位单元，将已插入所述患者的所述手术孔内的手术戳卡与所述戳卡夹持器相连接。本发明手术机器人机械臂的定位装置及定位方法能够避免调整机械臂的过程中对患者腹壁伤口带来二次创伤的风险，并且实现机械臂与手术戳卡的快速连接，大大缩短了手术前准备工作所占用的时间。
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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！

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。

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。

相关专利可参照如下：

公开/公告号	CN109452976B	申请日	2018/12/28
发明名称	一种柔性手术工具系统
解决的技术问题	本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用基于对偶连续体机构的机械臂和手术执行器为主体，该对偶连续体机构包括顺序关联的第一连续体构节、刚性连接构节和第二连续体构节，并配合以传动驱动单元，其中，传动驱动单元与刚性连接构节关联，同时传动驱动单元与手术执行器关联，因此通过传动驱动单元可以驱动对偶连续体机构向任意方向弯转，以及驱动手术执行器完成在第一平面内的旋转运动和/或在第二平面内的张合运动。2、本发明对偶连续体机构中的对偶连续体结构骨两端固结在第一连续体构节近端和第二连续体构节远端，对偶连续体结构骨在驱动过程中长度保持不变，因此第一连续体构节、刚性连接构节和第二连续体构节的总长度保持不变，当传动驱动单元驱动第一连续体构节向某一方向弯转，第二连续体构节的耦合运动也被唯一确定。3、本发明在对偶连续体机构的末端设置手术执行器，手术执行器控线一端与腕关节旋转体和/或钳关节旋转体连接，另一端通过转向滑轮与传动驱动单元连接，由此可以实现对手术执行器的腕关节旋转体和/或钳关节旋转体的控制。4、本发明的传动驱动单元采用双头螺杆、滑块作为直线运动机构，当驱动双头螺杆旋转时，与该双头螺杆配合的两滑块以相同的速度进行反向直线运动，从而带动与滑块连接的控向连续体结构骨、腕关节结构骨或钳关节结构骨受推或受拉，从而实现对偶连续体机构向任意方向发生弯转，以及手术执行器的腕关节旋转体和/或钳关节旋转体绕关节轴旋转。
技术方案	本发明涉及一种柔性手术工具系统，包括：机械臂，机械臂包括第一连续体构节、刚性连接构节和第二连续体构节，第一连续体构节、刚性连接构节和第二连续体构节顺序关联以形成对偶连续体机构；手术执行器，连接在第二连续体构节的远端；传动驱动单元，分别与刚性连接构节和手术执行器关联，用于驱动第一连续体构节向任意方向弯转，进而耦合驱动第二连续体构节完成向相反的方向弯转，以及用于驱动手术执行器完成在第一平面内的旋转运动和/或在第二平面内的张合运动。本发明提供的柔性手术工具系统能够较好地应用于经人体自然腔道或经单一手术切口并且实施手术。
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公开/公告号	CN110037795B	申请日	2018/12/28
发明名称	一种双弯曲型柔性手术工具系统
解决的技术问题	本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置由第一连续体构节、刚性连接构节和第二连续体构节顺序关联的第一对偶连续体机构，同时在第一对偶连续体机构的远端设置第三连续体构节，第三连续体构节的结构骨通过第一对偶连续体机构与近端连续体构节连接以形成第二对偶连续体机构，并配合以传动驱动单元，传动驱动单元分别与刚性连接构节和近端连续体构节关联，或者第三连续体构节的结构骨直接与传动驱动单元关联，因此通过传动驱动单元可以驱动第一对偶连续体机构和第二对偶连续体机构/第三连续体构节向任意方向弯转。由此，第一对偶连续体机构和第二对偶连续体机构/第三连续体构节形成双弯曲型机械臂，增加了手术工具运动灵活性，扩展了手术工具的运动空间，能够使得在体外机械臂保持固定位置的状态下，提供手术工具在体内的足够大的覆盖范围并达到手术动作的精确控制，从而使手术工具的运动性能更加优越，并且有助于提高手术器械的运动性能，实现手术器械的小型化、量轻化。2、本发明的第一对偶连续体机构中的结构骨两端分别固结在第一连续体构节近端和第二连续体构节远端，该结构骨在驱动过程中长度保持不变，因此第一连续体构节、刚性连接构节和第二连续体构节的总长度保持不变，当传动驱动单元驱动第一连续体构节向某一方向弯转，第二连续体构节的耦合运动也被唯一确定。同样的，第二对偶连续体机构的结构骨/第三连续体构节的结构骨在驱动过程中长度也保持不变，当传动驱动单元驱动近端连续体构节向某一个方向弯曲，第三连续体构节的耦合运动也被唯一确定。3、本发明的传动驱动单元采用双头螺杆、滑块作为直线运动机构，当驱动双头螺杆旋转时，与该双头螺杆配合的两滑块以相同的速度进行反向直线运动，从而带动与滑块连接的控向连续体结构骨或近端连续体结构骨受推或受拉，从而实现第一或第二对偶连续体机构/第三连续体构节向任意方向发生弯转。
技术方案	本发明涉及一种双弯曲型柔性手术工具系统，包括：机械臂，机械臂包括第一连续体构节、刚性连接构节、第二连续体构节和第三连续体构节，第一连续体构节和第二连续体构节关联以形成第一对偶连续体机构；近端连续体构节，布置在第一连续体构节近端，并与布置在第二连续体构节远端的第三连续体构节关联以形成第二对偶连续体机构；传动驱动单元，分别与刚性连接构节和近端连续体构节关联，用于驱动第一连续体构节向任意方向弯转，进而耦合驱动第二连续体构节向相反的方向弯转，以及驱动近端连续体构节向任意方向弯转，进而耦合驱动第三连续体构节向相反的方向弯转。本发明能够较好地应用于经人体自然腔道或经单一手术切口并且实施手术。
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MAKO手术机器人

史塞克的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。

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。

笔者从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：

公开/公告号	US10959857B2	申请日	2019/2/26
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.
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MAZOR手术机器人

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。

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”。

同样的，笔者从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	2001/7/24
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.
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ROSA手术机器人

捷迈邦美的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。

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。

ROSA One Spine 示意图

同样的，笔者从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	2017/1/30
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

Cori 手术机器人

施乐辉的Cori平台于2020年2月获得FDA 510（k）批准，可用于单室和全膝关节置换术，并在2022年扩大了全髋关节置换术的适应症。于2021年在加拿大、印度、澳大利亚、新西兰和英国推出该手术机器人。

CORI手术系统是一种先进且高效的手持机器人辅助平台，用于全膝关节和单室膝关节置换术。Cori手术机器人有助于根据患者特定的解剖结构和疾病状况放置和调整植入物的大小和平衡间隙，由施乐辉（Smith & Nephew）开发，并由该公司的Real Intelligence数字解决方案提供支持。

施乐辉称CORI手术系统是当今市场上最小、最便携和价格合理的机器人系统之一。与其他机器人系统不同，CORI系统使用无图像智能映射来构建手术中患者特定的解剖结构3D模型，从而减少了与术前CT成像的时间、成本和辐射暴露。

下图给出了Cori手术机器人的产品实物示意。

施乐辉（Smith & Nephew）是一家全球医疗科技公司，致力于研发先进医疗技术，帮助患者重获健康。是一家英国跨国医疗器械制造公司，总部位于英国伦敦，产品销往120多个国家。公司是国际先进的伤口管理产品，关节镜产品，创伤和临床治疗产品和骨科重建产品生产商。

施乐辉对Cori骨科手术机器人进行了全方位的专利布局，笔者从Cori骨科手术机器人涉及的相关专利中择机选择了专利进行了解析，相关结果如下：

公开/公告号	US10864045B2	申请日	2020/1/24
发明名称	Systems and methods for measuring bone joint laxity
解决的技术问题	This stressed collection is used to optimize planned positions for implants so that the optimal laxity is theoretically maintained. The implants are then placed in the surgical plan in optimal locations relative to their intended bone surfaces. However, without determining the exact location of the final implant positions, it is hard to know if the planned laxity is actually achieved. What is needed is a method that can be used to measure the actual laxity of the post-operative joint without needing to register the positions of the implants.
技术方案	A system and device (110) for determining bone laxity. For example, the system includes a tracked probe (300) comprising at least one probe marker (310) and a computer assisted surgical (CAS) system (100). The CAS system includes a navigation system (130) and a processing device (110) operably connected to the navigation system and a computer readable medium configured to store one or more instructions that, when executed, cause the processing device to receive location information from the navigation system, generate (820) a surgical plan comprising a post-operative laxity assumption (720), collect (850) first motion information related to movement of the joint through a first range of motion, collect (860) second motion information related to movement of the joint through a second range of motion, determine (870) a post-operative laxity (710), and compare the post-operative laxity and the post-operative laxity assumption to determine laxity results.
相关附图

天玑手术机器人

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。

天玑示意图

同样的，笔者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	2014/7/3
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

结语

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。

来源：微创医疗、威高医疗、思哲睿、精锋、术锐、史塞克、美敦力、捷迈邦美、施乐辉、天智航、医械知识产权、网络公开资料等。

来源：医械知识产权

公开/公告号	CN110559083B	申请日	2019/9/10
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。
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公开/公告号	CN110464473B	申请日	2019/9/10
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。
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手术机器人技术、代表产品与市场分析

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