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2016-2020年中国医疗机器人产业深度解析

发布时间: 2016-08-26 09:08:01 来源:E药脸谱网

核心提示: 与一般的服务机器人不同,医疗机器人能够在狭小的空间中进行高精度、高强度、长时间的医疗服务,临床适应性强,可有效降低手术难度和术后损耗,极具市场竞争力。

医疗机器人,是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的机器人,智能服务机器人的一种,它能独自编制操作计划,依据实际情况确定动作程序,然后把动作变为操作机构的运动。医疗机器人一般可分为康复机器人、手术机器人、护理机器人、医用教学机器人、移送病人机器人、运送药品机器人等。

与一般的服务机器人不同,医疗机器人能够在狭小的空间中进行高精度、高强度、长时间的医疗服务,临床适应性强,可有效降低手术难度和术后损耗,极具市场竞争力。

2014年全球医疗机器人的销量为1224台,与2004年全球医疗机器人销量为386台相比,年复合增速达12.2%。截止2016年1月,全球医疗机器人行业每年营收达到74.7亿美元,至2020年,全球医疗机器人规模有望达到$114亿美金。其中,手术机器人占60%左右市场份额。

2016年4月,工信部、发改委、财政部等三部委联合印发了《机器人产业发展规划(2016-2020年)》,引导我国机器人产业快速健康可持续发展,增强技术创新能力和国际竞争能力,医疗机器人政策长期利好。同时由于政府医疗投入加大,医疗系统重组和人们对微创手术意识加强,未来医疗机器人市场重心将逐渐往亚洲市场转移,中国医疗机器人发展前景可观。

中投顾问发布的《2016-2020年中国医疗机器人产业深度调研及投资前景预测报告》共十二章。首先介绍了医疗机器人产业发展的环境和医疗机器人行业发展情况;然后报告深入分析了医疗机器人的重要细分手术机器人、康复机器人(及外骨骼康复机器人)和其他医疗机器人的发展情况;随后,报告对医疗机器人的上游零部件、下游智慧医疗市场、国内外重点医疗机器人企业进行了详尽的分析;最后,报告对医疗机器人的投资机遇和行业前景进行了科学的预测。

一、医疗机器人主要分类介绍

(一)康复机器人

康复机器人作为医疗机器人的一个重要分支,它的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域,已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。目前,康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面,这不仅促进了康复医学的发展,也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。

(二)手术机器人

之所以将机器人引入医疗,是因为在微创手术中,它们可以实现对外科仪器前所未有的精准控制。

目前为止,这些机器已经用来定位内窥镜、进行胆囊手术以及胃灼热和胃食管反流的矫治。机器人手术领域的最终目标是设计一种机器人,可以用来进行不开胸口的心脏手术。仅在美国,机器人设备每年可以用于超过350万个医疗手术中。按照手术机器人的应用范围,可以分为神经外科机器人、骨科机器人、腹腔镜机器人、血管介入机器人等。

(三)护理机器人

英国科学家正在研发一种护理机器人,能用来分担护理人员繁重琐碎的护理工作。新研制的护理机器人将帮助医护人员确认病人的身份,并准确无误地分发所需药品。

将来,护理机器人还可以检查病人体温、清理病房,甚至通过视频传输帮助医生及时了解病人病情。

(四)医用教学机器人

医用教学机器人是理想的教具。美国医护人员目前使用一部名为“诺埃尔”的教学机器人,它可以模拟即将生产的孕妇,甚至还可以说话和尖叫。通过模拟真实接生,有助于提高妇产科医护人员手术配合和临场反应。

(五)移送病人机器人

移送病人机器人主要帮助护士移动或运送瘫痪、和行动不便的病人,如英国的PAM机器人。

(六)运送药品机器人

运送药品机器人可代替护士送饭、送病例和化验单等,较为着名的有美国TRC公司的HelpMate机器人。

二、医疗机器人市场发展规模

2014年全球医疗机器人的销量为1224台,与2004年全球医疗机器人销量为386台相比,年复合增速达12.2%。



商业机器人市场于2015年达到了59亿美金,主要受益于在商业机器人中占比极大的医疗及手术机器人的迅速增长,未来市场份额有望在2025年达到170亿美金,取代军用机器人板块成为第二大机器人市场。  

截止2016年1月,全球医疗机器人行业每年营收达到74.7亿美元,预计未来5年年复合增长率能稳定在15.4%,至2020年,全球医疗机器人规模有望达到$114亿美金。其中,手术机器人占60%左右市场份额。

目前北美市场目前为最大市场,而由于政府医疗投入加大,医疗系统重组和人们对微创手术意识加强,未来市场重心将逐渐往亚洲市场转移。2013年全球外科手术辅助机器人总销售额达14.95亿美元,其中达芬奇机器人全球销售额达6.33亿美元,占比42.43%。截至2014年底,全球共装机达芬奇机器人3266台,其中美国2223台(68%),欧洲549台(16.8%),亚洲350台(10.7%),我国内地共29台(7.96%),其中9台在北京(2.76%)。

三、医疗机器人市场竞争格局

医疗机器人在国外属于市场化程度较高的行业,主要是由市场的供需情况决定的,竞争比较激烈。而技术更迭周期短的行业特性也决定了拥有核心技术以及突破性独创理念的公司将快速抢占市场份额。

目前全球医疗机器人行业中欧美地区的医疗企业占据了较大的市场份额,处于市场主导地位,全球最大的10家医疗机器人企业中大部分是美国和欧洲公司。其中,美国医疗机器人行业在全球处于领先地位,已发展到30多个。这些医疗科技公司拥有庞大的资源网络、全面的服务内容和优秀的研发团队。能够为医院、及其他医疗机构提供更科学、精确、安全的手术辅助服务。



未来随着对高难度手术需求的增多、医疗基础设施的不断升级以及医疗保健费用不断提高,越来越多国外医院科室及诊所开始逐渐增加对可辅助手术的医疗机器人的支持程度。但从全球医疗机器人的市场份额分布来看,2014年,北美医疗机器人市场占全球总市场的40%,其次为欧洲,占比32%。相比新兴国家5%甚至更低的市场占比而言,欧美国家的医疗机器人市场竞争更为激烈。

四、医疗机器人关键技术分析

(一)优化设计技术

医用机器人既然叫机器人,那就离不开机器人的基础理论和关键技术,包括机构、控制、传感、人机交互、遥操作和材料等等,这方面和传统机器人没有太大差别。设计时要摆脱传统工业机器人的“影子”,实现轻量化、精密、灵巧机器人机构构型创新设计。

(二)系统集成技术

医用机器人有“医用”的特殊内涵,要求安全有效。系统集成时一定要面向具体的手术流程需求,考虑手术室如何应用,注意人机功效学的研究。如果医生不接受你的系统,你理论工作做得再好、技术再先进也不可能得到推广应用,所以医用机器人更强调“医生-机器人-患者”三者的共融。

(三)远程手术技术

目前成功的手术机器人大多是主从操作式机器人,未来的趋势是远程手术,因此遥控操作和远程手术技术也是大家看重的

(四)手术导航技术

基于机器人系统的3D手术规划,利用医学影像实时重建及融合处理和手术机器人高精度3D跟踪定位及可视化技术,实现术中实时标定及配准。

(五)软体机器人技术

软体机器人技术是现在比较流行的一项技术,未来在医疗领域的前景也是非常好的,如输尿管镜机器人在泌尿外科是非常有前景的。

(六)辅助介入治疗技术

20世纪90年代以来,介入治疗迅速发展,该技术是在医学影像(如CT、MRI、US、X射线等)的引导下,将特制的导管、导丝等精密器械,引入人体,对体内病态进行诊断和局部治疗。该技术为许多以往临床上认为不治或难治之症,开辟了新的有效治疗途径。介入治疗的医生把导管或其它器械置入到人体几乎所有的血管分支和其它管腔结构(消化道、胆道、气管、鼻腔等)以及某些特定部位,对许多疾病实施局限性治疗,该技术还特别适用于那些失去手术机会或不宜手术的肝、肺、胃、肾、盆腔、骨与软组织恶性肿瘤。

介入治疗具有不开刀、创伤小、恢复快、疗效好、费用低等特点。有的学者甚至将介入与内科、外科并列称为三大诊疗技术。

目前介入治疗方法也存在一定的问题,例如大部分介入治疗是在传统的二维影像中完成的,这就造成对病灶靶点的定位不够准确,影响介入治疗的效果;医生长时间暴露在X射线、CT等放射性的辐射下,对医生健康造成了伤害;由于没有对手术器械的定位,医生往往不能一次性将手术器械准确置入病灶靶点,需要在影像的指导下逐步置入目标靶点,降低了手术的效率;由于手部运动的局限性以及长时间准确把握手术工具都会使医生感到非常疲劳,而由于疲劳和人手操作不稳定等因素会影响手术质量;同时介入治疗的技巧性高,只有经验丰富的医生才能进行,不易被一般医生所掌握,限制了这项技术的广泛应用。

介入治疗的关键是将精密的手术器械准确地置入到病灶靶点以达到治疗的目的,这就需要解决治疗前的科学设计、治疗中的准确定位、稳定穿刺和器械扶持等难题。机器人辅助系统是解决上述传统的介入治疗问题的重要途径。机器人辅助系统是利用计算机技术分析医学影像信息,在构建三维空间坐标的基础上应用医用机器人实现精确定位和辅助操作。从而使介入技术与机器人定位准确、状态稳定、灵巧性强、工作范围大及操作流程规范化等优势相结合,减少治疗中的人为因素,使介入治疗更为精确、灵巧与安全,克服完全依赖于医生的经验。

(七)医疗与互联网大数据

由于新技术的出现,医用机器人也需要与时俱进,包括数字医疗、移动医疗、穿戴式医疗和远程医疗。这种趋势也越来越明显了,日本的Pepper机器人把云计算和大数据利用起来以后可以很好地在情感陪护方面介入进去,这也是未来的一个发展趋势。

五、手术机器人行业发展情况

(一)行业发展概况

手术机器人大类包括腹腔镜手术机器人系、统矫形外科机器人系统、神经外科机器人系统、可操纵的机器人导管、及其他临床手术机器人。

2014年,手术机器占全球医疗机器人份额60%以上,占比最重。其中,腹腔镜检查是手术机器人最大的应用领域,在2014年占手术机器人行业的88.5%.其他临床手术机器人占比11.5%.未来由于对微创诊断和治疗程序的需求增加、老年人口基数的增长、地球环境的恶化、不健康的饮食习惯和对高脂肪食品、酒精的消费,以及都市人口平日缺乏体育锻炼等不健康的生活方式,种种因素都极大促进了手术的发生率,也为手术机器人的发展提供了空间。

(二)市场发展现状

事实上,手术机器人只是一个手术平台。在手术中,医生可以远离手术台坐在操作控制台中,双手握住手柄,同步控制患者体内的机械臂手术器械进行手术。在这个系统操作下的手术过程比起传统的手术更可控,而且给“远程手术”带来了发展空间:事实上,手术机器人最早就是为野战医院而设计的,在未来,北京、上海的医生远程控制新疆、西藏的机器人进行手术都可以变为现实。

在我国,目前机器人手术主要用于普外科(肝胆、胰腺、胃肠道、甲状腺等)、心脏外科、胸外科、泌尿外科、妇科、小儿外科、咽喉头颈外科等等。

一个不得不正视的现实是,目前几乎国内所有公立、民营医院所应用的机器人清一色进口,直觉外科公司凭借“达芬奇机器人”成为最大赢家:根据中国区供应商的统计,从2006年第一台达芬奇手术机器人落户国内至今,截至2015年12月,分布在全国各地的数几十台“达芬奇手术机器人”在2014年共完成手术11445例,历年总计完成手术22917例。在美国,2007至2013年间有170万名病人进行了机器人手术。

在2018年,全球医疗机器人的销量会达到约4000台,从2014年起,未来4年内平均每年年均复合增速达到34.45%,在中国这一数字会更加好看。

政策扶持加之庞大的市场增量,对于国内的医械企业来说,谁能率先研发出具有自主知识产权的手术机器人设备,谁就将占有市场先机。

对于国内的患者来说,尽管手术机器人拥有者诸多优势:精度更高、有效避免人工手颤抖的缺陷、出血量更小、影响系统有效扫除手术盲点,但敢于尝试的患者仍不是很多,除了信任度之外,高昂的手术费用是另一个主要因素。

这样高昂的费用主要来自两个方面:首先,机器人本身购买昂贵,一台达芬奇机器人在国内的售价约在2000万元左右。

更重要的是耗材费用。从一开始,这家在全球的市场份额占有量超过50%的机器人公司采取的就是“设备+耗材”的商业模式。每个机器人的“机械臂”大约只能使用十次,而每次手术就要用到3-4条机器臂,每条机械臂的更换成本高达接近两万元,平均下来,每台系统销售后的年服务费耗材费接近200万元。

国产机器人的出现有望打破这一瓶颈。

广东省机器人重点实验室的研究员吴新宇在接受记者采访时表示,国产的手术机器人,无论是生产工艺还是关键零部件的采购,门槛都将更低,价格将会只有进口机器人的三分之一,并且有望在3-5年后登陆市场。

事实上,此前由国家科技项目支持,由天津大学、中南大学等单位联合研发国产手术机器人“妙手S”就已经成功进行了临床试验。包括哈尔滨博实、重庆金山、沈阳新松、妙手机器人等上市公司都已布局,这些公司的产品已经得到了不同程度的临床应用。

除了机器人生产企业的制造创新,使用者的培养也是产业发展的另一个重要因素。机器人手术就好比打游戏,手术做得好不好还是要看医生的操作水平。目前复旦大学附属妇产科医院已经进行了200多台机器人妇科手术,出于医疗安全的保障,目前在我国机器人手术通常由主任级别以上的医师操刀,以此控制手术的安全性。医生需要赴境外进行为期数天的培训,在达到了相关资质后才可进行手术操作,目前,这一培训的地点最近是在香港。

(三)主要研发机构

由于目前外科手术机器人生产商的技术和市场垄断,使得手术机器人的购置费用高、手术成本高、维护费用高。这就直接导致我国医院手术机器人的普及率远低于欧美,也不及亚洲日、韩等近邻。

目前,国内研究人员正在加紧研制各种手术机器人及其辅助设备、耗材。从长远看,当前的手术机器人技术和市场的垄断地位可能被打破,手术机器人使用成本的下降是必然趋势。我国自主研发手术机器人领域起步较晚,仍处于试验领域。主要有以下几个研究机构:

1、海军总医院与北京航天航空大学联合开发的机器人系统CRAS(ComputerandRobotAssistedSurgery,CRAS)。CRAS是国内手术机器人系统的先行者,已完成第五代的研制和临床应用。该系统选用PUMA260、262机器人作为系统辅助操作的执行机构。

第一代机器人于1997年5月首次应用于临床。第二代1999年研制成功,实现了无框架立体定向手术。第五代机器人除了前四代机器人的特点外,自动定位功能更加先进,实现了视觉自动定位,使手术误差更小,手术操作更加快捷安全。该系统能通过互联网实施远程操作手术。2005年12月12日,在北京与延安之间利用互联网成功进行了2例立体定向手术。虽然如此,CARS手术机器人在扩大适用范围和实用性方面还是有许多问题需要解决。

2、2013年11月,国家“863”计划资助项目--“微创腹腔外科手术机器人系统”,由哈尔滨工业大学机器人研究所研制成功,并通过国家“863”计划专家组的验收。国产微创腹腔外科手术机器人系统具有我国自主知识产权,研究人员针对微创外科手术的多种术式,在手术机器人系统的机械设计、主从控制算法、三维(3D)腹腔镜与系统集成等关键技术上都进行了重要突破,并申请了多项国家发明专利。这个项目的突破被看做是打破了进口达芬奇手术机器人的技术垄断,将加快实现国产微创手术机器人辅助外科手术。

3、2014年04月,中南大学湘雅三医院顺利完成了3例国产机器人手术,这是我国自主研制的手术机器人系统首次运用于临床。该手术机器人就是天津大学研发的具有自主知识产权的微创外科手术机器人系统--“妙手S”。

“妙手S”系统较国外同类产品有三点技术优势,第一是运用了微创手术器械多自由度丝传动解耦设计技术,解决了运动耦合问题,固定、防滑、防松,更有利于精度保持。第二是实现了从操作手的可重构布局原理与实现技术,使机器人的“胳膊”更轻,更适应手术的需要。第三是运用系统异体同构控制模型构建技术,解决了立体视觉环境下手-眼-器械运动的一致性.“妙手S”外科手术机器人系统将有望3年内投产。

六、康复机器人行业发展情况

(一)市场发展现状

康复机器人是辅助人体完成肢体动作,实现助残行走、康复治疗、负重行走、减轻劳动强度等功能的一种医用机器人。我们认为康复机器人的下游市场可被认为是一种特殊环境下的“可穿戴设备”,在应用技术突破后的市场需求量巨大,未来几年产业增长速度将超过整体医用机器人市场的增长速度。预测康复机器人市场将从2015年的4300万美元增长至2020年的18亿美元。


(二)供需缺口巨大

肢体残疾主要由骨关节病、脊髓损伤和脑血管疾病等造成。大量存在的骨关节疾病,其疼痛和功能障碍会导致行走能力、劳动力丧失,甚至致残,60岁以上的老年人55%的人患有该病。脊髓损伤主要是由交通事故造成,轻者使损伤者行走能力减弱,重则瘫痪。脑血管疾病是神经系统疾病的常见病,其中以脑卒中患者居多。脑卒中是死亡率最高的三大疾病之一,85%的脑卒中患者会出现侧肢体运动功能障碍。据专家估计每年我国脑血病新发患者超过200万人。

我国肢体残疾基数庞大,且人数仍在递增。相较于1987年第一次全国残疾人抽样调查数据,2006年第二次抽样调查数据表示,残疾类别结构发生改变,肢体残疾人数大幅增加,肢体残疾人数从1987年的755万上升到2006年的2412万,占残疾总人口比重为29.07%,是残疾的最主要类型。另外,由于我国残疾标准较为严格,与发达国家相比,残疾人比例相对较低,国际社会公认的全球残疾人比例约为全球总人口的10%,2006年我国的残疾人口比例约为6.34%,因此我国目前的残疾人数可能存在一定的低估。根据第六次全国人口普查的总人数,以及第二次全国残疾人抽样调查残疾人占比,推算2010年末我国残疾人总人数8502万人中,肢体残疾2472万人。


人口老龄化增加了致残几率和残疾人的数量,残疾人年龄结构呈倒金字塔型,年龄越大,比重越高。老年人由于生理机能衰退,脑血管疾病、骨关节病、痴呆等发病率和致残几率增高。

我国已步入老龄化进程,老年人口占比不断攀升。2014年我国65岁以上老年人口数达到1.38亿,所占人口比重不断攀升,达到10.1%;老年人抚养比在2014年达到13.7%,维持不断增加的趋势;少儿抚养比下降伴随着因计划生育和经济增长带来的人口出生率下降。伴随着老龄化过程中的生理衰退是老年人四肢的灵活性下降,并且,在老年人群体中存在大量的心脑血管疾病或神经系统疾病患者,且多数患者存在偏瘫症状。

残疾人比重随年龄增加而增加,年龄越大,残疾人比重越高。二次调查中60岁及以上的残疾人约有4416万人,比1987年调查时该年龄段残疾人数增加了2365万,占全国残疾人新增总数的75.5%。2011年全国残疾人状况监测表示,残疾人的年龄结构不同于全社会人口的年龄结构特征,呈现倒金字塔型,残疾人比重随年龄增加而增加。


肢体残疾的庞大基数以及老龄化趋势,使得我国康复装备供应和康复临床的需求存在巨大缺口。一方面,医院康复医学科数量不足,康复科室供给和康复装备供应不足。根据卫计委数据,截止2015年5月底,全国医院2.6万个,其中,二级以上的医院有8973个(三级医院2002个,二级医院6971个)。2011年卫生部下发《综合医院康复医学科建设与管理指南》通知,要求所有二级以上综合医院必须建设康复医学科,截止到2012年底,实际拥有康复科的综合医院3288家,与要求相去甚远。

另一方面,肢体残疾者接受康复训练服务供给不足,服务供给和残疾者需求存在巨大缺口。截至2014年底,全国共有康复机构6914个,开展肢体残疾康复训练服务机构达2181个,全国共对36.7万肢体残疾者实施康复训练,而我国肢体残疾者有2400多万人,因此,康复装备供应与临床需求存在巨大缺口。

传统的人工或简单的医疗设备已经不能满足患者的康复需求,这也使得人们对于四肢康复设备如康复机器人的需求增大。康复机器人可以减少人员陪护,而且更有成效地帮助病患实现康复。更重要的是,患者、老年人,以及幼儿,即所谓“老弱病残”,对于医疗康复机器人的需求较为刚性,这一片市场需求未来开拓可期。

未来我国康复市场规模达百亿,成长空间巨大。假设未来我国二级以上综合医院的康复医学科建设完全,预测未来二级以上医院康复医学科数量近1万所,这里还不包括社区等康复机构,考虑到康复设备单价在数十万至数百万元之间,即使一所康复医学科配一台设备,市场空间将达到数百亿元,成长空间巨大。

七、医疗机器人未来发展前景展

(一)全球市场前景

2020年全球医疗器械市场将达到5140亿美元,2013-2020年间的复合年均增长率为5%。2020年全球医疗器械研发投入将达到305亿美元,2013-2020年间的复合年均增长率约4.2%。医疗器械未来的最终方向一定是智能化,而研发的不断投入也会朝着这一方向前进,医疗机器人变医疗器械智能化最终的方向,其占医疗器械市场的占比将越来越大。

2012年全球医用机器人销量为1308台,同比增长20%,占全部专业服务机器人销量的8%,市场规模约为60亿美元。医用机器人是单位价值最高的专业服务机器人,每台医用机器人(包括附件和零部件)售价可达150万美元。其预测医疗机器人会以每年19%的速度增长,至2016年全球市场规模估计会增长到119亿美元。全球医疗机器人市场2014年为87.37亿美元,并将在2020年达到179亿美元,年均增长率12.7%。

手术机器人市场规模在2014年为32亿美元,伴随着下一代设备、系统和器械的发布,手术机器人将从目前的大型开放手术,覆盖到身体中的微小部分。预计2021年将达到200亿美元。

2014年全球医疗机器人的销量为1224台。其中最重要的应用是外科手术辅助机器人,销量为978台,医疗机器人的总销售额为13.17亿美元,占据了专业服务型机器人的35%。IFR机构预测,在2018年,全球医疗机器人的销量会达到约4000台,从2014年起,未来4年内平均每年年均复合增速达到34.45%。

目前国际上已形成产业化或具备产业化趋势的是手术机器人和外骨骼机器人两类医疗机器人,其中直觉外科公司是手术机器人领域的领军者,其产品达芬奇手术机器人系统占据全球一半的手术机器人市场;以色列ReWalk是外骨骼机器人领域的代表性企业,超过10年的技术积累使公司产品具备竞争优势。

(二)产业发展潜力

医疗机器人的各类产品中手术机器人占比最高,在60%以上,是医疗机器人中体量最大的机器人。其次为微创放射性手术系统,约占20%。急救机器人、外骨骼机器人、辅助康复机器人、非医疗医院机器人等占比均较小。

从医疗机器人各类产品的市场增速来看,外骨骼机器人、辅助康复机器人从2012年到2022年,市场占比明显提升,未来5年广义康复机器人的年复合增长率约为37%,其中康复机器人年复合增长率为21%,外骨骼机器人年复合增长率为47%,远高于其他类别的医疗机器人的平均增速。




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