年初醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域的頭號(hào)新聞當(dāng)屬?gòu)?qiáng)生推出了新一代骨科手術(shù)機(jī)器人VELYS。2021年1月19日，強(qiáng)生旗下DePuy Synthes公司宣布，其機(jī)器人輔助骨科手術(shù)平臺(tái)產(chǎn)品VELYS已獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）510（K）許可，批準(zhǔn)用于全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。強(qiáng)生公司正致力于將VELYS平臺(tái)打造成跨各種外科專(zhuān)科的互聯(lián)、集成的整套數(shù)字醫(yī)療生態(tài)系統(tǒng)，而機(jī)器人輔助解決方案只是其中的一部分。

VELYS平臺(tái)的技術(shù)來(lái)源于強(qiáng)生2018年初所收購(gòu)的法國(guó)私人手術(shù)技術(shù)軟件開(kāi)發(fā)公司Orthotaxy。在此基礎(chǔ)上，2019年9月強(qiáng)生又收購(gòu)了手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)公司JointPoint所開(kāi)發(fā)的骨盆手術(shù)導(dǎo)航軟件。2020年又將此前和谷歌合作創(chuàng)辦的Verb Surgical剩余股份收購(gòu)，全面接管谷歌子公司Verily的機(jī)器人手術(shù)業(yè)務(wù)。那么今天，我們就通過(guò)強(qiáng)生積攢的這三塊拼圖，深挖這個(gè)匯多方之力打造的新一代VELYS數(shù)字外科手術(shù)平臺(tái)。

一、Orthotaxy

2009年Orthotaxy 由機(jī)器人企業(yè)家 Stéphane Lavallée 創(chuàng)立，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)平臺(tái)，Lavallée博士1998年畢業(yè)于法國(guó)格勒諾布爾大學(xué)，是醫(yī)學(xué)影像手術(shù)導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)技術(shù)、術(shù)前術(shù)中配準(zhǔn)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)術(shù)中應(yīng)用最早的探索者和實(shí)干家之一。

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（Orthotaxy創(chuàng)始人Stéphane Lavallée）

我們深入研究了Orthotaxy公司目前擁有的四項(xiàng)核心發(fā)明在不同國(guó)家和地區(qū)授權(quán)的27項(xiàng)專(zhuān)利。分別針對(duì)于膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃、特異性術(shù)中導(dǎo)航和機(jī)器人輔助手術(shù)裝置三個(gè)方面的問(wèn)題。

對(duì)于置換膝關(guān)節(jié)的植入物術(shù)前規(guī)劃，依據(jù)術(shù)前CT掃描的三維模型分析，測(cè)量解剖結(jié)構(gòu)的尺寸，從而以此選擇所替換植入物的尺寸及其植入過(guò)程對(duì)原始結(jié)構(gòu)的切削和鏈接設(shè)計(jì)。在手術(shù)規(guī)劃的顯示界面中，將三維CT數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬的二維透視變換，形成偽透視圖像（二維）。而醫(yī)生可以在三維或二維圖像上對(duì)術(shù)前規(guī)劃結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，修改脛骨截骨平面的位置或者植入物的旋轉(zhuǎn)角度。

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（膝關(guān)節(jié)置換術(shù)前三維圖像規(guī)劃方法專(zhuān)利）

特異性的手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)利用三維圖像和術(shù)前規(guī)劃數(shù)據(jù)，確定截骨位置，然后3D打印制造定位元件，使之貼合并能夠固定于骨表面，實(shí)質(zhì)為擺鋸切割等操作的限位器。而此專(zhuān)利也演化為了DePuy Synthes公司TurMatch產(chǎn)品，是關(guān)節(jié)置換手術(shù)的規(guī)劃、手術(shù)限位器制造到對(duì)其切割的一整套解決方案。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （特異性手術(shù)導(dǎo)航方法專(zhuān)利及TurMatch手術(shù)解決方案產(chǎn)品）

Orthotaxy公司的機(jī)器人輔助手術(shù)方面有兩項(xiàng)已授權(quán)發(fā)明，分別針對(duì)已獲得FDA許可的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)和未來(lái)向神經(jīng)外科脊柱手術(shù)的拓展方向。膝關(guān)節(jié)置換通常需要根據(jù)規(guī)劃平面切割股骨表皮和骨質(zhì)表皮，而Orthotaxy的裝置則要確保切割平面和規(guī)劃平面的一致性?？臻g中任意平面可以用三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)確定，因此以定位平面所需的機(jī)械結(jié)構(gòu)只需要四個(gè)自由度確定，更少的自由度使得VELYS系統(tǒng)可以被固定在手術(shù)床旁，占用空間更小，可靠性更高。Orthotaxy的裝置可以在三到五個(gè)自由度下移動(dòng)末端執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)規(guī)劃平面的切削。而專(zhuān)利也同時(shí)保護(hù)了末端擺鋸和末端限位器兩種執(zhí)行器的方案，既可以把持?jǐn)[鋸移動(dòng)切割，也可以移動(dòng)限位器到規(guī)定位置再手持?jǐn)[鋸切割。同時(shí)通過(guò)校正矩陣檢測(cè)切割平面和規(guī)劃平面之間的偏差，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

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（針對(duì)確定平面的切割輔助手術(shù)機(jī)器人專(zhuān)利）

另一方面VELYS系統(tǒng)也在向著神經(jīng)外科領(lǐng)域拓展適應(yīng)癥范圍，最新的專(zhuān)利為針對(duì)脊柱鉆孔手術(shù)，圍繞空間內(nèi)確定目標(biāo)軸的機(jī)器人輔助手術(shù)系統(tǒng)。利用與規(guī)劃目標(biāo)軸對(duì)齊的兩個(gè)引導(dǎo)環(huán)確定軸線(xiàn)位置和方向，增加當(dāng)鉆削執(zhí)行器偏移軸線(xiàn)達(dá)到一定角度時(shí)則切斷其驅(qū)動(dòng)的虛擬約束，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)外科手術(shù)中精準(zhǔn)的螺釘置入。

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（針對(duì)確定軸線(xiàn)的鉆削輔助手術(shù)機(jī)器人專(zhuān)利）

二、JointPoint

2019年9月3日，強(qiáng)生宣布旗下DePuy Synthes與JointPoint公司簽署最終協(xié)議，收購(gòu)其外科導(dǎo)航軟件，旨在改善髖關(guān)節(jié)置換的手術(shù)效果。兩家公司自2017年7月開(kāi)始合作，DePuy Synthes達(dá)成獨(dú)家聯(lián)合營(yíng)銷(xiāo)協(xié)議。

JointPoint公司在術(shù)中骨盆非侵入性導(dǎo)航問(wèn)題中有著自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，減少X光透視的使用。僅通過(guò)一張術(shù)中X光圖像，分析患者髖關(guān)節(jié)的股骨頸和股骨頭尺寸和形狀，以及其和髖臼的相對(duì)位置關(guān)系。其OneTrial?技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)術(shù)前對(duì)于患者的特異性關(guān)節(jié)置換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與術(shù)中導(dǎo)航，輔助醫(yī)生手術(shù)決策。JointPoint公司核心專(zhuān)利的內(nèi)容為通過(guò)術(shù)中X光圖像和術(shù)前圖像的解剖特征點(diǎn)配準(zhǔn)，利用基準(zhǔn)點(diǎn)位置計(jì)算髖關(guān)節(jié)模板的各項(xiàng)尺寸數(shù)據(jù)，應(yīng)用于模板的縮放、計(jì)算和比較，以用于手術(shù)方案優(yōu)化、改善術(shù)中骨骼定位和提升手術(shù)質(zhì)量。

DePuy Synthes收購(gòu)JointPoint拓展了VELYS手術(shù)平臺(tái)的適應(yīng)癥，將Orthotaxy優(yōu)勢(shì)的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)和JointPoint優(yōu)勢(shì)的髖關(guān)節(jié)手術(shù)相結(jié)合。更廣泛的適應(yīng)癥就意味著更廣闊的銷(xiāo)路，而強(qiáng)生對(duì)于VELYS平臺(tái)的目標(biāo)，至少是包含膝、髖、肩等各個(gè)關(guān)節(jié)置換的手術(shù)，乃至骨科、神經(jīng)外科等科室的其他適應(yīng)癥。

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（術(shù)前規(guī)劃與術(shù)中杯位置分析）

三、Verb Surgical

2015年12月，谷歌母公司Alphabet旗下生命科學(xué)部門(mén)Verily與強(qiáng)生旗下Ethicon宣布強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，合資成立Verb Surgical，一度被認(rèn)為是強(qiáng)生向手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)軍的開(kāi)端。而Verb Surgical則將手術(shù)機(jī)器人概念進(jìn)一步推廣為 “手術(shù)4.0”的智能手術(shù)平臺(tái)（Digital Surgery Platform），標(biāo)志著從開(kāi)放手術(shù)（1.0）、微創(chuàng)腔鏡手術(shù)（2.0）、機(jī)器人手術(shù)（3.0）之后的新一代手術(shù)。

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Verb Surgical提出通過(guò)增強(qiáng)影像（Enhanced Visualization）, 智能器械 (Advanced Instrumentation)，醫(yī)用機(jī)器人（Robotics），數(shù)據(jù)分析及機(jī)器學(xué)習(xí)（Data Analytics and Machine Learning），以及云互聯(lián)（Connectivity）五大支柱技術(shù)提升醫(yī)療器械產(chǎn)品的創(chuàng)新和商業(yè)模式。而從Verb Surgical名下的318項(xiàng)專(zhuān)利我們也能看得出，其涵蓋了智能化、自動(dòng)化技術(shù)在外科手術(shù)中應(yīng)用的各個(gè)方面。包括機(jī)器人主從控制的手柄和界面設(shè)計(jì)、手術(shù)工具的庫(kù)存管理、機(jī)器人輔助手術(shù)的無(wú)線(xiàn)接口無(wú)菌適配器、虛擬現(xiàn)實(shí)腹腔鏡等等各個(gè)前沿交叉應(yīng)用。

而對(duì)于VELYS平臺(tái)，我們可以看到強(qiáng)生在手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域的小型化、簡(jiǎn)易化和通用化的研發(fā)戰(zhàn)略。一方面在之前的技術(shù)基礎(chǔ)之上完成精準(zhǔn)的平面切割控制與實(shí)時(shí)手術(shù)評(píng)估，一方面與DePuy Synthes的人工膝關(guān)節(jié)Attune、膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)方案TruMatch、干細(xì)胞人工髖關(guān)節(jié)ACTIS、人工球窩PINNACLE、髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)方案KINCISE等配套產(chǎn)品相適應(yīng)配合，構(gòu)成一整套強(qiáng)生骨科手術(shù)的產(chǎn)品生態(tài)。這其中少不了Verb Surgical的在圍繞術(shù)前、術(shù)中和術(shù)后整個(gè)治療周期之中的數(shù)據(jù)分析與監(jiān)測(cè)，打造全方位的手術(shù)平臺(tái)而不是焦距局限于手術(shù)室中的醫(yī)生操作。

（強(qiáng)生手術(shù)機(jī)器人戰(zhàn)略布局）

強(qiáng)生旗下目前已經(jīng)囊括了以骨科手術(shù)為主的VELYS平臺(tái)、原Auris旗下的內(nèi)窺鏡手術(shù)平臺(tái)Monarch和去年年底剛剛推出的六臂零占地手術(shù)平臺(tái)Ottvav。我們有理由相信強(qiáng)生的未來(lái)戰(zhàn)略將致力于將自動(dòng)化手術(shù)的理念推廣到更多科室，而將諸多機(jī)器人輔助平臺(tái)統(tǒng)籌整合的任務(wù)最可能將由Verb Surgical這個(gè)“親兒子”的數(shù)字化技術(shù)來(lái)完成，將這場(chǎng)醫(yī)療器械技術(shù)革命不斷推動(dòng)向前。