達(dá)芬奇手術(shù)機器人專利分析報告

27/27達(dá)芬奇手術(shù)機器人專利分析報告前言導(dǎo)讀

手術(shù)機器人是一種先進的醫(yī)療設(shè)備，借助微創(chuàng)傷手術(shù)及相關(guān)底層技術(shù)的發(fā)展而發(fā)明。手術(shù)機器人被用于在高于人類能力的微創(chuàng)傷手術(shù)領(lǐng)域中實現(xiàn)高于人類能力的對手術(shù)器械的精準(zhǔn)操控。手術(shù)機器人通常由手術(shù)控制臺、配備機械臂的手術(shù)車及視像系統(tǒng)組成。外科醫(yī)生坐在手術(shù)控制臺，觀看由放置在患者體內(nèi)腔鏡傳輸?shù)氖中g(shù)區(qū)域三維影像，并操控機械臂的移動，以及該機械臂附帶的手術(shù)器械及腔鏡。機械臂模擬人類的手臂，為外科醫(yī)生提供一系列模擬人體手腕的動作，同時過濾人手本身的震顫。

機器人手術(shù)系統(tǒng)是集多項現(xiàn)代高科技手段于一體的綜合體，其用途廣泛，在臨床上外科上有大量的應(yīng)用。外科醫(yī)生可以遠(yuǎn)離手術(shù)臺操縱機器進行手術(shù)，完全不同于傳統(tǒng)的手術(shù)概念，在世界微創(chuàng)外科領(lǐng)域是當(dāng)之無愧的革命性外科手術(shù)工具。

市場分析

近年來，全球手術(shù)機器人進入迅猛發(fā)展階段。數(shù)據(jù)顯示，2015年的30億美元增至2020年的83億美元，復(fù)合年增長率為22.6%。預(yù)期全球手術(shù)機器人市場將繼續(xù)快速增長，2026年達(dá)到336億美元，自2020年起復(fù)合年增長率為26.2%。

數(shù)據(jù)來源：弗若斯特沙利文

中國手術(shù)機器人市場仍處于早期發(fā)展階段，但增長潛力巨大。2020年，中國手術(shù)機器人市場規(guī)模為425.3百萬美元，預(yù)期市場將以44.3%的復(fù)合年增長率快速增長，2026年將達(dá)到3,840.2百萬美元。

數(shù)據(jù)來源：弗若斯特沙利文

認(rèn)識達(dá)芬奇

達(dá)芬奇（daVinci）手術(shù)機器人由美國直觀醫(yī)療公司制造生產(chǎn)。美國直觀醫(yī)療公司創(chuàng)立于1995年，總部設(shè)在美國加州，是開發(fā)革命性微創(chuàng)手術(shù)儀器和技術(shù)的先驅(qū)。

1999年，第一臺達(dá)芬奇手術(shù)機器人面世。2000年，達(dá)芬奇手術(shù)機器人正式成為第一個受FDA批準(zhǔn)用于臨床手術(shù)的機器人輔助腹腔鏡手術(shù)系統(tǒng)。

20多年來，達(dá)芬奇平臺開創(chuàng)了手術(shù)室的新功能，改變了微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域。通過超過500萬次手術(shù)，Intuitive已成為手術(shù)機器人領(lǐng)域公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者。

達(dá)芬奇手術(shù)機器人擁有三維高清視野，頭發(fā)絲大小的血管在醫(yī)生眼里也能清晰可見；達(dá)芬奇手術(shù)機器人的器械擁有可轉(zhuǎn)腕的關(guān)節(jié)，比人手更加的小巧靈活；同時醫(yī)生的手部動作可以準(zhǔn)確無延時地重現(xiàn)在患者體內(nèi)的器械上。

達(dá)芬奇機器人手術(shù)和開放手術(shù)或傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)相比具有以下潛在優(yōu)勢：

更小創(chuàng)傷：極大減輕患者的疼痛。

更加精準(zhǔn)：出血更少，并發(fā)癥更少，感染風(fēng)險降低。

更快恢復(fù)：住院時間更短，更快恢復(fù)正常生活，提高生活質(zhì)量。減少誤工費用和陪床費用。

專利分析

對于達(dá)芬奇機器人相關(guān)專利，其申請人主要聚集于IntuitiveSurgical公司。筆者針對IntuitiveSurgical所涉及的專利情況，進行了檢索，其結(jié)果進行如下展示：

專利概覽

下圖給出IntuitiveSurgical公司專利的申請和公開情況。可以清晰得知，可以清晰得知，其專利申請和授權(quán)情況主要集中于2005年后。出現(xiàn)這種情況的出現(xiàn)也和達(dá)芬奇機器人的更新?lián)Q代有著密切關(guān)系，結(jié)合下文中所提及的技術(shù)脈絡(luò)，也進一步預(yù)示其初始專利已陸陸續(xù)續(xù)到期或即將到期，這也給部分機器人賽道入場者提供了部分機會和技術(shù)借鑒。

下面兩幅圖給出了達(dá)芬奇手術(shù)機器人專利布局情況，可以非常明確得到達(dá)芬奇手術(shù)機器人的專利地域布局情況，其專利申請目標(biāo)國主要聚集于美國、歐洲、中國等區(qū)域性中心國家或地區(qū)，同樣的，以2011年為界限，可以明確得知第一、二代達(dá)芬奇手術(shù)機器人和第三代達(dá)芬奇手術(shù)機器人的專利地域布局情況。

下圖給出了IntuitiveSurgical公司的技術(shù)生命周期情況。

下圖給出了IntuitiveSurgical公司相關(guān)專利合作和布局的情況，可以非常清晰的看出，與各個醫(yī)療器械大廠一樣，作為手術(shù)機器人龍頭公司，IntuitiveSurgical也與眾多企業(yè)和科研院所展開的合作研究。

下圖給出了IntuitiveSurgical公司相關(guān)專利的專利地圖情況，從該專利地圖可以很明了的得到IntuitiveSurgical公司相關(guān)專利的技術(shù)分支情況。

發(fā)展脈絡(luò)

達(dá)芬奇系列手術(shù)機器人共經(jīng)歷的四代進化。

達(dá)芬奇機器人1996年推出了第一代，2006年推出的第二代機器人機械手臂活動范圍更大了，允許醫(yī)生在不離開控制臺的情況下進行多圖觀察。

2009年在第二代機器人的基礎(chǔ)上增加了雙控制臺、模擬控制器、術(shù)中熒光顯影技術(shù)等功能，進而推出了第三代達(dá)芬奇Si系統(tǒng)。

第四代達(dá)芬奇Xi系統(tǒng)在2014年推出，靈活度、精準(zhǔn)度、成像清晰度等方面有了質(zhì)的提高，公司在2014年下半年還開發(fā)了遠(yuǎn)程觀察和指導(dǎo)系統(tǒng)。

圖片來源：IntuitiveSurgical公司官網(wǎng)，IntuitiveSurgical公司公告，中金公司研究部

機構(gòu)組成

系統(tǒng)主要由三部分組成：醫(yī)生操控臺、床旁機械臂系統(tǒng)以及影像處理平臺。主刀醫(yī)生坐在控制臺前控制器械和鏡頭；床旁機械臂系統(tǒng)是達(dá)芬奇手術(shù)機器人的操作部分，它放置在患者身旁為器械和鏡頭提供支撐，并實現(xiàn)醫(yī)生的操作；影像處理系統(tǒng)，為患者身邊的手術(shù)團隊提供圖像信息。

技術(shù)剖析

針對醫(yī)生操控臺、床旁機械臂系統(tǒng)以及影像處理平臺三部分機構(gòu)組成，筆者進行了詳細(xì)的技術(shù)剖析，并且根據(jù)技術(shù)剖析結(jié)果，對達(dá)芬奇手術(shù)機器人和配套器械的相關(guān)專利根據(jù)類別分別進行了分類整理和分析，對于全部清單列表和分析內(nèi)容，感興趣的讀者可以和筆者取得聯(lián)系，這里筆者以第一代產(chǎn)品為例，對相關(guān)分析結(jié)果簡單進行展示：

旁床機械臂系統(tǒng)

床旁機械臂系統(tǒng)分為直立部分及底座，連接攝影機及器械手臂，并與醫(yī)師控制中心以電線連接，手術(shù)車臺上的器械臂會隨著醫(yī)師操控主控制器而動作。每輛車臺有一支攝影機臂，附有攝影機/內(nèi)視鏡組合，還有兩支以上的器械臂,支援ISI的全系列器械，并實現(xiàn)了多孔向單孔的改進，床旁機械臂系統(tǒng)的總結(jié)歸納由如下附圖展示:

機械臂是達(dá)芬奇手術(shù)機器人非常重要的組成部分，對于機械臂相關(guān)的技術(shù)分解可以通過如下附圖獲悉：

醫(yī)生操作臺

主刀醫(yī)生坐在控制臺中，位于手術(shù)室無菌區(qū)之外，使用雙手(通過操作兩個主控制器)及腳(通過腳踏板)來控制器械和一個三維高清內(nèi)窺鏡。正如在立體目鏡中看到的那樣，手術(shù)器械尖端與外科醫(yī)生的雙手同步運動。醫(yī)生操作臺的總結(jié)歸納由如下附圖展示:

影像平臺

影像平臺內(nèi)裝有外科手術(shù)機器人的核心處理器以及圖象處理設(shè)備，在手術(shù)過程中位于無菌區(qū)外，可由巡回護士操作，并可放置各類輔助手術(shù)設(shè)備。外科手術(shù)機器人的內(nèi)窺鏡為高分辨率三維(3D)鏡頭，對手術(shù)視野具有10倍以上的放大倍數(shù)，能為主刀醫(yī)生帶來患者體腔內(nèi)三維立體高清影像，使主刀醫(yī)生較普通腹腔鏡手術(shù)更能把握操作距離，更能辨認(rèn)解剖結(jié)構(gòu)，提升了手術(shù)精確度。影像平臺的總結(jié)歸納由如下附圖展示:

專利解析

需要特別說明的是，對于達(dá)芬奇手術(shù)機器人，不論是從技術(shù)分解還是發(fā)展脈絡(luò)，筆者均進行了詳細(xì)研讀和分析，形成了卓有成效的工作成果，基于篇幅原因，本篇文章?lián)駲C進行展示，如若獲取完整達(dá)芬奇手術(shù)機器人專利清單與分析報告可以與筆者取得聯(lián)系，共同交流學(xué)習(xí)。

公開/公告號US6905491B1申請日1997-05-16發(fā)明名稱Apparatusforperformingminimallyinvasivecardiacprocedureswitharoboticarmthathasapassivejointandsystemwhichcandecoupletheroboticarmfromtheinputdevice解決的技術(shù)問題TherehavebeenattemptstoperformCABGprocedureswithoutopeningthechestcavity.Minimallyinvasiveproceduresareconductedbyinsertingsurgicalinstrumentsandanendoscopethroughsmallincisionintheskinofthepatient.Manipulatingsuchinstrumentscanbeawkward,particularlywhensuturingagrafttoaartery.Ithasbeenfoundthatahighlevelofdexterityisrequiredtoaccuratelycontroltheinstruments.Additionally,humanhandstypicallyhaveatleastaminimalamountoftremor.Thetremorfurtherincreasesthedifficultyofperformingminimalinvasivecardiacprocedures.Itwouldbedesirabletoprovideasystemforeffectivelyperformingminimallyinvasivecoronaryarterybypassgraftprocedures..技術(shù)方案Asystemforperformingminimallyinvasivecardiacprocedures.Thesystemincludesapairofsurgicalinstrumentsthatarecoupledtoapairofroboticarms.Theinstrumentshaveendeffectorsthatcanbemanipulatedtoholdandsuturetissue.Theroboticarmsarecoupledtoapairofmasterhandlesbyacontroller.Thehandlescanbemovedbythesurgeontoproduceacorrespondingmovementoftheendeffectors.Themovementofthehandlesisscaledsothattheendeffectorshaveacorrespondingmovementthatisdifferent,typicallysmaller,thanthemovementperformedbythehandsofthesurgeon.Thescalefactorisadjustablesothatthesurgeoncancontroltheresolutionoftheendeffectormovement.Themovementoftheendeffectorcanbecontrolledbyaninputbutton,sothattheendeffectoronlymoveswhenthebuttonisdepressedbythesurgeon.Theinputbuttonallowsthesurgeontoadjustthepositionofthehandleswithoutmovingtheendeffector,sothatthehandlescanbemovedtoamorecomfortableposition.Theroboticarmmaycontainapassivejointthatprovidesanadditionaldegreeoffreedom.Additionally,thesystemmayincludeadisconnectinputdevicethatdecouplesthearmfromaninputdevicesuchasthehandles.相關(guān)附圖

公開/公告號US6783524B2申請日2002-04-18發(fā)明名稱Roboticsurgicaltoolwithultrasoundcauterizingandcuttinginstrument解決的技術(shù)問題Surgicalultrasoundinstrumentsaregenerallycapableoftreatingtissuewithuseoffrictionalheatproducedbyultrasonicvibrations.Forexample,theheatmaybeusetocutand/orcauterizetissue.Withmanycurrentlyavailableinstruments,tissuemayfirstbegraspedbyanultrasoundsurgicaldeviceandthenultrasoundenergymaybedeliveredtothetissuetocut,cauterizeorthelike.Ultrasoundinstrumentsprovideadvantagesoverothercuttingandcauterizingsystems,suchasreducedcollateraltissuedamage,reducedriskofunwantedburns,andthelike.Currently,however,ultrasoundinstrumentsforusewitharoboticsurgicalsystemarenotavailable.技術(shù)方案Asurgicalinstrumentforenhancingroboticsurgerygenerallyincludesanelongateshaftwithanultrasoundprobe,anendeffectoratthedistalendoftheshaft,andabaseattheproximalendoftheshaft.Theendeffectorincludesanultrasoundprobetipandthesurgicalinstrumentisgenerallyconfiguredforconvenientpositioningoftheprobetipwithinasurgicalsitebyaroboticsurgicalsystem.Ultrasoundenergydeliveredbytheprobetipmaybeusedtocut,cauterize,orachievevariousotherdesiredeffectsontissueatasurgicalsite.Invariousembodiments,theendeffectoralsoincludesagripper,forgrippingtissueincooperationwiththeultrasoundprobetip.Thebaseisgenerallyconfiguredtoremovablycouplethesurgicalinstrumenttoaroboticsurgicalsystemandtotransmitforcesfromthesurgicalsystemtotheendeffector,throughtheelongateshaft.Amethodforenhancingroboticsurgerygenerallyincludescouplingthesurgicalinstrumenttoaroboticsurgicalsystem,positioningtheprobetipincontactwithtissueatasurgicalsite,anddeliveringultrasoundenergytothetissue.相關(guān)附圖

公開/公告號US8100133B2申請日2006-06-28發(fā)明名稱Indicatorfortoolstateandcommunicationinmulti-armrobotictelesurgeryandmethodofuse解決的技術(shù)問題Whilethenewtelesurgicalsystems,devicesandmethodshaveprovenhighlyeffectiveandadvantageous,stillfurtherimprovementswouldbedesirable.Ingeneral,itwouldbedesirabletoprovideimprovedroboticand/orsurgicaldevices,systemsandmethods,particularlyforperformingtelesurgicalprocedures.Itmayalsobedesirabletoprovideimprovedtechniquesforcommunicationamongthemembersofatelesurgicalteam,andforinterfacingwiththetelesurgicalapparatussoastomorefullytakeadvantageofthecapabilitiesoftelesurgerytoprovideenhancedpatientoutcomeswithimprovedefficiencies.Itmaybeparticularlybeneficialtoavoidunnecessaryinterruptionsanddistractionsofasurgeonorothersystemoperator,andtoavoiddelaysand/ormistakesinthecoordinatedactivitiesofatelesurgicalteam.技術(shù)方案Medicaland/orroboticdevices,systemsandmethodscanprovideanindicatorassociatedwitheachmanipulatorassemblyofamulti-armteleroboticortelesurgicalsystem.Theexemplaryindicatorcomprisesamulti-colorlightemittingdiode(LED)mountedtoamanipulatormovinganassociatedsurgicalinstrument,allowingtheindicatortodisplayanyofawidevarietyofsignals.Theinventionmayprovideanadditionaluserinterfacetofacilitatecommunicationsbetweenthetelesurgicalsystemand/ormembersofatelesurgicalteam.相關(guān)附圖

公開/公告號US8545515B2申請日2009-11-13發(fā)明名稱Curvedcannulasurgicalsystem解決的技術(shù)問題Tofurtherreducepatienttraumaandtoretainthebenefitsofroboticsurgicalsystems,surgeonshavebeguntocarryoutasurgicalproceduretoinvestigateortreatapatient'sconditionthroughasingleincisionthroughtheskin.Insomeinstances,such“singleportaccess”surgerieshavebeenperformedwithmanualinstrumentsorwithexistingsurgicalroboticsystems.Whatisdesired,therefore,areimprovedequipmentandmethodsthatenablesurgeonstomoreeffectivelyperformsingleportaccesssurgeries,ascomparedwiththeuseofexistingequipmentandmethods.Itisalsodesiredtobeabletoeasilymodifyexistingroboticsurgicalsystemsthataretypicallyusedformultipleincision(multi-port)surgeriestoperformsuchsingleportaccesssurgeries.技術(shù)方案Aroboticsurgicalsystemisconfiguredwithrigid,curvedcannulasthatextendthroughthesameopeningintoapatient'sbody.Surgicalinstrumentswithpassivelyflexibleshaftsextendthroughthecurvedcannulas.Thecannulasareorientedtodirecttheinstrumentstowardsasurgicalsite.Variousportfeaturesthatsupportthecurvedcannulaswithinthesingleopeningaredisclosed.Cannulasupportfixturesthatsupportthecannulasduringinsertionintothesingleopeningandmountingtoroboticmanipulatorsaredisclosed.Ateleoperationcontrolsystemthatmovesthecurvedcannulasandtheirassociatedinstrumentsinamannerthatallowsasurgeontoexperienceintuitivecontrolisdisclosed.相關(guān)附圖公開/公告號US9358074B2申請日2013-05-31發(fā)明名稱Multi-portsurgicalroboticsystemarchitecture解決的技術(shù)問題Aroboticsurgerysystemincludesanorientingplatform,asupportlinkagemovablysupportingtheorientingplatform,apluralityofsurgicalinstrumentmanipulators,andapluralityofset-uplinkages.Eachofthemanipulatorsincludesaninstrumentholderandisoperabletorotatetheinstrumentholderaroundaremotecenterofmanipulation(RC).Atleaston