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

VELYS平臺的技術(shù)來源于強生2018年初所收購的法國私人手術(shù)技術(shù)軟件開發(fā)公司Orthotaxy。在此基礎(chǔ)上，2019年9月強生又收購了手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)公司JointPoint所開發(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，全面接管谷歌子公司Verily的機器人手術(shù)業(yè)務(wù)。那么今天，我們就通過強生積攢的這三塊拼圖，深挖這個匯多方之力打造的新一代VELYS數(shù)字外科手術(shù)平臺。

一、Orthotaxy

2009年Orthotaxy 由機器人企業(yè)家 Stéphane Lavallée 創(chuàng)立，設(shè)計和開發(fā)計算機輔助手術(shù)平臺，Lavallée博士1998年畢業(yè)于法國格勒諾布爾大學(xué)，是醫(yī)學(xué)影像手術(shù)導(dǎo)航、計算機輔助手術(shù)技術(shù)、術(shù)前術(shù)中配準技術(shù)和增強現(xiàn)實術(shù)中應(yīng)用最早的探索者和實干家之一。

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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核心發(fā)明在不同國家和地區(qū)授權(quán)的27項專利。分別針對于膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃、特異性術(shù)中導(dǎo)航和機器人輔助手術(shù)裝置三個方面的問題。

對于置換膝關(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程對原始結(jié)構(gòu)的切削和鏈接設(shè)計。在手術(shù)規(guī)劃的顯示界面中，將三維CT數(shù)據(jù)進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術(shù)前規(guī)劃結(jié)構(gòu)進行調(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，實質(zhì)為擺鋸切割等操作的限位器。而此專利也演化為了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)航方法專利及TurMatch手術(shù)解決方案產(chǎn)品）

Orthotaxy公司的機器人輔助手術(shù)方面有兩項已授權(quán)發(fā)明，分別針對已獲得FDA許可的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)和未來向神經(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。空間中任意平面可以用三個點坐標確定，因此以定位平面所需的機械結(jié)構(gòu)只需要四個自由度確定，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自由度下移動末端執(zhí)行器，實現(xiàn)對規(guī)劃平面的切削。而專利也同時保護了末端擺鋸和末端限位器兩種執(zhí)行器的方案，既可以把持擺鋸移動切割，也可以移動限位器到規(guī)定位置再手持擺鋸切割。同時通過校正矩陣檢測切割平面和規(guī)劃平面之間的偏差，實現(xiàn)閉環(huán)控制。

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（針對確定平面的切割輔助手術(shù)機器人專利）

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，最新的專利為針對脊柱鉆孔手術(shù)，圍繞空間內(nèi)確定目標軸的機器人輔助手術(shù)系統(tǒng)。利用與規(guī)劃目標軸對齊的兩個引導(dǎo)環(huán)確定軸線位置和方向，增加當鉆削執(zhí)行器偏移軸線達到一定角度時則切斷其驅(qū)動的虛擬約束，實現(xiàn)神經(jīng)外科手術(shù)中精準的螺釘置入。

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（針對確定軸線的鉆削輔助手術(shù)機器人專利）

二、JointPoint

2019年9月3日，強生宣布旗下DePuy Synthes與JointPoint公司簽署最終協(xié)議，收購其外科導(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月開始合作，DePuy Synthes達成獨家聯(lián)合營銷協(xié)議。

JointPoint公司在術(shù)中骨盆非侵入性導(dǎo)航問題中有著自身的技術(shù)優(yōu)勢，減少X光透視的使用。僅通過一張術(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位置關(guān)系。其OneTrial?技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)術(shù)前對于患者的特異性關(guān)節(jié)置換結(jié)構(gòu)設(shè)計與術(shù)中導(dǎo)航，輔助醫(yī)生手術(shù)決策。JointPoint公司核心專利的內(nèi)容為通過術(shù)中X光圖像和術(shù)前圖像的解剖特征點配準，利用基準點位置計算髖關(guān)節(jié)模板的各項尺寸數(shù)據(jù)，應(yīng)用于模板的縮放、計算和比較，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JointPoint拓展了VELYS手術(shù)平臺的適應(yīng)癥，將Orthotaxy優(yōu)勢的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)和JointPoint優(yōu)勢的髖關(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路，而強生對于VELYS平臺的目標，至少是包含膝、髖、肩等各個關(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Verily與強生旗下Ethicon宣布強強聯(lián)合，合資成立Verb Surgical，一度被認為是強生向手術(shù)機器人領(lǐng)域進軍的開端。而Verb Surgical則將手術(shù)機器人概念進一步推廣為 “手術(shù)4.0”的智能手術(shù)平臺（Digital Surgery Platform），標志著從開放手術(shù)（1.0）、微創(chuàng)腔鏡手術(shù)（2.0）、機器人手術(shù)（3.0）之后的新一代手術(shù)。

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Verb Surgical提出通過增強影像（Enhanced Visualization）, 智能器械 (Advanced Instrumentation)，醫(yī)用機器人（Robotics），數(shù)據(jù)分析及機器學(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項專利我們也能看得出，其涵蓋了智能化、自動化技術(shù)在外科手術(shù)中應(yīng)用的各個方面。包括機器人主從控制的手柄和界面設(shè)計、手術(shù)工具的庫存管理、機器人輔助手術(shù)的無線接口無菌適配器、虛擬現(xiàn)實腹腔鏡等等各個前沿交叉應(yīng)用。

而對于VELYS平臺，我們可以看到強生在手術(shù)機器人領(lǐng)域的小型化、簡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)之上完成精準的平面切割控制與實時手術(shù)評估，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)后整個治療周期之中的數(shù)據(jù)分析與監(jiān)測，打造全方位的手術(shù)平臺而不是焦距局限于手術(shù)室中的醫(yī)生操作。

（強生手術(shù)機器人戰(zhàn)略布局）

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