国产替代魔咒：达芬奇、资本海域和时代机遇

2015年秋的某一天，80岁的外科医生Herbert Dardik在手术过程中睡着了。

主刀医生不是他，而是一名更年轻、同时经验更少的医生。医用手套下的手指紧绷、没有皱纹，轻盈划过各类刀器和病人静脉上的斑块。

角落里的Herbert静静地看着手术室里一切飞舞的运动。他是美国临床血管外科的学科奠基人，在这座医院工作了近半个世纪。

如今，他只能作为一座让患者安心的荣誉雕像，负责旁观手术全过程——因为太过无聊，老人最终败给了睡魔。

尽管Herbert的专业知识、经验、判断，仍在他的头脑里活泼自如，但院方对他的身体耐力与双手灵活度已经下达了死亡判决——

外科医生们在经过半辈子的职业训练和大浪淘沙后，在马拉松的终点，等待他们的是年龄所带来的身体机能衰退。

手术机器人的出现，为外科医生延长了至少十年的职业生命。

阿西莫夫机器人法则*条：“机器人不得伤害人类，或因不作为而让人类受到伤害。”——听上去非常像希波克拉底誓词，而后者是所有医生烫在心底的职业圣经。

在机器人能够代替执行各种手术微操后，医生们可以坐在控制台前，更舒适、长久地指挥整个手术流程；同时，机器人手术的创口更小，能有效避免术后并发症。

手术机器人正在保护着所有被拯救的和实施拯救的人类。

手术机器人可以按照应用科室被分为：腔镜类、骨科类、血管介入类、神经外科类等。其中，腔镜手术机器人是商业化最成熟、技术集成最复杂的一种。

人体的体腔迷宫内器官密匝，血管纵横，传统手术方式常常具有较强破坏力，因此需要机器人的精细灵动。

一家名为“直觉外科”的公司，因此契机横空出世。它的腔镜手术机器人产品“达芬奇”——外形如同白色的金属蜘蛛，很快盘踞在世界各地的手术室里。

从1999年达芬奇面世至今，这只蜘蛛的巨卵已经孵化出700亿美元的市值，在医疗保健版块排名世界第二。

2021年，中国手术机器人的市场规模达到80亿元，其中腔镜类占75%。然而，面对这片神秘的资本海域，国产企业只能兴叹——

妙手、图迈等两款已上市的国产腔镜类手术机器人，面临着卖不出去的尴尬处境；反观贵了一倍的达芬奇，却在去年被纳入了上海医保——国产机器人和达芬奇之间如此之大的市场落差，要靠什么来填平？

立方知造局从各方相关人士处了解到：目前，达芬奇依然是几乎所有正在研发阶段的国产腔镜类手术机器人的对标，算法设计、模块研发、以及器械组成结构都绕不开对达芬奇的模仿；

然而，在高端医械的选拔赛里，向来遵循着“学我者生，似我者死”的淘汰法则，也永远不会有iPhone致富华强北的山寨神话。

达芬奇之于腔镜手术机器人，如同iPhone之于智能手机。它们都单刀单枪辟出一条新路，立起一块块指路牌；但同时，又以严格的专利保护、强劲的先发优势、老到的市场经验，在新大陆的边界贴满了“生人勿入”的告示。

本篇文章要做的，就是先来看看使达芬奇成功的精髓是什么，再来分析国产腔镜机器人该如何对其进行吸纳和补充。

其中要解答的问题包括：

为什么说达芬奇的成功要穴在临床？

为什么说国产手术机器人对达芬奇的模仿式追赶很难有出路？

为什么国产化一直行之有效的“价格优惠券策略”，在手术机器人领域可能失效？

4. 为什么说达芬奇受限时代技术的遗憾，可能是国产化的出路所在？

而这些问题，都将导向同一个推论的目的地：

达芬奇善于把握当下的临床脉搏。然而，先行者的时机得当，倘若被后来者模仿，就会因滞后变得拙劣许多。

因此，与其瞄准达芬奇——这一时代与临床的中间产物，不如直接瞄准时代中的隐藏富矿。

01、达芬奇：*的王冠是临床

1981年，三个从西雅图湖畔中学毕业的年轻人来到了人生的十字路口。

其中两位：比尔·盖茨和保罗·艾伦为IBM开发了操作系统软件MS-DOS，从此让微软在圈内一炮打响；另一位弗雷德里·摩尔——此时在弗吉尼亚梅森医疗中心实习的年轻医师，被工作时的一个细节所吸引：妇科手术时切割工具造成的创口之大，在他看来有一种落后时代的反常。

上世纪八十至九十年代，正是一个计算机、运动控制、软件设计大展宏图的时代。至此，摩尔离弃了原本做一名外科医生的规划，决定探索机器人实行微创手术的可能性。

这就是直觉外科的创世纪故事。简单来说，就是利用彼时数控工程科技的天时地利，来创造医学应用的人和。

在某种意义上，医疗科技的产品研发，一直充当着等风人的角色——从四面八方吹来的技术流动的空气，必须经过一定时间的交汇、融合、扩大，才能强劲地托起一款新产品。

医疗场景下能够借用的技术，每个都已经在其它行业里得到了长足的发展；然而，彼此在临床上的适配程度，才真正决定了借用的成功与否。

比如微创手术在妇科的应用，在上世纪80年代才逐渐兴起。而在此之前，50年代光学传递系统和光导纤维的突破，已经让内镜技术趋于完备。

腹腔镜微创手术之所以滞后了三十年，主要由于当时手术器械多使用高频电中的单极电凝，极易发生电灼伤事故。1977年后，随着双极电凝手术器械被应用于手术，微创方法才被妇科以及其它科室广泛接受。

在八十年代，无论是内镜显像，还是单双极电凝，都不是当世的尖新科技。由此可见，医学技术推陈出新的关键，不是石破天惊的技术爆炸，而是被临床验证为合适与和谐的长治久安。

让我们看回达芬奇和腔镜手术机器人。

达芬奇模式下的腔镜类手术机器人由三个部分组成：

机械臂——在末端装有不同的手术器械，并通过精密运动为患者动刀；

控制台——医生在上面做出手术动作，再由数字系统解析给机械臂；

成像系统——通过内窥镜将手术画面反馈至显示屏。

你可以将手术场景想象成一场皮影戏：傀儡师（控制台）操纵纸偶（机械臂），一举一动都呈现在隔亮布（成像系统）上。

腔镜手术机器人组成部分 制图：立方知造局

这三个部分，分别对应着三种技术迭代，以及借此解决的三处微创手术的临床痛点。

机械臂：在传统的微创手术中，手术过程对人体组织施加的动作不精细、压力不稳定。达芬奇的机械手腕Endowrist，拥有7个自由度，同时可以滤除不必要的颤抖——这主要和精密运动的技术升级相关。早在1985年，工业机器人就已经可以以0.05mm的精准度进行立体定向脑部活检了。

控制台：在传统的微创手术，医生面临着极大的人体工程学的挑战。其中包括手指灵活性有限、体力消耗等。达芬奇的控制台可以让主刀医生采取坐姿进行系统操作——这得益于90年代计算机技术的强势发展，相关硬软件的迅速迭代，使得人机交互体验不断提升。

成像系统：在传统的微创手术中，助手操作的窥镜转动角度有限，造成了一定的手术盲区，并且只能提供二维的手术视野，放大倍数在3-5倍左右。而达芬奇的成像系统将手术视野放大10-15倍——这主要和机器人视觉系统（包括摄像机、图像采集卡、图像分析软件）的升级有关。

在技术通用的时代，这些手术机器人涉及的技术就如同棋篓里的黑白子：取出来容易，怎么摆才难；而在临床这盘棋上，达芬奇贵在能比他人多想一步。

一名常年接触手术机器人领域的投资人向立方知造局透露：在一家国内腔镜机器人的研发阶段，众人曾觉得达芬奇的集成式设计不符合模块化、轻量化的理念。笨重的机械臂塔悬停在病人上方，对不论是拆卸还是承重都造成了一些麻烦。

团队据此进行了一些改进设计：比如把四个机械臂拆放在手术台的旁边——然而，实际的临床操作反馈：这对外科医生及助手的工作反而会造成行动阻碍。

再比如：国外一家手术机器人公司CMR，机器臂的腕部设计是把器械固定在关节结构上，但在临床中，这并不利于术前消毒以及机械拆装。

所以说，由于临床思维的缺乏，一些想要突围的团队，绕着绕着还是走回了达芬奇。

当然，树欲静而风不止。这几年，达芬奇也根据临床反馈随风而动，一直在产品设计上推出符合市场期待的产品。

达芬奇机器人在1996年推出了*代机型。十年后，直觉外科推出第二代达芬奇S。

为了赢得*批客户，新机型将重置步骤缩减了一半。同时，病人台车上的机械被设计得自由度更低、但结构更简洁轻量——由于当时市场知名度低，“机器人用起来放不方便”比起“机器人能做到什么程度”显然更加关键。

2009-14年，第三、四代达芬奇Si和Xi相继出炉——

此时，直觉外科所在的是一个比三年前成熟得多的市场，医生对机器人的标准也趋于严苛。

一些缺点被反映为：机械臂间易摩擦、对接时间长等。直觉外科因而为达芬奇增加了更多的机械关节——让机器臂运行更顺滑；机械外形被设计得更窄、更长、更易旋转——可以减少控制台在机器对接时的等待时间。

2017年，第五代达芬奇X推出——

这时达芬奇已经在业界树起良誉，接下来要考虑的问题就是如何让更多医疗结构接受手术机器人这种高端医械。因此，为了有效降低产品的高昂售价，X牺牲了高端模型的一些多功能性，例如在身体多个部位执行程序的能力。

2020年，直觉外科将下一次的产品重点放在了降低成本上——

新版本产品将原本10次的耐用度提升到12-18次，为客户提供性价比更高的仪器。

可以说，达芬奇的迭代动力一直依据临床反馈和市场定位，在便捷度、精密度、以及价格吸引力间见势游走。

对于手术机器人这一行业而言，直觉外科凭借达芬奇建立了黄金三角的循环：用产品吸引市场；用市场积攒临床反馈；用临床反馈改进产品。

如今，由于直觉外科巨大的商业成就与行业价值，摩尔被称为“机器人领域的比尔·盖茨”。

然而，和那位青年成名的校友先破后立的创业风格所不同，医师出身的摩尔运用行业经验稳步徐行，在最合适的时间抓住了医工融合的时代机遇。

这也是达芬奇的成功经验：让风再吹一会儿。

02、被垄断的习惯、被压制的价格战

2011年，中国手术机器人创业者何超赴美国约翰·霍普金斯大学访学。

和想象中不同的是：国外科研人员在设计手术机器人时，所使用的单一技术远没有中国先进，其中不乏十几年前的老货。

早在两年前，何超的团队就做出了*台腔镜手术机器人的样机。然而，临床应用却迟迟无法实现。这次访美经历让他更加明白：从技术突破的光源，走向技术产品的光明地带，中间还隔着一条深不可测的幽暗隧道。

何超母校——天津大学研发的手术机器人 图源：天津大学官网

技术突破相对容易，是因为机械问题可以曲线解决。

对于资深的工程师而言，同等的功能可以依靠技术专利不同的方式进行实现。

比如，达芬奇的技术专利之一，就是用来解决不动点问题的平行四边形原理——这种控制约束的功能还可以通过软件方面来解决，所以对其他厂商的限制度不是很高。

而在这条隧道里，真正难以通行的原因在于那些和临床绑定的专利。

达芬奇的技术专利和临床应用无比贴合；为了避免侵权，其他公司在研发产品时只能放弃那些符合医生使用习惯的设计。

首先，达芬奇的产品一开始就打中了人体工程学的靶心。

比如：为了实现放大的功能，达芬奇的设计可以让镜头靠近眼睛，就像看报纸一样；而其他公司为了规避这个技术，会选择将身体往前移动。虽然实现了同样的效果，但是不符合人的行为习惯。

其次，达芬奇还在不断地塑造医生的使用习惯。

达芬奇在中国的手术室完成了跨代际的飞速扩张。达芬奇手术机器人进入中国十多年完成了*10万例手术量，而第二个10万例只用了两年半。

如今，一些年轻的中国外科医生甚至跳过了部分腹腔镜手术的学习，直接学习操作达芬奇机器人。一名医生将其比喻为：“如同新司机直接学习自动挡汽车的驾驶，而跳过了手动挡。”

因为系统结构复杂、精细，因此手术机器人公司需要对操作医师进行专门的培训和考核。为此，直觉外科和国内行业巨头复星医药成立了合资公司直观复星。

去年，直观复星达芬奇创新中心在浦东正式成立，预计每年可为约4000名医疗专业人士提供达芬奇外科手术系统及机器人辅助手术的学习和训练。

可以说，达芬奇锁死的并不是某一项尖新技术，而是医生使用手术机器人的临床模式。

单一技术的差距，就像何超所观察的那样：可以被迅速抹平；

合成技术的差距，从刚起步时的5-10年，也会随着2018年达芬奇部分专利的到期更快到来；

但是，在以临床为中心的设计理念上，达芬奇就像是自带背景音乐的主角——在他自己写就的乐章里演出，总是能比别人更好地踩准节奏。

对于其它参演者而言，此时贸然模仿，不如换带切歌。

改变游戏规则的一个方式在于：让产品变得更加便宜。达芬奇2000万元一台的售价，确实吓退了不少医疗机构。因此，不少企业希望靠价格优势打乱达芬奇垄断的节奏：有海外企业将同类型产品定价在300-400万元， 而国产机器人妙手的售价定在了达芬奇的一半左右。

价格，确实一直都是被写进国产化教科书的高亮词。在电动汽车领域，上汽和比亚迪靠着低价入局，包揽了全球销量排名的第三、四名；中国的太阳能板也因为相较于美国23%的价格优势等原因，实现了光伏领域的弯道超车。

在制造业的大部分领域，如果产品的功能和质量能达到龙头标准的70%，那更便宜的价格就会创造出不错的销量。

然而，对于手术机器人这一产品而言，价格是市场接受的次级因素。

*层原因很好理解：用在人身上的东西，差之毫厘，谬以千里。即使是1mm的精细度差异，也无法靠价格优势盖过去。

第二层原因在于：在目前的中国，像腔镜手术机器人这样的高端医械，*试用的对象主要是大城市的三甲医院以及各科室的学科带头人——在他们的标准里，器械的*质量一定远远比性价比重要得多。

更何况，好的腔镜手术机器人也能为医院迅速创收。

比起传统手术，使用手术机器人的手术要贵3-5万元。患者的创伤小,恢复快，床位周转率提高：比如冠脉搭桥手术可以从1-2周出院，快进到3-5天。医生的工作效率也提高了：比如胰十二指肠切除手术，之前十几个小时的手术时间可以缩短一半。

综合来看，医院对于手术机器人的天价投资，大多一年可以回本。

同时，手术机器人的价格和市场，是一个先有鸡还是先有蛋的问题。

2020年，耗材类收入占直觉外科总收入的56%。机器人的机械臂是一种高值耗材，使用时临时安装到机器人上，而每条机械臂有使用次数限制，10次后便不能继续使用。机械臂的价格大概每条10万元。

而耗材的增长，建立在机器人设备的大规模保有基础之上。先有设备的普及，再有耗材的普及。

达芬奇机器人一条持续向下的设备收入占比曲线和一条持续向上的耗材收入占比曲线，用了差不多10年两条曲线相交，达到各占一半收入的状态。

也就是说：达芬奇可以在设备上降价，因为凭借着88%市场占有率的底气，靠耗材就能赚钱；而对于国产厂家来说，在市场占有率几乎为零的条件下降价将会是危险的：没有耗材收入，公司如何支持下一代产品的研发和推广？

对于国产企业而言，价格战依旧是一张有力的手牌，只是打出来的时机有待商榷。在产品过硬、市场成熟之前，鲁莽出击反而欲速不达。

属于达芬奇的优势还在不停歇地扩大着。多年积累的临床敏感度让它牢牢抓住了医生们现在及未来的手、眼、心；同时，优秀的产品质量和*的市场地位，也让它在未来比中国厂家更具降价的资本。

二十年前，摩尔在一片空旷大地上，可以做一个耐心的等风人；二十年后，中国的手术机器人创业者们必须更快捕捉风向。

从美国回来以后，对国产手术机器人前景感到迷茫的何超出走中国空间技术研究院，埋首于空间机器人的研发。

一年后，当他归来时，来自远方的阵风已经不安搅动。

03、时代的阿克琉斯之踵

敌逢强手，重在拆招。

达芬奇的先手，已经为这盘棋定立了格调，开创了制式。如上所述，它所绑定的临床应用的优势，让国内手术机器人制造商望尘莫及；然而，这不代表它没有纰漏：它的阿克琉斯之踵，就在于那些过去时代力所不逮的临床需求——那些当年没等到的风。

医界呼声强烈、而达芬奇给不了的，首先就是力反馈系统。

力反馈系统，指的是器械末端的力传感器，能够不断感受、模拟、和传导作用于组织上的力，使得医生能够在真实的互动感中调整操作力度。

在十年前达芬奇创出江湖天地时，这种力反馈系统的发展是一片沙土。因此，达芬奇的早期机型，在手术时基本无法判断组织的质地、弹性、有无搏动等性质。

也就是说，通过达芬奇，医生在手术时只可以通过图像观看组织形变，根据经验估计自己撕扯组织的力道。

这就好比游戏打怪：你没法根据手柄的震动强度来判断招式强弱，只能根据怪物血条掉了多少来暗自盘算。

手术机器人上缺乏力反馈系统，造成的就不只是手感问题了。实验显示：缺失力反馈系统，会使手术机器人对患者具有潜在损伤性。

手术机器人需要的力反馈精度高、幅度小，因此只能通过极其精细的制造工艺，或是另辟蹊径的技术路线来实现。

力反馈装置不如主从遥控、三维成像一样，具有多个行业的应用经验和产业规模。即使十年间力反馈技术本身已有很大长进，达芬奇在期间的产品更新中依然选择不用。

在综合了成本和实现难度后，公司还是选择相信自己拔尖的视觉反馈系统——这就好比游戏的优化出色，画面没有延迟，打击感什么的都可以是浮云。

达芬奇可以嫌风不够劲。而赶超者们选择自己成全自己。

当这场医工融合的时机并不那么水到渠成时，工程领域就必须要拉医疗应用一把：达芬奇在临床经验上的优势，其它企业可以趁此靠着制造水平和另类技术开起的小灶进以赶超。

日本因此率先脱颖而出——希森美康背靠川崎重工，两者共同开发的腔镜手术机器人Hinotori，其基本构造与动作与达芬奇类似，却具有达芬奇缺乏的触觉传感和触觉再现功能；

新创企业Riverfield也有东丽机械的合作支持，产品Emaro改变了达芬奇电动马达驱动的设计，采用气压驱动机械手臂提供触觉反馈，在减小摩擦力的同时，还节省了精密马达的成本。

中国在精密机械的制造工艺上，没有川崎、东丽这样的工业大佬作保；但也有机器人产品争取在技术路线上不落人后。

达芬奇在关节控制上采用的是丝传动控制的方式，但是在丝上放置张力传感器十分困难。国产机器人图迈的力传感器主要利用的是敏感元件：获取套管的变形信息，然后用外围模块测量接触力的应力、位置、方向。

然而，捕鱼人一多，力反馈系统的鱼塘也快要枯竭了。

2011-2017是手术机器人力反馈专利的申请爆发期，2017年后专利获批数量大幅下降，意味着该方向技术基本已被先入者占领。

目前，正是这些专利完成产品化的收尾阶段，未来能不能和达芬奇一样手握关键技术，就看谁的设计能最漂亮地落地。

全球历年力反馈专利申请与已授权数量 制图：立方知造局 数据来源：君联资本

和力反馈系统一样，用在手术机器人上的5g技术也是达芬奇落在过往时代中的一滴眼泪。

直觉外科脱胎于由美国国防部资助的医疗科研项目。几位创始人都因为同一个任务被军方召集到一起：让*的外科医生通过卫星网络，为身处异疆战场上的伤员们做手术。

后来这个项目不了了之，创始人们转向了微创手术的创业——放弃的原因在于：当时的卫星通讯虽然范围广，不受地理环境和恶劣天气的影响；但传输时延较长，约为单向125-250毫秒之间。

对于医生来说，其间的时间差会造成缝针、切除等动作的极大变形。

2001 年，纽约的外科医生使用和达芬奇同世代的手术机器人宙斯，对法国斯特拉斯堡的一名患者进行了*次跨大西洋手术。

通过高速光纤，信号传输时延约为155毫秒——这样的数据并没能打消人们对于远距离手术安全性的顾虑，高昂的通讯成本却彻底打消了业内的商业化愿景。

受制于通讯技术的瓶颈，手术机器人的远距离操作尝试只能到此偃旗息鼓。

而这颗遗珠，随着5g技术的到来，也许将一扫蒙尘。2019年9月，中国首例自主原研腔镜手术机器人妙手辅助5g远程手术，网络时延50毫秒，是当年的三分之一。此后，多台5G手术时延均控制在30毫秒左右。而在未来各省市确定性网络支持下，一台远程手术时延在5-6毫秒之间。

目前，我国已完成的最远距离机器人手术连线了江苏和新疆，直线距离4800公里。

达芬奇依然不会参加这场远程技术的革新者聚会——*的原因在于：与中国相比，美国5g的推出速度比较慢。

5g不是实现远距离手术的*解，但确实是*、最容易实现的。

比如加州大学圣地亚哥分校的一个研究团队，正在研究增强现实（AR）系统，该系统可以预测器械在移动之前应该去哪里，这样外科医生就可以实时监测器械位置，而不会受到延迟的影响。

像这样的远距离机器人手术目前还只停留在实验室里，只有我国的5g手术机器人，已经走出高校，流入市场。

由于手术机器人系统本身价值较高，导致医院不会频繁更换，因此对后来的机器人企业来说：必须和先来者的客户群体微妙错开，否则始终抢不过饭碗。而带有远距离操作功能的手术机器人，瞄准的正是居住在非一线城市、但具有机器人微创手术意愿的患者群体。

手术难度越高，手术机器人的作用就越大。对于像前列腺癌根治术这种常常引发术后并发症的手术，手术机器人能够有效降低术后尿失禁、性功能障碍的可能性。

——面临如此风险，即使是二三线城市或农村的普通家庭，希望自费进行机器人手术的也一定大有人在。

跨地手术的舟车劳顿下，是地域医疗资源的天平倾斜——这些都是达芬奇无能为力之事，而在未来将有可能在中国通过5g的方式解决。

由上述的力反馈系统和5g技术可见：腔镜手术机器人突围临床优势的武器，还得从临床需求的模具里淬炼。即使是时代技术大熔炉里蹦出的一点火星，也可以被引燃扩势、为我所用——这也就是提升武装的*机会。

04、尾声

2014年，何超最后还是选择回到那个他学生时代就向往与专注的领域——手术机器人。

他加入了微创医疗机器人团队。七年后，他又以公司掌舵人的身份，见证了微创在港交所的上市。

在呈交证监会的招股书上，正处于研发阶段的公司在2019年-2021年的亏损净额分别为0.7亿元、2.09亿元及2.43亿元。因此，上市*天发生的事情并不让人意外：当日*报价一度跌破了招股价。

直觉外科的首席执行官Gary Guthart曾这样解释腔镜手术机器人对医生的意义：你可能是你所在领域的勒布朗-詹姆斯，但不是每个篮球运动员都是勒布朗-詹姆斯。

而就算是詹姆斯，也会有伤病、有滑坡、有众人非议的时候。

同样的道理也可以用以理解腔镜手术机器人企业与国产化之路：达芬奇作为业内詹姆斯，在关于它的光辉故事中，隐去了那些它早年的研发波折，隐去了它在巨量临床经验中积累的成长曲线，也隐去了它受困时代的遗憾与弱点。

而作为后来者的国产手术机器人，就像是每个资质普通的篮球运动员：它需要时间去学习业内标杆，也需要魄力去打出自己的风格。

今年2月，微创图迈获得国家药品监督管理局的上市批准，成为*一款由中国企业研发并获准上市的四臂腔镜手术机器人。同时，中国的手术机器人市场还在高速增长，年增长率超过70%。

尽管国产品牌在实现批量贩卖和装机之前，还要走一段很长的路；但相较于未来手术机器人所造益的巨大价值而言，我们付得起等待的时间。

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