產業技術評析

一、醫療手術機器手臂產品定義及範圍
 

機器手臂依據產業類型可以分成服務型和工業型。其中，服務型機器手臂可分成專業服務和家用服務機器手臂，在專業服務中根據應用場域分成醫療、農用、國防等，其中醫療機器手臂可再細分成手術、移送、護理、康復、藥品等用途。本文鎖定在醫療手術機器手臂剖析，從國際大廠近年來的併購案，剖析國際大廠的技術和商業布局，也深入探討各標竿醫療手術機器手臂的技術優勢。
 

（一）國際廠商於醫療手術機器手臂的併購案
 

隨著全球外科手術數量的增加，且專科手術強烈需求的帶動下，加上對於手術的精準治療趨勢，帶動醫療手術機器手臂導入普通外科需求將持續擴大，加上新興材料與科技設備成熟逐漸導入醫療手術場域應用。根據2018 BIS Research報告顯示，2017年全球醫療機器手臂市場規模為50.8億美元，預估2025年達到126.0億美元，2017-2025年複合成長率為12.0%，也牽動越來越多的公司在該領域進行投資和技術研發。其中全球醫療手術機器手臂市場仍以Intuitive Surgical公司市場占比最高，2017年占全球市場約54.4%，主要以Da Vinci手術機器人最多，應用在心臟、胸椎、泌尿外科、婦科、大腸癌、兒科、一般外科及耳鼻喉科等科別。Stryker市場規模第二大，占全球市場的21.3%，主要產品則以人工關節使用的Mako Surgical Arm，前兩大廠商已經占了市場占比的75.7%。有鑑於此，近年來國際廠商採取後進者策略，在此領域積極併購或策略聯盟方式，拓展專科需求和布建關鍵技術(表一)，如2013年Stryker以16.5億美元收購Mako Surgical、2016年Smith & Nephew以2.75億美元收購Blue Belt Technologies以及Zimmer以1.32億美元收購Medtech、2018年Medtronic以16.4億美元收購Mazor Robotics，皆是為了取得醫療手術機械手臂的核心技術與專利，例如多軸機械多軸自由度(Degree of Freedom, DOF)手臂所涉及的馬達、編碼器、減速器等零件設計，電控箱和驅動器等微型化機構設計(表二)，以及手術前應用3D視圖技術和軌跡導引、手術中高清(HD)及3D影像及動態導航功能、人機協同介面(interface)、甚至加入觸覺回饋(haptic feedback)和消除震顫(tremor filtration)。尤其醫療大廠併購醫療機器手臂後，也有助於整合醫療耗材和植入物等醫材產品，提供客戶整體解決方案(total solution)服務，甚至因為導入醫療機械手臂後，進一步搭配開發新的關鍵零組件和新穎醫療器材，讓產品更加優化，解決原先臨床痛點和不便利性，讓國際廠商可以從上至下游的醫療器材開發和設計，結合醫學影像的演算法和系統整合應用，築起了技術門檻，增加後進廠商的競爭門檻。同時，藉由外部併購使市場持續成長，轉守為攻，紛紛靠併購與結盟擴大市占率，朝跨領域、跨行業、跨市場發展，構築市場排擠性門檻。
 

註: N.A.表示並無公開資料
資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2019/09)
 

醫療產業供應鏈相對封閉，如果沒有長期配合，市場門檻較高，也讓許多擁有核心技術的廠商紛紛選擇被國際醫材大廠併購。值得注意的是，2019年在醫療機器手臂的併購案更是風起雲湧，以影像導引手術技術、放射治療及數位化手術室整合系統為優勢的BrainLab公司，收購Medineering的Cirq醫療機器手臂，將核心影像診斷和導航技術結合手臂優勢，針對顱骨外科和脊柱外科手術中的應用。無獨有偶，診斷治療影像、實驗室診斷及分子醫學等技術的標竿廠商Siemens也於2019年收購Corindus的CorPath GRX醫療機器手臂，針對經皮冠狀動脈介入治療(Percutaneous coronary intervention, PCI)，採取主動導引管理，可以從控制台控制導絲、球囊或支架導管的醫療機器手臂。另外，Johnson & Johnson也於2019年收購Auris Health針對周圍支氣管鏡檢查的SenseiX產品(表二)，該產品其核心技術為Sensei機器人導管系統、Artisan擴展控制導管、CoHesion 3D影像模組、Magellan機器人系統等。值得注意的是，Siemens和Johnson & Johnson這兩件併購案涉及將遠距遙控機器手臂搭配感測器技術，執行遠距遙控搭配即時2D或3D圖像處理術中影像系統，進而執行導絲、導管等醫療器材推進或生物取樣檢體，牽涉到微型電動機(三個可控致動器:推送執行器、旋捻執行器、導管調整裝置等)和力反饋裝置和感測器(導管尖端與血管壁的接觸力/導管整條與血管壁的摩擦力/血液對於導管的黏性阻力)的壓電力回饋感測，藉此模擬醫師的手感經驗等遠程導管操縱器(Remote Catheter Manipulator)成為重要趨勢。
 

（二）國際廠商布局新穎醫療手術機器手臂
 

過去三年中，國際上許多積極布局醫療手術機器手臂市場的公司，包括CMR Surgical、TransEnterix和Medrobotics (表二)，已通過公開發行或私募股權配售籌集資金，CMR Surgical分別於2016年和2017年的A輪融資(Series A Financing Round)分別取得2,020萬和2,600萬美金的資金，以及2018年的B輪融資中取得1億美元的資金。2017年TransEnterix私募股份籌集520萬美元。另外，Medrobotics從2007年的種子資金(Seed Financing)，2008年的創業投資基金(venture capital fund)，幾乎每年都在進行融資，一路從A輪融資到2014年的F系列(Series F)風險投資中籌集了2,000萬美元，直到2017年籌集了2,000萬美元的融資費用和2018年的2,500萬美元的風險投資。
 

CMR Surgical公司推出的Versius手術機器手臂系統(Versius surgical robotic system) (表二)，該系統整體體積為獨特小尺寸，可以舒適地安裝在手術台周邊，而且設計了3個獨立的機器人手臂，讓Versius易於設置，拆卸和重新配置，因此設計便於攜帶，易於安裝及其靈活性是此套系統最大的賣點，主要是因為 Versius的設計採用模組化設計，移動式的獨立手臂安裝在自己的推車上，這允許系統在不同的手術室之間移動，因此主打的賣點是可以提升醫療手術的使用效率、增加實際使用的次數，而且成本考量上醫院也較負擔得起。另外，Versius手術機器人，採用七度自由度的機器人手臂，通過在手臂和手腕上添加額外的關節，使執行操作時方便，同時在手臂上複製了一些機械裝置，使外科醫生在操作時具有直觀感。同時搭配3D攝影鏡頭和匹配的螢幕、眼鏡，可以在病患身體內部提供3D影像。根據手術進行和醫生的偏好，可以坐著或站立執行此套系統，可以應用在不同的場域環境，並且針對目前醫療上的需求提出創新或實質的解決方式。通過在每次操作後存儲數據，系統還將使外科醫生能夠於手術後，可以精進他們的技術，並反饋給外科醫生作為下次執行的參考和改善。
 

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2019/09)
 

TransEnterix公司的手術機器手臂系統Senhance，不僅已在2017年取得FDA認證，2018年10月也取得CE認證，Senhance 系統的光學感測器讓外科醫生能移動鏡頭(透過眼鏡和配合的3D監控)，並以眼球運動來選擇指令(相機系統能跟隨醫生眼睛移動聚焦視野)，並提供觸覺回饋，進而在手術過程根據儀器壓力和張力帶來觸覺和感覺，方便醫生觀察手術視野過程的彈性和敏捷性(表二)。Senhance這套系統每支手臂採取獨立作業系統，可以讓採購醫院自由選擇購買的台數搭配使用，另外，主打可以跟腹腔鏡手術搭配使用，讓手術機器手臂可以跟現有的腹腔鏡設備結合，打破手術機器手臂綁住特定耗材專屬配備的侷限性。
 

Medrobotics公司的手術機器手臂系統Flex，已於2014年取得CE認證和2015年取得FDA認證，主要核心技術開發朝向單孔手術平台應用(single-site (SP) surgery platform)，非單一切孔腹腔鏡手術(Single Incision Laparoscopic Surgery, SILS)，甚至朝向利用人體生理管道(如鼻腔、肚臍等)實現自然孔道執行專科需求，如用於經口耳鼻喉科手術的鼻咽喉手術，以及結腸直腸手術。Flex手術機器手臂系統具備能夠深入狹窄的身體組織，進行機構變形和機電整合的設計，包含多關節可轉動的「機器手腕」和靈活的2D畫質鏡頭，能在狹窄的手術空間內執行複雜的手術所需具備的遠端三角測量等整合技術，兼具直觀操作方式，可以降低醫師學習曲線，並同時便於移動方便和裝置簡易的優點(表二)。
 

二、結論:產業及技術發展趨勢
 

目前全球醫療生技產業的現況來觀察，整併潮似乎持續擴大當中，達到市場大則恆大的趨勢浪潮，這樣的整併潮並不是因為產業前景不好，而是對於企業為擴張其組織能力或營運能力，甚至是與取得關鍵技術和專利所採取的商業行為，藉由彼此的應用市場或產品別可以互補，並且有共同的發展方向，是個「互利共生」的結構，甚至是通路壟斷的策略布局。醫療手術機器手臂領域也是如此，國際大廠除了透過整合現有核心技術能量，不論是影像診斷或導航系統、亦或是醫療耗材和植入物等醫材產品，提供客戶整體解決方案服務，從影像導航醫療機械手臂前，建立手術導航的地圖，會涉及到不同影像系統的融合和影像疊合至病人的準確度，精準地控制多軸機械手臂，達到手術植入的精密度與準確度的提升，其中所涉及多項醫療機器手臂的核心技術。另外，也可以看到後進廠商朝向模組化機械手臂設計、微型化機構設計(如:機構設計的輕量化、模組化、懸吊式)。另外，達到兼容現有的腹腔鏡器械和專科醫師喜好的器械相容性等設計，同時導入新穎技術開發的關鍵技術，如觸覺回饋、眼動追蹤相機、單孔手術平台應用的醫療機器手臂所需要的機構變形和機電整合的設計等，但仍需注意以不大幅度改變現有的手術醫療流程和醫師使用的習慣性，降低導入手術室應用的門檻和醫師的學習曲線，設計開發以符合人體工程學的機構平台為概念，才能真正提供醫療手術的需求和痛點的解方。
 

另一方面，積極布局遠程導管操縱手臂的廠商，如Siemens、Johnson & Johnson和Intuitive Surgical等，開發遠程導管操縱手臂所需要的核心技術，除了醫療手術機器手臂的微型電動機、壓力觸覺回饋感測與光纖感測器技術，還牽涉到計算機反饋迴路(伺服馬達和位置編碼器)等設計開發，都會進而帶動新的關鍵零組件和新穎醫療器材的開發設計，讓產品更加優化，解決原先臨床痛點和不便利性，讓國際廠商可以從上至下游的醫療器材開發和設計、醫學影像的演算法和系統應用技術，築起了技術門檻。同時，藉由外部併購市場持續成長，構築競爭門檻，轉守為攻，紛紛靠併購與結盟擴大市占率，朝跨領域、跨行業、跨市場發展，相信未來幾年此產業及技術發展趨勢值得持續追蹤注意。
 

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)