從2000年由直覺外科（Intuitive Surgical）開發(fā)第一臺手術(shù)機(jī)器人——達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人并得到FDA批準(zhǔn)以來，手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展到了第四代，提高了手術(shù)的精確性和操作性，并減少術(shù)中出血和術(shù)后感染的發(fā)生。
但到目前為止，幾乎所有的 手術(shù)機(jī)器人都體積龐大、操作繁雜、需要搭建特定的手術(shù)室予以支持。而這對許多醫(yī)院來說，尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)、基層醫(yī)院，都是不小的挑戰(zhàn)。 對手術(shù)機(jī)器人可及性、可達(dá)性的需求，催生了手術(shù)機(jī)器人向小型化、易操作的方向演進(jìn)。
Virtual Incision創(chuàng)辦于2006年，前身是內(nèi)布拉斯加大學(xué)的一個合作項(xiàng)目。公司 打造了一個世界上第一個小型機(jī)器人輔助（RAS）平臺，提供小型且易操作的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)MIRA。近兩年來，Mira的發(fā)展也正式進(jìn)入了快車道。
2020年，MIRA已獲得FDA的IDE批準(zhǔn)，進(jìn)入臨床試驗(yàn)的最后階段。2021年11月，Virtual Incision獲Endeavour Vision和Baird Capital共同投資4600萬美元。8月，Virtual Incision宣布和NASA達(dá)成合作，預(yù)計(jì)在2024年將其產(chǎn)品小型機(jī)器人輔助手術(shù)平臺MIRA送入到國際空間站（ISS），并在國際空間站（ISS）展開技術(shù)演練，以評估其執(zhí)行切割模擬組織和操縱小物體等活動的能力。
Virtual Incision何以實(shí)現(xiàn)如此進(jìn)展？又是如何博得NASA和資本的青睞？小型化是否真的是手術(shù)機(jī)器人的未來方向？
從“火星漫游者”
任務(wù)到手術(shù)機(jī)器人
Virtual Incision聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席醫(yī)療官Dmitry Oleynikov，畢業(yè)于耶希瓦大學(xué)阿爾伯特·愛因斯坦醫(yī)學(xué)院。他是一名活躍于臨床的普通外科、食道外科和微創(chuàng)外科醫(yī)生，擁有超20年的臨床經(jīng)驗(yàn)以及豐富的學(xué)術(shù)成就。目前，Dmitry擔(dān)任RWJ蒙茅斯醫(yī)療中心的外科主任和RWJ羅格斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的外科教授，同時是 美國國立衛(wèi)生研究院、國防部和美國國家航空航天局的眾多聯(lián)邦研究基金的首席研究員，研究總金額達(dá)到1200萬美元。
Virtual Incision另一位聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Shane Farritor博士，畢業(yè)于麻省理工學(xué)院機(jī)械工程專業(yè)，目前在內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校任教。在大學(xué)任教之前，Virtual曾在 肯尼迪航空中心、戈達(dá)德飛行中心和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）學(xué)習(xí)，擁有超過170項(xiàng)專利，發(fā)表了140余篇同行評審期刊。
對手術(shù)機(jī)器人的研究起始于一項(xiàng)Shane在內(nèi)布拉斯加大學(xué)的關(guān)于“火星漫游者”任務(wù)的研究設(shè)計(jì)。在這項(xiàng)設(shè)計(jì)中，Shane和同事們共同搭建了漫游車，并參與了使用太陽傳感器來監(jiān)測漫游車行進(jìn)方向的設(shè)計(jì)。
正是這項(xiàng)設(shè)計(jì)工作引起了美國陸軍的注意，他們希望能夠開發(fā)出幾種不同類型的手術(shù)機(jī)器人，能夠在病人體內(nèi)驅(qū)動，從而降低軍隊(duì)野外作戰(zhàn)時對戰(zhàn)地醫(yī)院手術(shù)的依賴。NASA也希望，能夠研發(fā)出便攜的手術(shù)機(jī)器人以供給宇宙空間中使用，為未來可能展開的長期太空工程做準(zhǔn)備。
就這樣，Shane就從NASA和美國陸軍處獲得了大量資金，開始了對手術(shù)機(jī)器人的研發(fā)工作。
MIRA：全球首臺小型
手術(shù)機(jī)器人，重量僅900克
從2000年開始，Shane和研究團(tuán)隊(duì)做了四十多次的嘗試，不斷對平臺進(jìn)行各種臨床測試，終于開發(fā)出 世界上第一個小型機(jī)器人輔助手術(shù)平臺MIRA。
MIRA平臺開發(fā)出來后，2006年Shane和Dmitry 就聯(lián)合創(chuàng)辦了Virtual Incision，2012年John Murphy加入公司并擔(dān)任首席執(zhí)行官。John Murphy畢業(yè)于倫敦格林威治大學(xué)、芝加哥大學(xué)和亞利桑那州立大學(xué)，獲得計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位和MBA學(xué)位，擁有超過30年在大中型公司的管理經(jīng)驗(yàn)。
MIRA 平臺旨在實(shí)現(xiàn)多象限腹部手術(shù)，目前 專注于微創(chuàng)結(jié)直腸和下消化道手術(shù)，這是美國目前患者增長最快的手術(shù)領(lǐng)域，每年手術(shù)次數(shù)超過40萬臺。
在中國，結(jié)腸癌也是三大常見癌癥之一。但現(xiàn)有微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人配置明顯不足，大部分醫(yī)院的資金又不足以購買更多的平臺。“Mira平臺旨在增加這些患者獲得微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)會，并大大減少必須等待手術(shù)的時間，讓外科醫(yī)生有可能在幾天內(nèi)進(jìn)行手術(shù)。”John Murphy說。
未來，MIRA還將被開發(fā)用于疝氣修復(fù)、膽囊切除、子宮切除術(shù)、袖狀胃切除術(shù)等。
此外，MIRA還 減少了MIS結(jié)腸切除術(shù)所需的切口數(shù)量。傳統(tǒng)的手術(shù)需要在腹部切開4-6個八英寸左右的切口，而MIRA可以通過腹部的單個臍帶中線切口插入，將切口減少為兩個。這樣可以將術(shù)后住院時間從十天縮短為四天，減少相關(guān)費(fèi)用。
提高可用性、提高機(jī)器人
使用效率、降低人員配置要求
WHO公布的全球外科手術(shù)量顯示，全球手術(shù)量達(dá)到每年約2.34億，相當(dāng)于每25人就有一人接受手術(shù)。根據(jù)弗若斯特沙利文的數(shù)據(jù)，全球手術(shù)機(jī)器人市場規(guī)模由2016年的35.81億美元增至2020年的83.21億美元，復(fù)合年增長率為22.6%，預(yù)計(jì)未來將以26.2%的年復(fù)合增速增長至2026年的336億美元。
手術(shù)機(jī)器人能夠幫助醫(yī)生實(shí)現(xiàn)三大功能：創(chuàng)傷小、精度高、感染少。但目前所應(yīng)用的手術(shù)機(jī)器人都存在機(jī)器龐大、效率較低以及耗費(fèi)人力較多的問題。因此，小型機(jī)器人輔助平臺的研發(fā)成為必要。
● 提高可用性
大型機(jī)器的尺寸使得在像門診手術(shù)中心這樣的小房間內(nèi)移動或設(shè)置變得困難，一般只有大型的醫(yī)療中心能夠配備。在我國，全球領(lǐng)先的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人大都在三甲中心醫(yī)院才配備。MIRA的重量僅有兩磅（907克），能夠輕松地將RAS從一個地點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個地點(diǎn)，移動性強(qiáng)，提高了可用度。
● 提高機(jī)器人使用效率
對于大型機(jī)器而言，每一臺手術(shù)都需要重新搭建手術(shù)場景，較長的設(shè)置和周轉(zhuǎn)時間限制了一天內(nèi)可以執(zhí)行的操作數(shù)。據(jù)估計(jì)，MIRA的安裝時間能夠控制在七分鐘以內(nèi)，能夠最大限度的減少RAS的停機(jī)時間來釋放手術(shù)室空間，減少周轉(zhuǎn)時間以治療更多患者。
● 降低人員配置需求
大型機(jī)器的使用需要進(jìn)行專門的培訓(xùn)，其對人員的專業(yè)素質(zhì)有較高的要求，因此工作人員的可用性也有可能會限制其能夠進(jìn)行的手術(shù)量。
MIRA由微型臂、配套推車和控制臺三部分組成。它具有一次性末端執(zhí)行器、雙極抓手和單極剪刀，同時搭載一個帶有攝像頭的可視化系統(tǒng)。攝像頭具有儀器自動跟蹤功能，以保證手術(shù)順利進(jìn)行。MIRA的設(shè)計(jì)能夠360度旋轉(zhuǎn)， 通過系統(tǒng)連接的外科醫(yī)生控制臺的手部控制和腳踏板進(jìn)行控制。在手術(shù)過程中，控制器會過濾掉手部震顫和意外移動。
MIRA微型臂微型臂由無懸掛的單個端口接入，包括一個穿過裝置中心通道的鉸接式集成攝像頭和兩個供給醫(yī)生操作的儀表臂。它具有數(shù)百小時的使用壽命，通過其推薦的滅菌方案可實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。
配套推車是一種輪式手推車，包括系統(tǒng)支持設(shè)配、中轉(zhuǎn)區(qū)和存儲空間。它僅由兩根電纜與其他儀器相連，一根連接攝像頭，一根連接微型臂。
控制臺包括一個大型手術(shù)監(jiān)視器，顯示來自攝像頭、手動控制器、踏板和交互式觸摸屏的實(shí)時視頻反饋。主顯示屏上以高清分辨率實(shí)時顯示手術(shù)環(huán)境，具有自動跟蹤功能的攝像頭也可以進(jìn)行手動控制。搭載一個顯示觸摸屏，提供3D維度的可視化視角。
臨床醫(yī)生可以通過手動輸入設(shè)備操作機(jī)械的運(yùn)動，配備監(jiān)測用戶動作的傳感器，該傳感器只有在監(jiān)測到醫(yī)生的動作與控制器正確吻合時才會開始工作。除了手動控制外，控制臺還配備四個踏板，用于控制抓握、移動攝像頭、左側(cè)器械能量（雙極電灼）和右側(cè)器械能量（單極電灼）。
MIRA將登國際空間站
進(jìn)行技術(shù)演練
探索更廣闊的太空空間、實(shí)現(xiàn)更長時間的太空旅行一直是人類美好的夢想，推動這個夢想的實(shí)現(xiàn)需要多重科技的支持與發(fā)展。為了這個夢想，NASA開始挑選合作對象。
MIRA的開創(chuàng)性靈感就來自于與NASA合作的“太空漫游車”項(xiàng)目。2000年開始，Shane和研究團(tuán)隊(duì)就不斷獲得來自NASA 的項(xiàng)目資金。自Virtual Incision成立以來，一共進(jìn)行了11輪融資，總額達(dá)到1.16億美元。
最近，NASA通過內(nèi)布拉斯加大學(xué)的“刺激競爭研究計(jì)劃”（EPSCoR）向Shane和研究團(tuán)隊(duì)頒發(fā)了贈款，他們希望通過這筆贈款推動MIRA于2024年登上太空空間站進(jìn)行技術(shù)演練，以測試MIRA的廣泛推廣性。
MIRA最初的兩次臨床試驗(yàn)是在南美洲進(jìn)行的，這為MIRA的后續(xù)發(fā)展奠定了方向。去年8月，MIRA第一次人體試驗(yàn)在內(nèi)布拉斯加州林肯市的布萊恩醫(yī)療中心由Michael Jobst博士和Kelly Krier博士共同進(jìn)行，通過一個肚臍的切口完成了右半結(jié)腸切除術(shù)。
“我所有的病例都能夠用MIRA進(jìn)行100%的解剖，”Jobst博士說，“我在五個不同的手術(shù)室中為八名患者做了手術(shù)，而這在大型RAS平臺上是不可能做到的。MIRA有可能將微創(chuàng)手術(shù)的好處帶給更多的患者，這確實(shí)令人興奮。”
在NASA的資助下，MIRA將于2024年搭上國際空間站的順風(fēng)車，在空間站中進(jìn)行技術(shù)演練。在空間站中，MIRA將只占據(jù)一個微波爐的空間，被存放在一個小型的試驗(yàn)儲物柜中，其試驗(yàn)內(nèi)容為切割模擬組織和模仿微創(chuàng)手術(shù)中的其他動作等。
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