文章来源：思宇医械观察
作者：梁晨迪
正文字数：2833字
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年初医疗机器人领域的头号新闻当属强生推出了新一代骨科手术机器人VELYS。2021年1月19日，强生旗下DePuy Synthes公司宣布，其机器人辅助骨科手术平台产品VELYS已获得美国食品药品监督管理局（FDA）510（K）许可，批准用于全膝关节置换手术。强生公司正致力于将VELYS平台打造成跨各种外科专科的互联、集成的整套数字医疗生态系统，而机器人辅助解决方案只是其中的一部分。
VELYS平台的技术来源于强生2018年初所收购的法国私人手术技术软件开发公司Orthotaxy。在此基础上，2019年9月强生又收购了手术导航技术公司JointPoint所开发的骨盆手术导航软件。2020年又将此前和谷歌合作创办的Verb Surgical剩余股份收购，全面接管谷歌子公司Verily的机器人手术业务。那么今天，我们就通过强生积攒的这三块拼图，深挖这个汇多方之力打造的新一代VELYS数字外科手术平台。
一、Orthotaxy
2009年Orthotaxy 由机器人企业家 Stéphane Lavallée 创立，设计和开发计算机辅助手术平台，Lavallée博士1998年毕业于法国格勒诺布尔大学，是医学影像手术导航、计算机辅助手术技术、术前术中配准技术和增强现实术中应用最早的探索者和实干家之一。
（Orthotaxy创始人Stéphane Lavallée）
我们深入研究了Orthotaxy公司目前拥有的四项核心发明在不同国家和地区授权的27项专利。分别针对于膝关节置换手术的术前规划、特异性术中导航和机器人辅助手术装置三个方面的问题。
对于置换膝关节的植入物术前规划，依据术前CT扫描的三维模型分析，测量解剖结构的尺寸，从而以此选择所替换植入物的尺寸及其植入过程对原始结构的切削和链接设计。在手术规划的显示界面中，将三维CT数据进行虚拟的二维透视变换，形成伪透视图像（二维）。而医生可以在三维或二维图像上对术前规划结构进行调整优化，修改胫骨截骨平面的位置或者植入物的旋转角度。
（膝关节置换术前三维图像规划方法专利）
特异性的手术导航技术利用三维图像和术前规划数据，确定截骨位置，然后3D打印制造定位元件，使之贴合并能够固定于骨表面，实质为摆锯切割等操作的限位器。而此专利也演化为了DePuy Synthes公司TurMatch产品，是关节置换手术的规划、手术限位器制造到对其切割的一整套解决方案。
（特异性手术导航方法专利及TurMatch手术解决方案产品）
Orthotaxy公司的机器人辅助手术方面有两项已授权发明，分别针对已获得FDA许可的膝关节置换手术和未来向神经外科脊柱手术的拓展方向。膝关节置换通常需要根据规划平面切割股骨表皮和骨质表皮，而Orthotaxy的装置则要确保切割平面和规划平面的一致性。空间中任意平面可以用三个点坐标确定，因此以定位平面所需的机械结构只需要四个自由度确定，更少的自由度使得VELYS系统可以被固定在手术床旁，占用空间更小，可靠性更高。Orthotaxy的装置可以在三到五个自由度下移动末端执行器，实现对规划平面的切削。而专利也同时保护了末端摆锯和末端限位器两种执行器的方案，既可以把持摆锯移动切割，也可以移动限位器到规定位置再手持摆锯切割。同时通过校正矩阵检测切割平面和规划平面之间的偏差，实现闭环控制。
（针对确定平面的切割辅助手术机器人专利）
另一方面VELYS系统也在向着神经外科领域拓展适应症范围，最新的专利为针对脊柱钻孔手术，围绕空间内确定目标轴的机器人辅助手术系统。利用与规划目标轴对齐的两个引导环确定轴线位置和方向，增加当钻削执行器偏移轴线达到一定角度时则切断其驱动的虚拟约束，实现神经外科手术中精准的螺钉置入。
（针对确定轴线的钻削辅助手术机器人专利）
二、JointPoint
2019年9月3日，强生宣布旗下DePuy Synthes与JointPoint公司签署最终协议，收购其外科导航软件，旨在改善髋关节置换的手术效果。两家公司自2017年7月开始合作，DePuy Synthes达成独家联合营销协议。
JointPoint公司在术中骨盆非侵入性导航问题中有着自身的技术优势，减少X光透视的使用。仅通过一张术中X光图像，分析患者髋关节的股骨颈和股骨头尺寸和形状，以及其和髋臼的相对位置关系。其OneTrial™技术能够实现术前对于患者的特异性关节置换结构设计与术中导航，辅助医生手术决策。JointPoint公司核心专利的内容为通过术中X光图像和术前图像的解剖特征点配准，利用基准点位置计算髋关节模板的各项尺寸数据，应用于模板的缩放、计算和比较，以用于手术方案优化、改善术中骨骼定位和提升手术质量。
DePuy Synthes收购JointPoint拓展了VELYS手术平台的适应症，将Orthotaxy优势的膝关节置换手术和JointPoint优势的髋关节手术相结合。更广泛的适应症就意味着更广阔的销路，而强生对于VELYS平台的目标，至少是包含膝、髋、肩等各个关节置换的手术，乃至骨科、神经外科等科室的其他适应症。
（术前规划与术中杯位置分析）
三、Verb Surgical
2015年12月，谷歌母公司Alphabet旗下生命科学部门Verily与强生旗下Ethicon宣布强强联合，合资成立Verb Surgical，一度被认为是强生向手术机器人领域进军的开端。而Verb Surgical则将手术机器人概念进一步推广为 “手术4.0”的智能手术平台（Digital Surgery Platform），标志着从开放手术（1.0）、微创腔镜手术（2.0）、机器人手术（3.0）之后的新一代手术。
Verb Surgical提出通过增强影像（Enhanced Visualization）, 智能器械 (Advanced Instrumentation)，医用机器人（Robotics），数据分析及机器学习（Data Analytics and Machine Learning），以及云互联（Connectivity）五大支柱技术提升医疗器械产品的创新和商业模式。而从Verb Surgical名下的318项专利我们也能看得出，其涵盖了智能化、自动化技术在外科手术中应用的各个方面。包括机器人主从控制的手柄和界面设计、手术工具的库存管理、机器人辅助手术的无线接口无菌适配器、虚拟现实腹腔镜等等各个前沿交叉应用。
而对于VELYS平台，我们可以看到强生在手术机器人领域的小型化、简易化和通用化的研发战略。一方面在之前的技术基础之上完成精准的平面切割控制与实时手术评估，一方面与DePuy Synthes的人工膝关节Attune、膝关节置换手术方案TruMatch、干细胞人工髋关节ACTIS、人工球窝PINNACLE、髋关节置换手术方案KINCISE等配套产品相适应配合，构成一整套强生骨科手术的产品生态。这其中少不了Verb Surgical的在围绕术前、术中和术后整个治疗周期之中的数据分析与监测，打造全方位的手术平台而不是焦距局限于手术室中的医生操作。
（强生手术机器人战略布局）
强生旗下目前已经囊括了以骨科手术为主的VELYS平台、原Auris旗下的内窥镜手术平台Monarch和去年年底刚刚推出的六臂零占地手术平台Ottvav。我们有理由相信强生的未来战略将致力于将自动化手术的理念推广到更多科室，而将诸多机器人辅助平台统筹整合的任务最可能将由Verb Surgical这个“亲儿子”的数字化技术来完成，将这场医疗器械技术革命不断推动向前。
主编｜赵清
排版｜Mia
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