年初醫療機器人領域的頭號新聞當屬強生推出了新一代骨科手術機器人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平臺產品VELYS已獲得美國食品藥品監督管理局（FDA）510（K）許可，批準用于全膝關節置換手術。強生公司正致力于將VELYS平臺打造成跨各種外科專科的互聯、集成的整套數字醫療生態系統，而機器人輔助解決方案只是其中的一部分。

VELYS平臺的技術來源于強生2018年初所收購的法國私人手術技術軟件開發公司Orthotaxy。在此基礎上，2019年9月強生又收購了手術導航技術公司JointPoint所開發的骨盆手術導航軟件。2020年又將此前和谷歌合作創辦的Verb Surgical剩余股份收購，全面接管谷歌子公司Verily的機器人手術業務。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數字外科手術平臺。

一、Orthotaxy

2009年Orthotaxy 由機器人企業家 Stéphane Lavallée 創立，設計和開發計算機輔助手術平臺，Lavallée博士1998年畢業于法國格勒諾布爾大學，是醫學影像手術導航、計算機輔助手術技術、術前術中配準技術和增強現實術中應用最早的探索者和實干家之一。

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（Orthotaxy創始人Stéphane Lavallée）

我們深入研究了Orthotaxy公司目前擁有的四項核心發明在不同國家和地區授權的27項專利。分別針對于膝關節置換手術的術前規劃、特異性術中導航和機器人輔助手術裝置三個方面的問題。

對于置換膝關節的植入物術前規劃，依據術前CT掃描的三維模型分析，測量解剖結構的尺寸，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構的切削和鏈接設計。在手術規劃的顯示界面中，將三維CT數據進行虛擬的二維透視變換，形成偽透視圖像（二維）。而醫生可以在三維或二維圖像上對術前規劃結構進行調整優化，修改脛骨截骨平面的位置或者植入物的旋轉角度。

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（膝關節置換術前三維圖像規劃方法專利）

特異性的手術導航技術利用三維圖像和術前規劃數據，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產品，是關節置換手術的規劃、手術限位器制造到對其切割的一整套解決方案。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （特異性手術導航方法專利及TurMatch手術解決方案產品）

Orthotaxy公司的機器人輔助手術方面有兩項已授權發明，分別針對已獲得FDA許可的膝關節置換手術和未來向神經外科脊柱手術的拓展方向。膝關節置換通常需要根據規劃平面切割股骨表皮和骨質表皮，而Orthotaxy的裝置則要確保切割平面和規劃平面的一致性。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構只需要四個自由度確定，更少的自由度使得VELYS系統可以被固定在手術床旁，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行器，實現對規劃平面的切削。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劃平面之間的偏差，實現閉環控制。

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（針對確定平面的切割輔助手術機器人專利）

另一方面VELYS系統也在向著神經外科領域拓展適應癥范圍，最新的專利為針對脊柱鉆孔手術，圍繞空間內確定目標軸的機器人輔助手術系統。利用與規劃目標軸對齊的兩個引導環確定軸線位置和方向，增加當鉆削執行器偏移軸線達到一定角度時則切斷其驅動的虛擬約束，實現神經外科手術中精準的螺釘置入。

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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公司簽署最終協議，收購其外科導航軟件，旨在改善髖關節置換的手術效果。兩家公司自2017年7月開始合作，DePuy Synthes達成獨家聯合營銷協議。

JointPoint公司在術中骨盆非侵入性導航問題中有著自身的技術優勢，減少X光透視的使用。僅通過一張術中X光圖像，分析患者髖關節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系。其OneTrial?技術能夠實現術前對于患者的特異性關節置換結構設計與術中導航，輔助醫生手術決策。JointPoint公司核心專利的內容為通過術中X光圖像和術前圖像的解剖特征點配準，利用基準點位置計算髖關節模板的各項尺寸數據，應用于模板的縮放、計算和比較，以用于手術方案優化、改善術中骨骼定位和提升手術質量。

DePuy Synthes收購JointPoint拓展了VELYS手術平臺的適應癥，將Orthotaxy優勢的膝關節置換手術和JointPoint優勢的髖關節手術相結合。更廣泛的適應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、肩等各個關節置換的手術，乃至骨科、神經外科等科室的其他適應癥。

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（術前規劃與術中杯位置分析）

三、Verb Surgical

2015年12月，谷歌母公司Alphabet旗下生命科學部門Verily與強生旗下Ethicon宣布強強聯合，合資成立Verb Surgical，一度被認為是強生向手術機器人領域進軍的開端。而Verb Surgical則將手術機器人概念進一步推廣為 “手術4.0”的智能手術平臺（Digital Surgery Platform），標志著從開放手術（1.0）、微創腔鏡手術（2.0）、機器人手術（3.0）之后的新一代手術。

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Verb Surgical提出通過增強影像（Enhanced Visualization）, 智能器械 (Advanced Instrumentation)，醫用機器人（Robotics），數據分析及機器學習（Data Analytics and Machine Learning），以及云互聯（Connectivity）五大支柱技術提升醫療器械產品的創新和商業模式。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、自動化技術在外科手術中應用的各個方面。包括機器人主從控制的手柄和界面設計、手術工具的庫存管理、機器人輔助手術的無線接口無菌適配器、虛擬現實腹腔鏡等等各個前沿交叉應用。

而對于VELYS平臺，我們可以看到強生在手術機器人領域的小型化、簡易化和通用化的研發戰略。一方面在之前的技術基礎之上完成精準的平面切割控制與實時手術評估，一方面與DePuy Synthes的人工膝關節Attune、膝關節置換手術方案TruMatch、干細胞人工髖關節ACTIS、人工球窩PINNACLE、髖關節置換手術方案KINCISE等配套產品相適應配合，構成一整套強生骨科手術的產品生態。這其中少不了Verb Surgical的在圍繞術前、術中和術后整個治療周期之中的數據分析與監測，打造全方位的手術平臺而不是焦距局限于手術室中的醫生操作。

（強生手術機器人戰略布局）

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