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“统治”医疗世界的达芬奇机器人是如何诞生的

发布时间:2016-01-21作者: allenxu

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斯坦福研究院-一个神奇的地方

为战争而生


2015年8月,在谷歌上市11周年之际,华尔街做了一项有趣的统计,统计了自谷歌上市以来,11 年中股票回报率超过谷歌(1277%)的美股公司,在参与统计的近6000家美股公司中,只有13家公司的回报率超过了谷歌,其中,有一家叫直觉外科(Intuitive Surgical)的回报率,远远超过了谷歌!

达芬奇机器人的技术源于拥有官方背景的斯坦福研究院(SRI),上世纪80年代末的时候,一群科学家在斯坦福研究院开始了外科手术机器人的研发,初衷是要研制出适合战地手术的机器人。

在后续的研究中,手术机器人引起了美国国防部的关注,他们对这种医生可以远程操作来对士兵进行手术的系统很感兴趣,很快的,这种兴趣变成了实际行动。1990年的时候项目组收到了美国国家卫生研究院的投资,希望他们能够尽快的研究出可供实际使用的原型。

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走向商业化


在1994的时候Frederic Moll博士对这套系统非常感兴趣,当时他在SRI主任Guidant手下工作,他多次请求将“Lenny”(早期达芬奇机器人)商业化,以最大化它的价值,然而当时鲜有人看到这一点,大家都在忙着如何将它变得更酷一点。

于是Frederic Moll叫上刚从Acoson公司辞职的John Freund,和SRI经过多次协商后成功购买了关于Lenny机器人的知识产权。之后在1995年成立了Intuitive Surgical Devices Inc(直觉外科公司),他们一开始就引入了风险投资,投资者包括菲尔德基金、塞拉利昂资本和摩根斯坦利。

后来,公司的几位联合创始人Moll、Freund都已经离开了公司,现任Guthart在1996年才加入,他之前曾在斯坦福研究院(SRI)工作过。其余高管大多是后期加入的。目前高管中持股较多的是董事局主席Lonnie Smith和CEO Guthart,分别持有1.15%和0.93%的股份。

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四代机器人


手术机器人“达芬奇”得名于500年前画家达·芬奇在图纸上画出的最早的机器人雏形。后人以此为原型设计出了用于医学手术的机器人,并以“达芬奇”的名字命名。

其实,达芬奇手术机器人更为正式的名称应为“内窥镜手术器械控制系统”。它是由美国直觉外科(Intuitive Surgical)公司研制的一款高级外科手术机器人系统。它被广泛应用于成人和儿童的腹部外科、泌尿外科、妇产科以及心脏手术。其设计理念是通过使用微创的方法来实施复杂的外科手术。

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目前已经推出了四代产品:


  • 1996年推出了第一代达芬奇机器人

  • 2006年推出了第二代产品,机械手臂活动范围更大了,允许医生在不离开控制台的情况下进行多图观察

  • 2009年在第二代基础上增加了双控制台、模拟控制器、术中荧光显影技术等功能,进而推出了第三代产品

  • 第四代机器人在2014年推出,灵活度、精准度、成像清晰度等方面有了质的提高,公司在2014年下半年还开发了远程观察和指导系统。


这时候插播一下小大夫漫画系列之“达芬奇机器人篇”,二师兄来了,他想要客串一下,好吧,就满足他一下吧。

前方多图预警,二师兄演的是医疗咨询师!!!

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二师兄表示不是这样的~对于手术机器人,很多人误以为是机器人在做手术,实际上,手术还是医生在做,机器人只是一个辅助设备而已。

然后,他继续自言自语了~~

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手术时,由医生坐在控制台前,将手指放入相应的“指套”里,通过控制手柄“远程”操纵机械臂尖端的动作。


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好了,什么都没有发生,我们继续~~

达芬奇手术机器人可以模仿外科医生的手部动作,通过控制台的指令来进入病人体内进行手术。公司希望能通过机器人来实现精确微创手术(Minimally invasively surgery),最大程度减轻手术患者因手术创伤而引起的痛苦,并减少相应恢复时间和住院成本。


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手术界的“微软”

我一直坚信,在商业领域,如果你要创建一家公司,如果你是一名创业者、企业家,你肯定希望垄断市场,避免竞争,因此,只有失败者才相互竞争。


by paypal 创始人 Peter Thiel

达芬奇手术机器人在手术界的垄断地位,让它能常年保持70%的毛利率。其原因,一方面是因为医疗机器人行业的高门槛,还有就是麻烦的FDA审批。其实主要的还是直觉外科公司的知识产权保护产生了较大的技术壁垒。


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一般研发手术机器人都需要雄厚的资金和尖端的技术做准备,整个研发涉及了医学、生物力学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、人工智能、数学分析、机器人等多个学科。想要入行就必须要有数十年的技术积累和不断的研发投入。

ISGR公司的研发投入和收入成正比,研发一般占据营收的8%左右,还有充足的人才储备。

至于FDA(美国食品和药品管理局)认证,在美国任何一个医疗设备的系统开发都需要通过FDA严格的监测和评估,更不要说手术机器人这么大型的设备了。一台手术机器人从实验室到成功应用不仅需要大量资金,另一方面就是需要时间来检验,不可能拿小动物来进行手术的吧,所以必须要求机器人时刻保持高精度不出错,总的来说,安全性和有效是最重要的。

FDA的监测系统有几大类,其中手术机器人需要通过PMA和510k的要求,大家都知道通过FDA测试往往需要数年,这进一步增加了行业壁垒,目前看来,至少在未来几年里都鲜有像样的竞争产品出现。

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超高替换成本


由于产品以及使用对象的特殊性,手术机器人需要特定的培训和后续的服务和配件,已经采购其机器的医院,如果之后想更换机器人(当然目前还只有达芬奇可供选择),会面临非常高的替换成本,就像银行的IT系统一样。所以直觉外科公司一旦锁定用户实现销售,没有特别大的质量和技术问题客户是不会放弃使用的。

另外,操作达芬奇是需要上岗证的,学习该机器也需要一段时间(大中华区唯一的培训基地位于香港威尔士亲王医院),一旦习惯了一种操作方式后,很难再去适应其他的机器的,因而就潜在的设置了技术壁垒。

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吸金之王


2015年8月,在谷歌上市11周年之际,华尔街做了一项有趣的统计,统计了自谷歌上市以来,11 年中股票回报率超过谷歌(1277%)的美股公司,在参与统计的近6000家美股公司中,只有13家公司的回报率超过了谷歌,其中,有一家叫直觉外科(Intuitive Surgical)的回报率,远远超过了谷歌!

直觉外科公司的成长大致可以分为三个阶段:

  • 2000年-2003年的成长初期,处于亏损状态

  • 2004年-2009年的成长中期,该时期销量快速上升,盈利能力迅速改善,市值最高

  • 2009年以后的相对成熟期,该时期营收、利润仍能保持稳定增长,但是增速下降明显,市值也恢复正常,趋向于市场平均水平

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    作为医疗机器人的领军企业,直觉外科公司(ISRG)市值最高曾达到220亿美元。公司于2000年6月上市,前几年由于技术太前瞻、市场认知度较低等原因,股价表现平平,此时公司的PS(市销率)是12倍。在2001年-2004年PS都维持在10倍以下。

    在2004年,ISGR终于扭亏为盈,此时由于盈利能力仍较弱,PE达到了58倍,估值显著高于同时期美股医疗器械公司平均25倍PE的水平,显示了市场对其抱有较高的信心。

    2005年迎来转折,其开发的达芬奇机器人被美国FDA 510k批准用于妇科微创手术,使得达芬奇手术机器人的应用场景极大扩展。该年营业收入同比增加60%,净利润从上一年的2300万美元增长到了9400万美元,而股价出现了3倍的上涨,首次超过100美元,总市值从13亿美元增长到了40亿美元,相应的PS比率达到了18倍,PE还是保持在45倍。

    2006年虽然营收仍保持64%的高增长,但由于新产品利润率低及计提折旧等原因,股价保持平稳,而PE基本与05年持平。可见在进入成长中期后,盈利能力也逐渐成为了企业获得高估值的核心能力。

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    2007年直觉外科公司的股价一度上涨到了300美元,总市值突破100亿美元,PS比率也超过了20倍。

    在2008年金融危机期间,达芬奇机器人销量仍然保持了高速增长。但受市场整体估值水平影响,PE从2007年的86倍下降到了2008年的24倍,ps也降为7倍左右。

    2010年后进入相对成熟期营收增速趋于平缓,盈利能力也保持相对稳定,PE保持在25-35倍,仍高于普通医疗器械公司的平均PE。

    在机器人公司常用的EV/EBITDA这一指标上,直觉外科公司的EV/EBITDA基本与PE趋势一致。

    2012年,由于新开发的第三代手术机器人的出色性能和巨大销量,股价达到最高峰594美元,较上市初期上涨超30倍!


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    自2000年上市以来到2012年,得益于达芬奇机器人的高昂售价以及渗透率的不断提升,直觉外科公司的营业收入都保持了高速增长,年复合增长率45%,2004年营业收入首次突破一亿美元,2009年突破10亿美元大关,持续的高速增长让达芬奇机器人迅速覆盖了美国的各大医院。

    同时由于该设备是耐用品,在美国市场趋于饱和,海外市场开拓偏慢的情况下,增长乏力问题开始显现,2014年营业收入21.3亿美元,首次出现同比下降。

    达芬奇手术机器人在医疗外科手术界的稀缺性也使得公司能获得超高的毛利率和净利率,作为一家设备供应商,自2005年后,直觉外科的毛利率可以长年维持在70%左右,净利率一直高于20%,毛利率和净利率水平均明显高于行业平均。

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    售后销售更给力


    直觉外科公司的营利模式以销售达芬奇机器人为基础,同时独家出售长期稳定的重复消耗的耗材、配件工具及服务。

    在销售模式方面,直觉外科公司主要采用直销和代理商模式,在美国国内公司均采用直销模式,在开拓国际市场方面,由于代理商模式会有助于迅速开拓市场,公司一开始较多的采用代理商模式,但随着市场认可度的不断提高,正逐渐向直销模式转变。

    由于达芬奇机器人已经覆盖了美国三分之二以上的中大型医院,甚至连一些社区医院也已经配备了达芬奇机器人,寄期望于其在美国国内的高速成长已不太可能,从收入结构的变化,我们也可以看出达芬奇机器人的盈利成长模式正在逐步发生改变。


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    每台达芬奇机器人售价约为100-230万美元。从2009年开始,配件及服务收入超过系统销售收入,未来这种趋势还会持续。

    2012年工具配件服务等经常性收入的占比只有57%,而到2014年这一比率已经增加到了70%。经常性收入指的是工具、配件等耗材收入以及维保、培训等服务收入。

    由于达芬奇机器人的器械安全直接关乎到人的安全健康,直觉外科公司对机械臂手术刀等耗材产品作了严格的使用限制,这个器械上面安装了记忆芯片,每插在机器人上一次,芯片就会计数+1,10次以后机器人就不能使用这个器械了,目的之一是intuitive公司多赚钱,因为这个是个耗材必须从他们公司买,目的之二是避免器械里面结构故障,造成手术危险。

    10次手术过后机器人就会自动锁死,必须更换新的机械臂后才能重新开机,这项规定让达芬奇手术机器人的开机费非常高(平均为4-6万左右),这增加了患者的使用成本,但是对于直觉外科公司来说,却是保证稳定营业收入的一大好方法。

    据统计,每一例手术,需要消耗的耗材就价值700-3200美元,按每台手术机器人一年执行200个手术来计算,每台机器人的工具配件收入可以达到14万-64万美元,每台机器人每年的协议服务达10万-17 万美元,这样测算,每一台达芬奇机器人的经常性收入可以达到24万-81万美元,按平均值50万美元来测算,若复合上述假设,则现有达芬奇机器人每年可产生经常性收入3200*50万美元=16亿美元,与2014年的实际数据较为接近。

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    等风来


    手术机器人相对人手最大的优势就在于它的精确性和微创性,所以在处理一些复杂手术的时候(如手术区有大量神经末梢)会有很大的优势,随着医疗技术,手术仪器的不断进步,手术后的不良反应率正逐渐下滑,若能大规模普及手术机器人,开展微创手术,不良反应率还会大大下降。

    目前医疗外科手术机器人最主要的应用领域在泌尿外科和妇科手术。妇科手术自2009年后取代泌尿科手术成为占比最大的手术类型,其次是泌尿科手术,普通外科第三,但增长速度最快。在美国,前列腺手术和子宫切除的渗透率都超过70%,而在欧洲和其他发达国家,渗透率则明显偏低。

    达芬奇机器人之前执行的手术更集中在一些癌症和复杂精密手术,自2000年开展首例手术机器人前列腺癌根治性切除以来,北欧国家超过一半以上的前列腺手术由手术机器人完成。而在美国,这个比例高达83%,使用达芬奇机器人进行前列腺手术已成为一种“标准术”。

    在美国的一些一流医院,机器人做微创手术的比例已经超过全院外科手术的50%,很多接受达芬奇手术的病人,可以做到手术后24小时出院,因为伤口小,损伤小,恢复就非常快。目前在中国等新兴市场,由于装机数量的局限,手术渗透率还很低,达芬奇机器人相对人手的优势是显而易见的,所以未来将会有很大的市场需求空间。

    截止2014年,直觉外科公司已经销售达芬奇手术机器人系统3266台,其中美国2223台,欧洲549台,日本191,其它地区301台。累计销量自2008年超过1000台以来,连续几年均保持高速增长,但是从2013年开始增速放缓,2013年达芬奇机器人全球装机量达2966台,2014年达3266台,增速10.1%。

    从地区分布可以看出,达芬奇机器人的主要市场还是在美国,在全球其他地区的推广速度偏慢,很大一个原因是其高昂的售价。随着装机量的不断上升,达芬奇机器人执行的手术数量也迅速增加。2014年,使用达芬奇机器人进行的手术有57万个,同比增长9%,增速较前几年有所回落。平均每台机器人每年要执行180例手术,将近2天一次的使用频率。

    达芬奇手术系统已经通过FDA许可的手术类型有腹腔镜、妇科、胸廓、泌尿外科、心脏手术等,其中主要的应用目标市场为:妇科、泌尿外科、泌尿外科、心脏手术。

    目前妇科手术是使用达芬奇频率最高的手术,2014年达芬奇机器人在美国完成了23.5万例妇科手术(2013年24万例,2012年22.2万例)。普通外科是第二大、也是发展最快的手术类型,2014年完成了110.7万例普通外科手术。随着第四代产品技术的进一步提升,达芬奇手术机器人的应用范围将更为广泛,对其销量也会有一个较大的促进作用。

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    十全九美,还缺一美


    当然除了技术、用户黏性等核心竞争力外,直觉外科公司近年来也面临着一系列的问题。主要来自于医疗事故的法律纠纷以及美国的新医保政策。

    2014年有直觉外科公司有93个法律纠纷,基本来自手术医疗事故,公司支付了7700万美元来和解这些诉讼。奥巴马的医疗改革法案也对公司的产品销售有一定影响:奥巴马上任之后力推的医疗改革法案(Affordable Care Act)于2012年正式在国会通过,该法案的核心思想在于人人强制医保,这会让一些医院面临一定的预算压力,从而减少高端设备的采购。

    达芬奇机器人高昂的手术费用也是阻碍其大规模推广的一大原因。

    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,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10万软妹币,每台手术平均至少要使用4条臂,所以开机费用4-6万大概就是从这来的。机器一直处于开机状态本身就有损耗,坏了的话维修费用远胜机械臂。实际使用中,每台手术结束后都是要关机的。

    机械臂是这里的核心部件,看起来很像腹腔镜器械,通用有针持、抓钳、剪刀等不同的臂,位置可互换。与腹腔镜器械不同的是,每条臂都有很多小的关节,可以完成各种复杂到人手有时都无法完成的动作。


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    中国,中国,中国


    达芬奇手术机器人的市场目前还是以美国本国市场为主,收入占比大于七成。

    在美国,达芬奇机器人已经非常普及,在包括社区医院在内的全国5000多家医院里,达芬奇机器人的装机量已经达到2200多台,只要是略具规模的医院,肯定会配备达芬奇机器人。

    除了美国本土市场外,另一个较大的市场是欧洲市场,也是达芬奇最先开拓的市场,在获得FDA的510 k认证之前,达芬奇机器人就拿到了欧盟的CE认证,从而打开了欧洲市场,相对于美国市场来说,欧洲市场还有很大的发展潜力。

    而在中国,则完全不同。

    达芬奇机器人在中国的唯一代理商是美中互利公司。


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    自2006年解放军总医院引进第一台达芬奇手术机器人以来,达芬奇机器人已经进入中国十年。然而由于达芬奇手术机器人属于甲类大型医用设备,国内任何医院引进该设备,均需卫计委直接批准,所以引入速度一直较慢,自2006年引入第一台达芬奇机器人以来,中国大陆目前的总装机量还不到40台,从达芬奇机器人数量也可以从侧面看出各地医疗水平高低。

    若在海外市场尤其是中国等新兴市场开拓上能继续取得突破,每年销售的达芬奇机器人保持在500台左右,则直觉外科公司的营业收入能增速能保持在20%左右。

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    “独孤求败”


    达芬奇机器人由于其领先的技术优势,目前几乎没有竞争对手。

    然而,ISGR并不是第一个研制出手术机器人的公司,94年研制出AESOP机器人、98年更高级的ZEUS机器人的computer motion 公司比ISGR更早进入市场,不过,因其产品一直没有获得FDA认可。所以迟迟没有打开市场。

    2000年直觉外科上市后,两家公司开始了专利之争,在2003年,ISGR收购了微创手术机器人先驱computer motion,ZEUS的技术也被移植到达芬奇机器人中,直觉外科公司通过并购的方式消除了最大的竞争对手。至此,世界范围内微创手术机器人达芬奇一家独大,已经横行霸道吃肉数十年。

    当然,世界范围内也有很多家公司看上了这块肥肉市场,包 括三星,库卡,德国某公司,韩国某公司,强生+Google等等很多巨头都已经投入研究,不过却对ISGR已有的地位无法形成太大的压力,就是占据金融交易终端的彭博社一样,习惯一旦养成将很难更改。

    国内方面,号称是收编了哈工大某机器人研究团队的博实股份近期股票不断涨停,由此可见投资者对于机器人概念的疯狂程度。

    作为A股唯一医疗机器人企业。目前该公司已完成第二代样机的产品定型,即将进入型式检验,在申请临床实验许可证后,将开展临床实验。如进展顺利,需要2~3年时间才能取得医疗器械产品注册,因而短期内不会有业绩贡献。

    但如果产品验证成熟(直接竞争对手是美国达芬奇的医疗机器人),未来将能够提供腹、胸、盆腔外科手术一揽子解决方案,覆盖普通外科、胸外科、泌尿外科、妇科等十余个外科手术科类,应用前景广阔。

    用一句话形容ISGR目前的状况就是:纵横江湖三十余载,生平求一敌手而不可得,诚寂寥难堪也。



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