（ 告出品方/分析师：开源证券 蔡明子）
1、手术机器人行业壁垒高，替代传统手术正当时
1.1、临床需求：手术机器人适用大多数临床手术应用场景，优点众多
手术机器人是将机器人技术应用在医疗领域，根据医疗领域的特殊应用环境和医患之间的实际需求，编制特定流程、执行特定动作，然后把特定动作转换为操作机构运动的设备。
手术机器人集成了医学、材料学、自动控制学、数字图像处理学、生物力学、机器人学等诸多学科为一体的新型交叉科学。从临床医学应用角度可将手术机器人分为腔镜手术机器人、骨科手术机器人、泛血管手术机器人、经自然腔道手术机器人、经皮穿刺手术机器人和其它手术机器人（如神经外科手术机器人）。
一般情况下，手术机器人可实现遥控操作，主刀医生控制主端，机械臂为从端，主端控制进入人体体内的从端进行手术操作，通过配套的实时成像系统进行实时手术操作。
相对于开放手术及传统微创手术，手术机器人克服了众多限制。
开放手术有创口大、手术时间长、失血量大、感染率高、术后留痕等缺点。传统微创手术也因为缺少机器辅助，影响自然手眼的协调和灵活度，手术过程中手部的生理震颤很容易通过 硬性工具传递，大大限制了手术的精细程度。手术机器人自诞生以来，就被寄予厚望。
对比之下，手术机器人具有以下优点：
（1）微创操作，减少伤口及术后并发症。机器人微创手术一般切口较小，大幅减少手术失血量和术后并发症风险，病人恢复期短。
（2）灵活的机械臂可实现高度复杂的手术操作。手术机器人机械臂通常可实现6个自由度的操作，通过算法处理，医生通过操作机械臂实现设备的细微运动，提高了手术的精准度及稳定性。
（3）三维高清成像系统。手术机器人提供的三维高清图像使手术领域有自然视觉景深，使得操作医生手术视野放大，从而精准的进行组织识别和区分组织层次。
（4）震颤滤除功能。手术机器人通过计算机算法自动过滤外科医生手部固有的震颤，降低操作失误的风险。
（5）缩短医生的学习曲线及术中疲惫。机器人微创伤手术允许外科医生直观地操作器械，辅以本身具备的震颤过滤、三维高清图像及高灵活度的特点，大大缩短了外科医生的学习曲线，通常仅需要完成 20 台手术就可成为认证的手术机器人操作医生。
（6）减少辐射及暴露风险。手术机器人带有可指示植入物放置位置的光学导航系统，大幅减少 X 光片的使用，从而减少医生的辐射暴露伤害。同时还能避免医生和病人的直接接触，减少手术医生感染（如乙肝、艾滋病等）的风险。
（7）加速医院运营周转，提升医务人员效率，降低患者治疗及预后负担。
在手术效率及人员配备方面，使用手术机器人可以节省手术时间，最大限度的减少了操作人员数量，提升医生效率。
甚至完成一台高难度的外科手术只需要外科医生、麻醉师及护士各一名。以达芬奇手术机器人为例，作为当今最先进的微创外科治疗平台，它使外科手术的精度超越了人手的极限，经过精密仪器计算过的每一步操作使手术更加有保障地顺利进行。
在住院平均时间和手术费用方面，对比传统手术治疗股骨胫骨骨折，运用某品牌骨科手术机器人具有治疗手术时间、术后住院时间及总住院时间短，住院总费用、药物治疗费用低，直接疾病经济负担轻等优势。
再如腹腔镜手术费用和效果方面，达芬奇手术机器人在食管癌复杂手术方面较传统开放手术和腔镜手术有明显优势，腔内缝合更加简便省时，极大降低其操作难度，手术安全性明显增加，而医疗费用并未大幅增加。
具体来看，术后吻合口瘘发生率、术后肺炎发生率、术后重返重症监护室发生率均低于腔镜组。
手术机器人平均住院时间为 13.3 天，而腹腔镜组平均住院时间为 15.5 天，表明机器人组患者住院天数明显优于腔镜组。
达芬奇机器人手术患者平均住院费用为12.2万元/例，腔镜手术患者平均住院费用为11.08万元/例。
因达芬奇手术机器人手术与腔镜手术相比更加精准，创伤更小，每例达芬奇手术机器人手术平均住院费比腔镜手术高1.12万元，增长率为10%。
达芬奇手术机器人在患者整体费用并未大幅增长的基础上降低了腔镜手术难度、减小创伤、提升了手术质量。
海外，Briony K. Varda等人在《Journal of Pediatric Urology》上发表的研究成果表明，对美国2003-2015年间，利用开放、腹腔镜和机器人进行的11,899例儿科肾盂成形术进行统计，其中75%开放、10%腹腔镜和15%机器人。
通过对比，开放手术费用平均中位数为10,817美元，手术机器人费用平均中位数为11,877美元，绝对差异仅为1,060美元。
1.2、技术壁垒：手术机器人结构复杂，具备较高的行业壁垒
手术机器人一般是由三部分组成，包括患者侧手推车、三维高清影像系统和外科医生控制台，与一系列器械和配件兼容使用。
患者侧手推车一般由3-4个机械臂和基座组成。其中，两个机械臂分别替代医生的左手和右手。
第三个机械臂可安装腔镜，可在体内移动、传输实时影像。第四个机械臂可作为辅助进行若干复杂的额外工作，扩大手术能力。机械臂可由外科医生操作控制台上的控制器和脚踏式开关协同控制。
三维高清影像系统主要由显示器、图像处理器、光缆电源、三维电子腹腔内窥镜组成。
显示器用于控制系统设置和手术部位实时影像的显示，图像处理器用于处理加工实时影像，光缆电源用于提供手术部位照明，三维电子腹腔内窥镜在腔镜顶端装有高清摄像头，包括双物镜，可提供具有自然景深的图像。一般情况下内窥镜镜头设计为广角视野，可提供高达15 倍的电子光学放大效果。
手术机器人融合了机器人学、机构学、机械学、生物力学、医学、智能材料、计算机视觉等多种学科。
考虑到微创外科手术机器人设计过程中的复杂度、精确性和安全性，众多技术被使用到手术机器人的设计制当中，其中力反馈技术、精密运动控制技术、控制系统结构与控制方法是影响手术机器人性能的关键技术。
这些技术的应用使得微创手术机器人系统具有比传统手术具有精度高、灵活性好、操作直观性好、安全性高等优势。
随着外科医学技术革命的发展，使得外科手术朝着微创、精准、智能化方向迈进。
手术机器人未来朝着几个方向发展：
（1）小型化和轻型化。研究结构紧凑、小巧、模块化的新型从操作手臂，在保持较大运动空间的基础上，使其具有较好的刚度及较高的运动分辨率，满足微创手术需要。
（2）远程医疗。随着 5G 通讯技术、全息影像技术、新电子技术和计算机多媒体技术的快速发展，将使得微创外科手术机器人的远程医疗技术成为其未来发展的趋势。远程微创外科手术机器人技术可以实现远程外科手术，打破地域限制，使 会医疗资源得到充分共享。
1.3、进化路径：新技术革命带来手术机器人行业无限潜力
1985年，PUMA560 首次应用于临床手术标志着手术机器人行业的诞生，该机器人可更精准地进行神经外科活检。
2000年直觉外科公司开发达芬奇手术机器人获 FDA 批准，在此后 10 年时间里几乎垄断了全球腹腔手术机器人市场，包括前列腺癌手术、心脏瓣膜修复及妇科手术等领域的应用。
除了腹腔手术机器人，其它领域手术机器人在 2010 年后开始涌现，如 MAKO 骨科机器人成为行业的代表性产品，主要用于脊柱、关节置换等手术。
未来，随着 5G 通讯技术、人机交互技术、人工智能等先进技术应用于手术机器人领域，有望实现更高手术精准度、灵敏度及智能远程控制，覆盖更多的临床应用场景。
1.4、 商业模式：手术机器人收入多样化，耗材和维护费用占比大
手术机器人业务收入主要包括系统、耗材和服务。系统收入指手术机器人的销售收入。耗材收入包含镊子、剪刀、超声手术刀及无菌保护罩等销售收入，仅能使用有限次数。服务收入指提供维护、培训和其他售后服务的收入。耗材以及服务收入非常可观，且比系统收入具有更高的利润率，随着新机量的增加，耗材服务预期会保持快速增涨。
手术机器人商业模式:
（1）系统销售=出货量*系统单价
（2）耗材销售=（上年系统保有量+新增系统出货量-淘汰系统量）*单系统手术量*手术耗材均价
（3）维修服务=（上年系统保有量+新增系统出货量-淘汰系统量）*维修服务费均价
以直觉外科为例，根据公司 2020 年 ，在初期，公司系统费用为 50-250 万美元，近三年系统租赁价均价为 36 万美元/年。
中后期，在持续 10-15 年的时间段里， 手术耗材费用为 600-3500 美元/台，维修培训保养等费用为 8-19 万美元/年。
公司在销售系统初期就与客户签订维修及培训服务协议，该协议一般 3-4 年更新。
通过初期销售或者租赁的方式公司可以一次性完成渠道铺货，后期以耗材销售和维修服务的 方式持续为公司创造可观收入。
总体来看，耗材销售及维修服务费用相对系统收入更具有可持续性。
2、手术机器人市场前景广阔，国内处于行业发展早期
2.1、全球手术机器人发展迅猛，腔镜和骨科是主要临床应用领域
根据Frost & Sullivan 告，2015-2020年，全球手术机器人市场规模从30亿美元增加到83.2 亿美元，复合增长率为22.6%。
2020年全球手术机器人前三大市场分别为美国、欧洲和中国，分别占据55.1%、21.4%和5.1%。
中国患者基数庞大，需要使用手术机器人进行微创手术的手术量庞大，然而2020年中国手术机器人市场规模仅为4亿美元，显著低于美国及欧盟市场，具有较大成长空间。
根据Frost & Sullivan的预测，全球手术机器人市场2020-2026年预估复合增长率为26.2%。
按照细分市场来看，腔镜手术机器人为手术机器人占据最大的市场份额，可用于包括泌尿外科、妇科、胸外科及普外科手术等领域。
骨科手术机器人增速较快，受人口老龄化影响，关节炎患者数量逐年增加，导致关节置换机器人手术需求量增长。
其它如泛血管、经自然腔道及经皮穿刺手术机器人日益普及，都将带来行业提速。
2020年全球腔镜手术机器人市场规模52.5亿美元，骨科手术机器人市场规模13.9亿美元，两者占据80%市场份额，腔镜和骨科在未来仍是手术机器人的主要发展领域。
预计到2026年腔镜和骨科手术机器人市场分别为180.1亿美元和46.9亿美元，总市场规模将达到336亿美元。
同时，通过统计2015-2026年不同种类手术机器人占比情况，我们发现全球泛血管手术机器人及经自然腔道手术机器人市场占比快速扩大，相关领域公司值得重点关注。
2.2、国内手术机器人未来渗透率有望迅速提升
中国手术机器人行业处于早期发展阶段，增长潜力较大。
根据Frost & Sullivan的数据，2020年国内手术机器人市场基数为4亿美元，2015-2020年复合增速35.7%，至2026年预期年复合增速44.3%，达到38亿美元。
按细分市场来看，2020年腔镜手术机器人和骨科手术机器人占市场主导，分别占比60.7%和 10.1%。
2020年7月，国家卫健委发布《国家卫生健康委关于调整2018-2020年大型医用设备配置规划的通知》，显示2018年至2020年间向国内医疗机构销售225台腔镜手术机器人，相对2018 年以前增速加快。Frost & Sullivan 显示中国手术机器人市场的历史及预测增长如下：
2020年中国腔镜手术机器人市场规模3.2亿美元，骨科手术机器人市场规模0.4亿美元，腔镜和骨科在未来仍占据主要市场。
2.3、 手术机器人产业支持政策持续加码，助力行业供需扩容
2015年以来，国家大力支持创新医疗器械发展，医用机器人等高性能诊疗设备被列入重点支持方向。
大型医疗器械采购一般有明确的配置规划，如《国家卫生健康委关于调整2018-2020年大型医用设备配置规划的通知》，2020年底机器人计划配置 268 台，其中2018-2020年规划225 台。随着国产品牌的崛起，配置有望加速。
2021年 2 月工信部发布的《医疗装备产业发展规划（2021-2025）》征求意见稿，鼓励有条件的地方对相关医疗装备在医保支付、收费定价等方面先行尝试，推动手术机器人产品的推广和应用。
2021年 4 月上海公布将达芬奇手术机器人纳入医保收费，项目限制在肾部分切除术、前列腺根治术、子宫全切术和直肠癌根治术四种。
2021年 8 月，北京将天智航机器人手术纳入医保，且不限 销的手术种类。与上海政策不同，北京将产品范围限定为骨科手术机器人，但并未限定机器人厂商及手术类型，极大扩展了手术机器人应用领域，更多的患者和手术机器人厂商可从中获益。我们预计这类地方政策在其它地区存在较大推广可能性。
手术机器人行业经历近 30 年的发展，形成以上游软、硬件为主的供应商，中游机器人设计及生产制造厂家，下游以医院、经销商为主的共生产业链。
目前，国产厂家主要集中在中游的手术机器人生产制造环节，腔镜手术机器人和骨科手术机器人领域，上游元器件主要依赖进口，也是《“十四五”医疗装备产业发展规划》重点提及的发展领域，元器件行业的发展一方面增强自主知识产权，另一方面减少海外出口限制风险。
下游主要对接医院市场，未来手术机器人配置数额一旦放大，将刺激中游厂家销售放量。
新工业洞察数据统计，仅2021年上半年，手术机器人领域的融资金额近20亿美元，A轮及A轮之前的早期融资项目占比60%，其中也不乏6亿美元（CMR Surgical）、1 亿欧元（eCential Robotics）等的大额融资。
鉴于市场和政策推动，国内手术机器人行业近年来蓬勃发展，涌现出一系列创业公司。
随着手术机器人早期市场教育完成，国内公司技术创新能力，创新链和产业链的不断完善，微创机器人、天智航、妙手机器人、堃博医疗、润迈德医疗、柏惠维康等为代表的企业不断为国产手术机器人赛道增砖添瓦。
2.4、直觉外科公司（ISRG）的启示：坚持创新，不断适应新的临床需求
2.4.1、发展历程：达芬奇手术机器人坚持迭代优化，终成行业标杆
直觉外科公司是全球商业化最成功的手术机器人公司，在腔镜手术机器人领域处于市场垄断地位。
手术机器人起源于一项军方技术研究，美国斯坦福研究院（SRI）在 1990 年收到了美国国家卫生研究院的投资，用于研制一项设备系统来改善战地手术条件，降低战争导致的伤亡率。系统早期原型有很多不足的地方，比如手术机械的灵活性，成像的保真度。通过大量的模拟手术实验测试开发了原型机 lenny。
1994 年 Fred Moll 博士与 SRI 的协商买下了 lenny 的知识产权，并于 1995 年成立直觉外科公司，专注手术机器人系统开发。自此直觉外科公司通过一系列产品更迭及并购，成为手术机器人行业内的翘楚。
从公司历史股价数据看，随着新一代产品以及同代次不同版本产品的推出，都会带来长时间的股价提振效应，特别是第四代 da Vinci Xi 推出以来，股价上涨幅度达 563.6%。
反映出公司产品在日趋受到临床端接受的情况下，销量的增长能获得投资者的长期认可。
2.4.2、财务分析：非系统性收入占比提升，商业模式逐渐优化
根据公司《2020年可持续发展 告》，截止 2020 年底达芬奇手术机器人在全球 67 个国家，销售 5989 套手术机器人系统，共完成约 850 万台微创手术，仅 2020 年完成约 124.3 万台手术，平均 25.4 秒开一台达芬奇手术。
截至2020年底，达芬奇手术机器人在美国本土安装量累计3720台，全球占比68%。从历年数据看，美国国内收入占比有下降趋势，亚欧及其它地区营收占比有进一步增长趋势。
达芬奇手术机器人费用包含三部分：系统收入、服务收入和耗材收入。
根据系统型 、配制及地域不同，一台达芬奇手术机器人售价为50-250万美元之间。
系统出售时会与购买方签订服务协议，提供维修保养等服务，年收费在8-19万美元之间。
手术机械臂每使用10次，就需强制性更换，平摊下每台手术的耗材收入在600-3,500美元之间。达芬奇手术机器人价格在各地域差别较大，例如 da Vinci X 在美国售价为250万美元，考虑进口关税和运输、销售成本等，在中国售价高达350万美金。
2020年公司耗材收入为24.6亿元，占比56.4%；服务收入7.24亿美元，占比16.6%；系 统收入11.8亿美元，占比27.1%。
从各项收入占比来看，经常性收入（耗材收入和服务收入）超过七成，成为公司创造营收的主要组成。
值得一提的是，达芬奇手术机器人经营性租赁收入近年来显著提升，近三年租赁平均单价为 36 万美元，2015-2020年复合增长率高达90.8%，增速远高于其它收入类型，2020年达到 1.77 亿美元。
公司为持续在技术和产品上保持全球领先，研发费用逐年提升，2020年研发支出高达6亿美元，占总营业收入比例达13.7%。
2.4.3、启示：唯有坚持底层创新，国产品牌才能实现弯道超车
我们总结直觉外科公司成功经验：
一、坚持临床需求为导向，不断拓宽产品适应症。
第一代达芬奇手术机器人适应症仅包含泌尿外科和胸腔外科，经历多年发展，达芬奇手术机器人获批的手术范围越来越广，包括：妇产科腹腔镜手术、泌尿外科腹腔镜手术、普通外科腹腔镜手术、心胸外科胸腔镜手术、头颈外科腔镜手术等。
使用达芬奇手术大大降低传统腹腔镜手术难度，减少术后并发症等，一些复杂的手术，如前列腺切除术、袖状胃切除等应用手术机器人进行具有较大优势。适应症的拓展，丰富了产品应用领域，形成了平台效应，扩大了营收范围。
第二，坚持产品创新为标准，不断丰富产品使用功能。
第一代达芬奇手术机器人搭建了基础的三大部件，成像系统、外科医生控制台、床旁机械臂系统；第二代提升了 3D 视觉系统及 da Vinci S 机械臂系统；第三代增加双外科医生控制台、VR 增强培训计划及单孔技术；第四代推出桌面运动，实时调整机械臂和患者位置，增强视觉系统清晰度和色彩准确度。
从临床上，随着达芬奇手术机器人的迭代优化，它不断提升复杂手术的可操作性、机器人手术的精准度以及医生的操作便利性。
第三，坚持专利布局为根基，不断构筑公司核心壁垒。
手术机器人公司发展初期应该重视技术创新，专利布局，建立其核心壁垒。在过去的 20 多年间，达芬奇手术机器人能够在市场中一家独大的原因在于其在实时计算和成像、机械交互、仪器制造等方面构建的坚实基础，离不开公司专利布局形成的核心壁垒。
根据公司年 披露，截至 2020 年 12 月底公司拥有专利 4,000 多项，包括多自由度机械臂、前端器械、三维视觉、人机交互等方面，几乎覆盖了所有同类外科手术机器人的技术保护点，甚至手术控制台的踏板颜色都已申请专利。
第四，坚持商业模式创新为引导，不断提供公司现金流。
手术机器人公司发展中期应当创新性创造适用于本地医疗系统的商业模式。
通过多年的积累，直觉外科公司的营收不仅只依赖于售卖手术系统。
从收入结构方面来看，直觉外科公司以经常性收入为主，包括耗材收入、服务收入和经营性租赁收入，且呈现逐年放大的趋势。
因此，坚持从产品性能本身着手，不断推陈出新，发展更多产品适应症，满足更加丰富的临床需求，给医生带来便捷的操作体验是手术机器人公司发展的根基。
短期内，成长初期的公司可能面临入不敷出的情况，但随着产品获得各类认证审批，产品市场认可度、销量不断提高，盈利能力迅速改善，实现公司、终端、市场的共赢。
3、腔镜、骨科机器人引领市场，其它领域机器人百花齐放
3.1、腔镜手术机器人是市场空间最大、商业化最成功的手术机器人代表
腔镜手术机器人是商业化最成功的手术机器人代表。凭借微创、精细、灵活、滤震、学习周期短、辐射减少等显著优势，极大地扩展了外科医生的手术能力，有效解决传统手术所面临的各种问题。
因此在泌尿外科、妇科、普外科、心胸外科、头颈外科等领域得到了广泛的应用。以直觉外科公司为例，通过其机器人系统不断更迭和术式演变，为腔镜手术机器人的发展形成重要参考。
2000-2020年直觉外科公司收入从0.27亿美元增长至43.6亿美元，复合增速为29%，净利润从0.23亿美元增长到10.7亿美元，复合增速26.9%。达芬奇装机量、耗材产出、服务收入稳健增长，其中耗材占比逐渐提升。腹腔手术机器人是市场空间最大的细分品类，长期以来被直觉外科公司垄断。
2021年10月，医疗器械巨头美敦力宣布Hugo手术机器人获得CE批准上市，用于泌尿科和妇科手术（此两类手术量约占所有机器人手术的一半），结束了直觉外科全球一家独大的局面。
全球腔镜手术机器人市场高速发展。
根据 Frost & Sullivan 数据，2016~2020年，全球腔镜手术机器人市场规模从27.1亿美元增加到52.5亿美元，复合增速为18.0%，预计到2026年将达到180.1亿美元，复合增速22.8%。
2016-2020 年，中国手术机器人市场规模从 6.7 亿元增加到 20.7 亿元，年复合增速 52.9%，估计到 2026 年将达到 150.5 亿元，复合增速 39.2%。2020 年国内腔镜手术机器人保有量 189 台，相比美国等海外国家还有极大的空间。
2013 年以前，国内年装机量基本低于 5 台，2014-2018 年新增在 10 台左右，2019、2020 年增加至 50 台以上，后续有望呈现高速增长。目前中国腔镜手术机器人处于绽放前夜。
国产腔镜手术机器人厂家较多，2021 年 10 月 26 日，NMPA 批准了威高手术机器人公司生产的创新产品“腹腔内窥镜手术设备”的注册申请。
此前，微创机器人的蜻蜓眼?DFVison?三维电子腹腔内窥镜于 2021 年 6 月 8 日获批上市，微创图迈手术机器人正在注册申请阶段。我们预计 5 年内年，将有多家国产机器人完成临床试验并获批，国产腔镜机器人进入大时代。
3.2、骨科手术机器人是国内发展最早，竞争最激烈的细分品类
骨科手术机器人是利用机器人、导航定位、自动控制、先进传感器等新技术，为外科医生提供稳定的操作平台、精确的定位和智能的操作手段的创新医疗设备。就应用场景而言，骨科机器人在脊柱外科、关节外科和创伤复位等领域发展较为成熟。骨科手术机器人通常包括主控台、机械臂、光学跟踪系三大主体结构，以及导航定位工具包和手术计划与控制软件。
手术操作流程如下：
（1）通过影像设备扫描得到患者损伤部位图像，将图像传至主控台完成识别，医生通过主控台设计手术螺钉方向、入点及深度设计，完成手术规划；
（2）在手术过程中，机械臂可辅助医生进行手术区域精确定位；
（3）同时光学跟踪系统进行实时位置监控，一旦出现定位差错，可引导机械臂自动纠错。骨科手术机器人精度可达到亚毫米级，在微创术式、高危险区域具有明显优势，降低传统手术精度低风险高、创伤大等难点，有效减少术后并发症，以及降低医生辐射等。
在骨科手术机器人操作过程中，计算机虚拟对象、导航系统和病灶物理对象是 3 个必不可少的重要组成部分，与之对应的图像与规划技术、导航配准技术和目标跟踪技术是手术过程中的几个关键技术。