百亿蓝海蓄势待发，手术机器人国产替代浪潮下的黄金赛道 ...

陈肥

公众号：BFT机器人

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从直觉外科看手术机器人商业化之路
自2000年首款达芬奇手术机器人获批以来，直觉外科在手术机器人市场的龙头地位便逐渐巩固，截止2021年末，全球达芬奇手术机器人累计装机量6730台，美国地区增长稳定，其他地区尤其是亚洲也强势发力。
凭借手术机器人本身具有的微创化、精准化、智能化的优势以及达芬奇手术系统EndoWrist可转腕手术器械专利、3D高清影像技术、主控台的人机交互设计的核心技术优势，直觉外科的寡头垄断地位牢不可破，赢得医生的广泛青睐，并通过固定医生的操作流程和使用习惯，进一步增强客户粘性。
手术机器人具有高技术壁垒、高准入门槛、高附加值的特点。
直觉外科能够保持20年的增长，依靠专利保护壁掌握市场主导权，配套耗材服务持续拉高盈利空间。近期在产品与技术、商业模式、销售模式均具备出众水平，占据领先优势。

• 产品与技术
  

达芬奇手术系统拥有包括多自由度手术机械、前端手术器械、三维立体视觉定位、人机交互等的4000多项相关专利，几乎覆盖了现有同类手术机器人的所有技术保护点，且目前尚未出现更好的替代技术，并通过加大研发投入实现产品不断升级换代。直觉外科依靠核心技术专利构筑的壁垒，牢牢把握市场主导权。

• 商业模式
  

“仪器+耗材+服务”剃须刀模式，高值耗材机器警单条价格约为10万元，最多只能使用10次，使用次数超过上限就必须更换新的机械警才能重启，同时为客户提供机器人的日常维护和培训服务，并通过os软件的创新升级，优化提升客户体验。耗材和服务为直觉外科带来了可持续的营业收入2021年，直觉外科总收入达57.1亿美元，其中仪器收入仅占29.64%，耗材和服务收入分别占54.29%和16.04%。

• 销售模式
  

直销和分销并行，销售与租赁共举。直觉外科分区域采用不同销售渠道，通过直销机构向美国、欧洲、中国、日本、韩国和印度提供产品；在全球其他市场，通过分销商提供达芬奇产品，形成以美国为中心向海外渗透的全球化布局。系统销售与系统租凭相结合的方式则有效提高了客户的使用灵活性和系统投放量，系统租赁占比从2015年的12.8%增长至2021年的49.59%，经营租凭作为主要租赁形式更是促进了装机量和手术量的显著提升，得到了基层市场大力支持，未来达芬奇手术机器人有望进一步拓展至基层医疗市场。
3.1.直觉外科瞄准手术机器人市场，系列产品迭代稳中有新
直觉外科发展经历初创期、市场导入期、全球扩张期与快速发展期。

• 1995-1999初创时期
  

手术机器人技术最早来源于美国斯坦福研究院(SRI)，1995年弗雷德里克·莫尔(FredericMoll)成立直觉外科(ntuitiveSurgical)公司，通过引入投资购买SRI手术机器人专利，并组建工程师团队。1999年，直觉外科公司成功研制出第一代达芬奇机器人外科手术系统。

• 2000-2004市场导入期
  

2000年，公司在纳斯达克交易所成功上市获得公募基金4600万美元，多种手术产品获得FDA批准。另外直觉外科与竞争对手ComputerMotion进行多年的专利诉讼，于2003年收购ComputerMotion，初步奠定手术机器人领域的龙头地位。

• 2005-2014全球扩张期
  

公司分别推出达芬奇第二代S、第三代Si、第四代Xi手术系统，其手术机器人系统逐步走向全球。随着全球外科医生对机器人辅助手术接受程度的提高，公司仪器配件、系统服务随之快速创新。

• 2015至今快速发展期
  

深入了解客户体验、完善整体生态系统支持，坚持产品创新升级和收购布局。
快速增长市场的领导者，直觉外科股价最高涨幅超100倍。直觉外科公司成立于1995年，2000年6月登陆纳斯达克，是机器人辅助微创手术领域的全球技术领导者，成为华尔街青睐的高科技股票。公司上市期初股价仅为9美元，市值4600万美元。截至目前公司股价为194美元，市值超700亿美元。公司上市22年间，股价最低为3美元，最高超35美元，股价最高涨幅超100倍
直觉外科坚持创新更迭，提升系统性能与用户体验。1999年，直觉外科成功推出公司核心产品:第一代达芬奇机器人外科手术系统。2000年获得美国FDA(食品药品监督管理局)临床许可，成为世界第一个机器人腹腔镜手术系统。公司注重结合实际手术过程中的具体问题对产品进行迭代，研发力度强，更新速度快。2006年研发出第二代产品DaVincis；2009年研发出第三代产品DaVincisi；2014年推出第四代产品DaVinciXi；2017年推出第四代产品DaVinciX；2018年推出第四代产品DaVincisP。2019年，公司开发lon系统，用于肺部活检，改进传统活检的不足。
开发整合吻合、仪器、动力系统和视觉系统核心技术，领跑手术机器人行业。在吻合器方面，直觉外科首创全腕式腹腔镜吻合器，围绕重要结构定位并进入狭窄的深空间来实现横断和切除；在仪器方面，达芬奇采用EndoWrist技术模拟人体手腕获得全腕式仪器，提高指尖控制和手术精度，在可视化方面，达芬奇外科医生控制台和内窥镜光学系统共同提供身临其境的手术体验，凭借高度放大的3DHD视觉和真实的深度感知，有助于识别结构并在解剖结构中保持定向。
公司构建“医护-产品技术-教育培训-信息反馈”生态系统，形成具有凝聚力的生态圈。最核心的圈层是手术实施接受方:医护双方和医院系统，其外圈层是公司的体化的产品和技术革新，这个部分为手术提供器材支撑，再外圈层是医护人员和技术研发人员的教育和培训，这个部分为系统器材的正常运转提供保证；最外圈层是医护人员对设备更新提供的信息反馈和支持，有助于进一步更新手术机器人的系统。“医护-产品技术-教育培训-信息反馈”四者形成良性循环，构成达芬奇生态圈生态圈。


3.2.手术机器人技术壁垒高，直觉外科专利筑起护城河
专统开放式-腹腔镜手术-机器人辅助式微创手术，减少病人手术风险。
腹腔手术发展趋势由使用手工器械的传统开放式手术，到使用小型器械通过单个或多个微创创门介入到体内的微创手术，再到机器人辅助微创手术，从临床应用、手术创口和手术器械三方面逐渐减少病人手术风险。医疗手术机器人的微创化、精准化、智能化和共享化等重大优势使其可以通过微小创口进行远程操控，拓展和增强手术医生的操作能力，使得手术创伤减小，失血、感染及并发症风险降低，术后恢复周期缩短。
达芬奇拥有三个关键核心技术：EndoWrist可转腕手术器械专利、3D高清影像技术、主控台的人机交互设计。
达芬奇手术机器人代表着当今手术机器人的最高水平。与传统开放手术、腹腔镜手术相比，达芬奇手术机器人在手术控制、成像技术、灵活性和精准度、稳定性和医生姿势等方面具有明显优势，让复杂的微创手术变得更加简单，能够达到更接近理想的手术效果、更小的创伤和更大的患者适用范司
手术机器人行业存在技术壁垒，专利授权为达芬奇筑起护城河。
直觉外科手术公司目前在全球范围内对手术机器人技术领域形了较强的垄断，其专利申请时间早、布局区域广、布局技术点多，利从数量和质量上，都远超同领域的竞争者，形成了较强的专利保护壁垒。
截至2021年12月31日，直觉外科公司拥有4000多项美国和外国专利的所有权或独家使用许可，并已提交了2000多项美国和外国专利申请。按系统专利分布来看，直觉外科主要在患者平台、图像系统和医生平台三个方面进行布局，其中56%的专利集中在患者平台开发与改进上，这三方面的专利布局包括了达芬奇手术机器人产品的完整系统架构。按专利技术分布来看，各技术布局较为均匀，其中控制装置专利占比最高为30%，未端执行器和机械警分别占比24%和20%。
达芬奇手术机器人仪器的重点技术主要分布在未端执行器、运动控制和视觉感知部分。根据专利被引用次数、技术代表性和布局区域范围等多个角度进行筛选核心专利，直觉外科手术公司在未端执行器的腕关节发展自己的技术，首先开发Endowrist系列的腕部结构，并在后续针对腕关节做了改进。
运动控制中，直觉外科手术公司的主要发展方向在于主从控制技术、力控制和主手部震额滤波等。视觉感知中，达芬奇手术机器人提出力反馈视觉和图像捕获等技术。公司早期针对本体结构和运动控制相关的技术，进行了核心专利的布局，但人际交互和视觉感知方向是达芬奇今后和未来一段方向的发展重点。
3.3.直觉外科装机量增长强势，多临床应用推动全球手术量
美国为达芬奇装机量第一大市场，亚洲市场份额增长前景广阔。
截止2021年末全球达芬奇手术机器人累计装机量6730台，相比于2020年装机量增加约12%其中从达芬奇系统装机量全球区域发布情况来看，美国4139台，欧洲1199台亚洲1050台，美国为达芬奇手术机器人的最大销售市场。
2013-2021年间，美国、欧洲和亚洲达芬奇装机量的复合增长率分别为8.96%、12.24%和26.61%亚洲达芬奇装机量增长速度最快。从美国、欧洲、亚洲装机量占比变化趋势来看美国达芬奇装机量占比从70.23%下降至61.5%，亚洲达芬奇装机量从5.36%增长至15.6%。综合来看，亚洲达芬奇市场份额增速和占比变化均稳中向好，未来有望成为新的增长动力。
在售达芬奇为第四代手术机器人，单控制台xi系统成市场明星产品。当前市场所售达芬奇系统大多为第四代最新产品，包括Xi系统、X系统和SP系统。达芬奇手术业务大致分为两类：癌症手术和良性疾病手术，癌症及其他高难度手术比良性疾病手术有更高报销比率，良性疾病手术价格敏感性更高。Xi手术系统为X系统高配版，功能产全，配备先进仪器，主要针对高难度复杂的手术领域，达芬奇X手术系统性价比高，主要针对价格敏感的良性疾病手术，SP手术系统增加单孔技术，使外科医生能够访问狭窄的空间。2021年达芬奇出货量总计1347台，其中单控制台Xi系统投放824台，占比61%，成为达芬奇手术机器人销量最高产品。
达芬奇临床适用范围广泛，扩大微创手术需求。达芬奇手术机器人是目前世界范围应用广泛的一种智能化手术平台，迄今有将近70种的达芬奇临床应用，跨域多个临床专业领域：普外科、泌尿科、心血管外科、胸外科、妇科、五官科、小儿外科等进行微创手术。数十年来，微创手术技术的发展给外科手术的发展带来了革命性的变化，而以达芬奇手术机器人为主的内窥镜型外科手术机器人进一步拓宽了微创手术的范畴，引领着微创手术的高新技术和前沿水平。达芬奇手术机器人是当今全球唯一获得FDA(美国食品与药品监督管理局)批准应用于外科临床治疗的智能内窥镜微创手术系统。


全球手术量美国占比七成，美国境外手术量保持高速增长。
截至2021年12月达芬奇手术系统已完成超过1000万台的机器人辅助手术。2021年全球使用达芬奇手术系统进行了159.4万例手术，相较于2020年增加28.24%，主要是受到美国普通外科以及全球泌尿外科手术量增长推动。从手术量增长率来看，2011-2021年间，美国境外达芬奇全球手术量增长速度高于美国手术量增长速度。由手术量区域构成来看，2011-2021年美国境外达芬奇手术量占比从19%增长至30%，美国市场仍是达芬奇系统的第一大市场，但美国境外手术量增速可观且占比持续扩大，该市场有望成为未来新的增长动力。
泌尿外科是美国境外最大规模手术类型，但增速低于普通外科手术。从手术类型占比来看:2021年泌尿外科手术占比54.43%，普通外科手术占比20.82%，泌尿外科是美国境外最大规模手术类型，这是由于达芬奇第四代产品进入美国境外国家时间较晚。从增速来看:2021年，泌尿外科手术量增长至26.4万例，增长率为23.36%；普通外科手术量增长至10.1万例，增长率为48.53%，近年来，普通外科手术量增长率高于泌尿外科手术量增速，未来增长潜力可观。
3.4.商业模式持续创新，优化销售和客户支持
采用本地直销与海外分销渠道，形成以美国为中心向海外渗透的全球化布局。
直觉外科分区域采用不同销售渠道，通过直销机构向美国、欧洲、中国、日本、韩国和印度提供产品；而在全球其他市场，通过分销商提供达芬奇产品。2002-2021年间，直觉外科的全球布局以美国市场为销售中心，美国本士的营业收入占比均在70%左右，并且逐渐向欧洲、亚洲地区辐射渗透，美国境外地区营业收入占比从18%增长至31%，美国境外的不断拓展有望为营业收入提供新一轮的增长动力。2019年1月，直觉外科与复星医药成立直观复星合资企业，该合资企业直观复星作为直觉外科代理商，负责达芬奇手术机器人在中国大陆的独家经销。
仪器与配件收入占比过半，成为营收第一增长动力。
直觉外科业务板块分为仪器与配件收入、系统收入和服务收入。达芬奇系统单价通常在50万美元到250万美元之间；每例外科手术可获取600至3500美元的仪器和配件收入，系统出售或租赁时签订服务合同，年费在80，000美元至190000美元之间。
从增长速度来看，2010-2021年间，仪器及配件收入从5.29亿元增长至31亿元，复合增长率17.44%；系统收入从6.6亿元增长至16.9亿元，复合增长率为8.9%；服务收入从2.24亿元增长至9.2亿元，复合增长率为13.67%，仪器与配件板块收入增速快于另外两大业务板块。
从占比来看，仪器与配件业务收入占比在50%以上，并呈现持续小幅增长趋势，由此可见，仪器与配件收入是直觉外科营收的第一增长动力。
系统销售与系统租赁相结合，新型合同助力系统灵活销售。
系统租赁包括销售型租赁、经营型租赁和基于使用安排的租赁。
从合同方式来看，直接销售和销售型租赁均出让系统所有权，区别在于直接销售为交易时点全款支付交易，销售型租赁为分期付款，经营型租赁和基于使用安排租赁承租方拥有系统使用权而非所有权，两者区别在于经营型租赁按期付款，且在租凭期结束时有权收购系统，基于使用安排的租赁按系统使用次数收费。
从收入确认方式来看，直接销售和销售型租赁在交易时点确认收入，经营型租赁和基于使用的租赁在租赁期内以直线方式确认收入。系统租赁为客户提供购买系统的灵活性。
租赁形式的系统投放增速可观，持续拓展释放市场需求。
从投放量增速来看，2015-2021年间，租赁形式的每年系统投放量从41台增长至668台，复合增长率高达49%；直接销售形式的每年系统投放量从390台增长至679台，复合增长率为8.24%，租赁形式的系统投放增速远高于直接销售形式。
从占比来看，同期，系统销售占比从2015年的87.2%下降至2021年的50.41%，系统租赁占比从2015年的12.8%增长至2021年的49.59%。
因此，系统租赁成为市场系统投放的重要方式，新型系统租赁合同有助于为客户提供系统使用的灵活性，提高达芬奇系统投放量，释放市场需求，为达芬奇销售提供新的增长动力。
经营型租赁为系统租赁的主要形式，经营租赁收入增长速度整体快于销售租赁收入。
2021年系统量中，系统销售占比50.41%，经营型租赁(含基于使用安排的租赁)占比38.38%，远高于销售型租赁占比11.21%，因此未来经营型租赁将是系统租赁的主要形式，同时根据2021年系统销售增长率34.72%和经营租赁系统投放增长率63.09%来看，经营租赁有望替代系统销售成为第一大销售方式。2018-2021年间，销售租凭收入从0.69亿元增长至2.2亿元，复合增长率为33.63%，经营租赁收入从0.51亿元增长至2.77亿元，复合增长率达52.6%，因此经营租赁收入增长速度高于销售租赁收入增长速度.
产品毛利率整体略高于服务毛利率，产品毛利润为直觉外科毛利润提供主要增长动力。
从产品和服务毛利率来看，2014-2021年间，产品毛利率稳定在70%左右，服务毛利率稳定在66%左右，因此产品毛利率略高于服务毛利率。
从产品、服务毛利润数额和增长率来看，2014-2021年间，产品和服务毛利润整体变化稳定且趋势致。2021年产品毛利润增长38%至33亿元，较高的产品毛利主要由于较高的产品收入和较高的产品毛利率推动。2021年服务毛利润增长38%至6.29亿元服务毛利润的上升，反映了达芬奇外科系统装机量增加进而推动的服务收入。
从产品和服务毛利润占比来看，2014-2021年间，产品毛利润占比从80.12%增长至84.03%，服务毛利润占比从19.88%下降至15.97%，
由此来看，产品毛利润占比呈现小幅增长趋势，产品毛利润是推动直觉外科毛利润增长的主要动力。
04

重点公司分析
4.1.微创机器人：五大“黄金赛道”业务全覆盖，国产手术机器人先驱者
产品覆盖五大“黄金赛道”，多款手术机器人获批上市。
微创机器人是目前全球唯家业务覆盖腔镜、骨科、泛血管、经自然腔道和经皮穿刺五大“黄金赛道”的手术机器人公司，产品组合包括3款已获NMPA批准的产品及7款处于不同研发、临床、注册阶段的候选产品。
其中，蜻蜓眼DFVision三维电子腹腔内窥镜、图迈腔镜手术机器人及鸿鹄骨科手术机器人已分别于2021年6月、2022年1月及4月获得NMPA批准。核心产品图作为唯一一款由中国企业自主研发并上市的四臂腔镜手术机器人，也是国产首个全面覆盖胸腔、腹腔、盆腔领域临床应用重要复杂术式的腔镜手术机器人，是我国在腔镜手术机器人这一核心领域的前所未有的突破。
微创作为国产手术机器人中最为领先的公司，完备的产品布局有助于其在庞大、快速增长及低渗透率的中国手术机器人行业中充分把握市场机遇，实现进口替代。
商业化舆图已成，期待放量。
2021年公司实现营收215万元，此为公司的首次获利，主要来自旗舰产品之一靖眼DFVision三维电子腹腔内窥镜获批后的推广和销售。2021年销售费用达0.79亿元，同比增长2840.5%，物业广房及设备达3.61亿元，较2020年同期扩大8倍，存货增加至1.1亿元，公司商业化进程不断加速。2022年图迈和鸿鹄批准上市，商业化进程迈入新的阶段，预计将拉动营收进一步增长。
由于蜻蜓眼与图迈的手术应用和客户群体重合度较大，靖蜒眼这块敲门砖”为图迈手术机器人走向市场奠定了良好的基础，有望实现快速入院及放量增长。同时，通过降低我国机器人手术成本，减轻患者经济负担与医疗支出，在未来实现我国机器人手术的快速发展与普及，届时，微创作为率先实现商业化的国产品牌有望构筑先发优势占据更多市场空间。
4.2.精锋医疗：深耕腔镜手术机器人，商业化突围在即
多孔及单孔腔镜手术机器人的关键性临床试验启动，产品组合协同效应显著。
公司布局以机器人技术为中心的产品管线，包括多孔及单孔腔镜手术机器人、自然腔道手术机器人及高端微创手术器械产品。
其中，核心产品多孔腔镜手术机器人MP1000及关键产品单孔腔镜手术机器人SP1000已启动关键性临床试验，且均具备通过绿色通道进行国家药监局有关创新医疗器械的快速审查资格，有望在不久后获批上市。MP1000及SP1000的设备兼容性可带来显著的商业化协同效应，透过共享相同的医生主控台及三维高清影像系统，医生可灵活切换MP1000与SP1000，对于医院而言，既降低了采购成本又提高了手术室空间利用率，对于公司而言，交叉销售及追加销售的机会大大提升，用户忠诚度及市场占有率有望增强。
4.3.天智航：营收与产品应用量双增，创新驱动骨科手术机器人再突破
营收增长及机器人辅助手术量提升，市场拓展加速。
2021年实现营业收入1.56亿元，同比增长14.80%，公司形成了以骨科机器人销售为核心，配套手术耗材、手术工具生产为辅的业务模式，以期满足终端客户的需求。
其中，骨科机器人作为主要业务，2021年实现营收1.15亿元，同比增长2.79%，骨科手术机器人辅助医生开展骨科手术量超过1万例，同比增长超过60%。公司通过对不同层级医疗机构提供全方位服务，包括打造培训平台培养客户粘性等，不断开拓国内外市场，目前公司第三代骨科机器人产品已在国内100余家医疗机构进行了常规临床应用，累计完成超2万例手术，领先优势有望继续保持。
4.4.威高股份：技术从追赶到超越，5G远程手术触手可及
国内首家获批上市的腔镜手术机器人系统，填补国内空白。
公司产品组合包括“妙手s”手术机器人、三位腹腔镜、3D内窥镜摄像系统、微创骨科手术机器人、磁导航手术机器人等设备。
2014年至2019年间，威高手术机器人在中南大学湘雅三医院开展103例临床研究，2019年至2020年，威高“妙手S”手术机器人在中南大学湘雅=医院和青岛大学附属医院共完成168例临床实验，一路追赶国外先进技术。2021年10月，威高腔镜手术机器人正式通过NMPA审查，成为国内首家获批的腔镜手术机器人，填补了国内空白，打破了国外技术垄断，为降低机器人手术成本及国产手术机器人临床手术大规模的开展奠定了良好的基础，威高手术机器人也期望借此机会实现国产替代，以性价比优势赢取更多的市场份额。
技术优势突出，探索5G远程手术的“中国模式”。
威高手术机器人系统有三点突出的技术优势：一是，运用了微创手术器械多自由度丝传动解耦设计技术，更有利于精度保持；二是，实现了从操作手的可重构布局原理与实现技术，使机器人的“胳膊”更轻，更适应手术的需要；三是，运用系统异体同构控制模型构建技术，解决了立体视觉环境下手-眼-器械运动的一致性，有效解决临床的痛点和难点，适应中国市场。
凭借技术优势，威高手术机器人成为世界上首台完成5G远程腹腔镜手术的手术机器人，目前为止共成功开展了50多例手术，也是完成5G远程手术样本量最多的手术机器人。
未来借助威高手术机器人开展的5G远程手术，有望拓展至全国范围在使优质医疗资源下沉的同时拉动产品放量增长。
文章参考：东方证券