研发人员占比超50%，手术机器人和导航上游的隐形冠军NDI制霸空间测量、定位产品赛道

2023-10-14 00:10

手术机器人国产替代上演得如火如荼，纷纷剑指达芬奇时，有一个角落却呼声甚微。这就是手术机器人必不可少的核心部件——光学跟踪相机。

传统手术微创化，微创手术智能化、精准化，是未来医学的发展趋势。其中，手术中的定位设备是保证手术的安全，精准和有效的重要工具。通过光学跟踪相机等定位工具，医生可以在实时三维图像上准确地看到器械相对于手术目标的位置和手术路径，使得手术更直观和可控。

专注研发和生产医疗定位产品的加拿大公司——Northern Digital Inc.（以下简称：NDI）是光学和电磁测量跟踪解决方案的全球领导者。

据相关企业年报和招股书显示，四川锦江电子医疗器械科技股份有限公司的磁定位板及磁传感器、北京天智航医疗科技股份有限公司的光学跟踪相机、上海微创电生理医疗科技股份有限公司的磁线圈定位单元和传感器的核心测量设备均由NDI供应或联合研发。

Polaris^®光学测量解决方案：亚毫米精度，可同时跟踪多个工具

NDI自1981年成立之初就专注于测量系统的研发及应用，旗下拥有两大技术平台——光学测量技术和电磁跟踪技术。

1984年，NDI就推出了第一代3D实时光学测量产品WATSMART。随后，公司又相继推出多款光学跟踪系统。直到1996年小型、轻便且具有成本效益的Polaris光学跟踪系统推出后，NDI正式成为医疗赛道光学测量技术的领导者。

Polaris^®共有两款核心产品系列——Polaris^® Vega和Polaris^® Lyra。这两个系列又分为四款产品。这四款产品在硬件尺寸、测量速率、延迟、噪音、准确性、数据连接和安装方面都拥有不同的选项和规格，能为客户提供定制化服务。

Polaris^® Vega的三款光学跟踪器分别是Polaris^® Vega ST、Polaris^® Vega VT和Polaris^® Vega XT。其中，最新一代的Polaris^® Vega XT光学跟踪器于2022年6月发布，相较于前两代，该产品在测量精度、高速跟踪和低延迟等性能上都得到了较大程度的提升。

Polaris^®Vega XT 图源：NDI官网

1、更高的准确度：Polaris^® Vega这三款产品的测量体积精度都达到了0.12mmRMS，95%置信区间的测量精度达到0.20mm，是其前身Polaris^® Spectra的两倍。

2、更快的测量速率：Vega XT还提高了收集和处理跟踪数据的频率，从Vega ST、Vega VT的60 Hz提高到250 Hz。即使同时跟踪多个对象，帧频也将保持不变。

3、更低的延迟时间：Vega XT的运行延时小于3ms，相较于Vega ST、Vega VT的16ms，性能提升了近六倍。这使得跟踪信息能在系统内快速、高效地传输。即使同时跟踪多个手术工具，信息传输帧率、速率也不会降低。

4、增强型通信协议：除了TCP协议外，Vega XT还新增了不可靠无连接、实时性高的UDP协议。该协议在数据发送前，不需要提前建立连接，所以可以更高效地传输数据，能在时间敏感的应用程序中提供更灵活的无线主机通信。

5、集成更多手术器械：Vega XT包括软件、源代码和API接口工具，可简化OEM设备的设计与开发，加快与OEM设备应用程序的集成。Vega XT最多可同时装载25个被动手术器械，每个工具的最大标记数量为6个单面或20个多面。

第四款产品Polaris^® Lyra的光学测量性能和Polaris^® Vega相似，但Lyra系统的定位传感器小巧轻便，方便用户将系统直接安装在病人检查台或整合到其他硬件系统中，整个测量系统的整合和安装步骤简单快捷。

Polaris^®Lyra 图源：NDI官网

Vega的测量速率和体积精度约是Lyra（125 Hz，0.20mm）的两倍。但Lyra的重量仅为0.8kg，约是Vega XT（1.7kg）的二分之一，是专注于单个身体部位应用的理想解决方案，适合安装在OEM医疗系统或手术套件内的任何位置。

电磁跟踪系统：可精准定制，也可快速辅助OEM设备开发上市

2003年，NDI推出了Aurora电磁（EM）跟踪系统，增加了公司在空间测量领域的布局。Aurora电磁跟踪系统由磁场发生器、系统控制器、工具联结器和定位线圈这四个部分组成。该设备可在传感器被遮挡的条件下进行精确、实时的空间三维测量。

Aurora^®电磁跟踪系统图源：NDI官网

具体而言，磁场发生器（FG）发出低强度、变化的电磁场，用于感应该电磁场的微型传感器线圈可以嵌入到探针、穿刺针、导丝、导管、超声探头等手术工具中。

接着，线圈产生的微弱电流被传递到Aurora的传感器接口单元（SIU）后经过数字化和放大处理后，再以信号的形式传输到系统控制单元（SCU）中，从而计算出线圈所处的具体位置，实现精准定位。

Aurora电磁跟踪系统的优势主要有以下两点：

● 采用电磁跟踪测量原理，抗干扰无遮挡效应

Aurora所发射的磁场不受人体或一般物品的衰减影响，可在具有医用级别金属的环境中工作，并准确跟踪非铁磁体植入针，保持测量精度和范围。

● 两种自由度的九款产品，适应OEM设备的定制化需求

微型传感器线圈有五个或六个自由度（5DOF/6DOF）两种规格的九款产品。

5DOF/6DOF 图源：NDI官网

Aurora的九款传感器的尺寸、引线长度均有所不同，以此来适应电生理介入、内窥镜跟踪和穿刺介入等OEM医疗设备的差异化配置需求，为外科手术和介入医疗器械提供更有效且可靠的电磁定位。

应用场景图源：NDI官网

微型传感器线圈参数

数据来源NDI官网，动脉网制图

作为一款可定制化的全能设备，Aurora可同时在一个磁场测量范围内定位多达32个5DOF或16个6DOF的手术器具。

2011年，NDI被美国综合性软件公司Roper Technologies收购，次年，Roper Technologies又收购了Ascension Technology。Ascension的加入为NDI带来了新的电磁跟踪解决方案——3D Guidance。

3D Guidance 图源：NDI官网

由下图对比可知，3D Guidance无论在性能还是适配性上都与Aurora存在一定差异，但3D Guidance的定位实际上是一款即用型组件传感器，研发目的是为了帮助OEM设备加快开发进度并缩短产品上市时间。

Aurora和3D Guidance参数对比

数据来源NDI官网，动脉网制图

销往全球三十多个国家，

已在中国设立亚洲总部

成立近半个世纪以来，NDI不断发展其在医疗定位产品上的研发及生产优势，已将各类设备销往全球超三十个国家和地区。

除了前文提及的合作客户外，NDI也与全球多所知名高校建立了长期合作关系，如清华大学，上海交通大学，复旦大学，哈佛大学医学院，东京大学等。并且，NDI现在在全球拥有接近300名员工，其中一半以上为研发人员。

谈及NDI在中国的本土化发展问题，NDI亚洲总部负责人David 徐向动脉网介绍道，“为了更好地为包括中国在内的亚太区域的客户服务，早在2002年公司就在香港特别行政区设立亚太区总部，同时也通过代理商提供商务和技术支持，未来更有计划建立自己的本土化服务团队。”

光学和电磁定位设备是手术导航产品不可或缺的重要组成部分。据弗若斯特沙利文数据显示，全球手术机器人市场规模预计将从2022年的85亿美元增长到2027年的184亿美元，2022年到2027年的复合年增长率为16.6%。

身处产业链上游的NDI所面对的不仅是价值百亿美元的手术机器人市场，还有内窥镜等多种介入手术设备市场。仅以中国医用内窥镜市场来看，虽然我国内窥镜市场起步较晚，据中国医疗器械协会统计，我国内窥镜市场年均增长率将保持在20%左右。受益于我国行业政策的扶持、下游市场需求和设备普及率的上升，我国医用内窥镜的市场规模正在逐年扩大。

面对中国乃至亚太充满潜力的新兴医疗市场，David 徐表示，“我们把亚太市场尤其是中国市场作为未来10年的重要市场，以此共识为基础来规划公司的资源配置。我们也将通过其他地区最前沿的应用案例来与亚太市场的医疗设备客户共享，一起合作开拓新的技术和产品。”