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專(zhuān)訪元化智能孟慶虎:翻遍機(jī)器人領(lǐng)域的每一塊石頭|Healthcare View

編輯者: 發(fā)布時(shí)間: 2023-09-01

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2023年7月的南方醫(yī)科大學(xué)深圳醫(yī)院,一群人正在緊張圍觀一場(chǎng)手術(shù)。主刀醫(yī)生是中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院關(guān)節(jié)外科主任柴偉,此時(shí),他正通過(guò)主控臺(tái)操縱著一支機(jī)械臂,為一位83歲的高齡患者進(jìn)行機(jī)器人輔助下的左側(cè)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)。

現(xiàn)場(chǎng)圍觀的,則是來(lái)自北京積水潭醫(yī)院、上海東方醫(yī)院、香港大學(xué)深圳醫(yī)院等近50家醫(yī)院的資深骨科醫(yī)生。大家的視線(xiàn),始終不曾從這支裝載著手術(shù)器械的機(jī)械臂上離開(kāi)。隨著柴偉主任的熟練操控,機(jī)械臂精準(zhǔn)地完成膝關(guān)節(jié)截骨、假體植入等一系列動(dòng)作。手術(shù)順利完成,現(xiàn)場(chǎng)陣陣掌聲。

這是第九屆亞洲人工關(guān)節(jié)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)的一個(gè)會(huì)前演示,也是剛剛上市不久的元化智能首個(gè)全國(guó)產(chǎn)髖膝一體機(jī)骨科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)在深圳的首次髖膝手術(shù)直播。

2023年4月16日,由元化智能完全自主研發(fā)的錕铻?全骨科手術(shù)機(jī)器人正式發(fā)布,憑借著獨(dú)特的導(dǎo)航方案、軟件系統(tǒng)以及核心零部件,實(shí)現(xiàn)了僅一臺(tái)設(shè)備就可輔助完成髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)兩個(gè)適應(yīng)癥手術(shù)。7月初,陸軍軍醫(yī)大學(xué)張瑗教授一行將設(shè)備帶入藏區(qū),在平均海拔4000米以上的日喀則完成了多臺(tái)手術(shù),創(chuàng)造了全球海拔最高的機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)紀(jì)錄,也充分展示了這一手術(shù)機(jī)器人良好的運(yùn)行穩(wěn)定性以及在醫(yī)療資源相對(duì)匱乏的地區(qū)所能發(fā)揮的巨大作用。

而作為這一領(lǐng)先設(shè)備的原創(chuàng)研發(fā)者,元化智能實(shí)際上還僅僅是一家成立不到五年的年輕公司。

2021年3月,紅杉中國(guó)領(lǐng)投了元化智能的A輪融資,并在后續(xù)的B輪融資中持續(xù)支持,是公司最早期的投資者之一。在紅杉中國(guó)董事總經(jīng)理徐強(qiáng)看來(lái),元化智能率先在業(yè)內(nèi)完成手術(shù)機(jī)械臂、導(dǎo)航系統(tǒng)和全部軟件的自主研發(fā),實(shí)現(xiàn)核心零部件國(guó)產(chǎn)化,彰顯了其在國(guó)內(nèi)骨科手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域具備的先進(jìn)水平。

近日,紅杉匯拜訪了這家位于深圳的手術(shù)機(jī)器人公司,并與元化智能首席科學(xué)家孟慶虎做了深入的交流。在訪談中,孟慶虎分享了他一路走來(lái)對(duì)于科學(xué)以及創(chuàng)業(yè)的感悟。在他看來(lái),充分的準(zhǔn)備,加上“不急”的心態(tài),或許是創(chuàng)業(yè)道路上必備的兩個(gè)要素。

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 孟慶虎 | 元化智能首席科學(xué)家

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沒(méi)有革命性的進(jìn)展,只能屬于跟跑,而我這個(gè)人就不喜歡跟著別人跑。

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翻遍手術(shù)機(jī)器人每一塊石頭

孟慶虎是加拿大工程院院士、香港工程師學(xué)院院士,目前任南方科技大學(xué)電子與電氣工程系主任、講席教授。在機(jī)器人領(lǐng)域,他是全球著名的學(xué)者。而元化智能實(shí)際上已經(jīng)是他的第三次創(chuàng)業(yè):致力于做出全球最優(yōu)秀的專(zhuān)科醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人。

決定做手術(shù)機(jī)器人,來(lái)源于一次孟慶虎與香港著名骨科醫(yī)生梁國(guó)穗教授的聊天。

2001年,已經(jīng)在加拿大工作近十年的孟慶虎決定回國(guó),擔(dān)任香港中文大學(xué)電子工程學(xué)系教授。彼時(shí),已經(jīng)在香港中文大學(xué)威爾斯親王醫(yī)院創(chuàng)辦了矯形外科及創(chuàng)傷學(xué)進(jìn)修培訓(xùn)中心的梁國(guó)穗,聽(tīng)聞孟慶虎是研究機(jī)器人領(lǐng)域的專(zhuān)家,便熱情邀請(qǐng)他來(lái)看自己當(dāng)時(shí)所使用的骨科手術(shù)機(jī)器人。

只是,已經(jīng)輔助梁國(guó)穗醫(yī)生完成多臺(tái)手術(shù)的機(jī)器人,在孟慶虎看來(lái)卻只是一臺(tái)靜態(tài)的定位裝置。兩人一拍即合:既然這不是,那何不一起做一臺(tái)真正的骨科手術(shù)機(jī)器人?

此時(shí)的手術(shù)機(jī)器人還處于一個(gè)極早期的市場(chǎng)。日后大名鼎鼎的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人在前一年剛剛拿到FDA的認(rèn)證,六年之后才被首次引入到國(guó)內(nèi),而國(guó)內(nèi)更是沒(méi)有成熟的產(chǎn)品,更不用說(shuō)骨科專(zhuān)用的機(jī)器人。而梁國(guó)穗的另一個(gè)要求,更是讓孟慶虎始料未及。梁國(guó)穗醫(yī)生希望,如果要做,就要做出一款10萬(wàn)元以?xún)?nèi)的骨科手術(shù)輔助機(jī)器人,這樣即便是縣級(jí)醫(yī)院,也可以負(fù)擔(dān)得起。

要知道,在當(dāng)時(shí)一臺(tái)主流的手術(shù)機(jī)器人需要配備的導(dǎo)航儀就要50萬(wàn)港幣。于是,在外采購(gòu)零件進(jìn)行攢機(jī)再進(jìn)行調(diào)試改進(jìn)的路徑直接被宣告不可能,全部從頭開(kāi)始自主研發(fā),成為了孟慶虎的唯一選擇。

一般來(lái)說(shuō),一臺(tái)手術(shù)機(jī)器人的組成至少包含三個(gè)核心部分:主控臺(tái),負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理以及算法的運(yùn)行;導(dǎo)航儀,負(fù)責(zé)信息獲取以及導(dǎo)航跟蹤;機(jī)械臂,則是定位工具,負(fù)責(zé)截骨等具體操作。孟慶虎選擇先攻克的重點(diǎn)難題,是導(dǎo)航儀。

在導(dǎo)航儀的研發(fā)過(guò)程中,充分體現(xiàn)出了孟慶虎身上“不急”的特質(zhì)。

從2002年一直到2012年,孟慶虎圍繞著手術(shù)機(jī)器人導(dǎo)航儀前后做了四個(gè)大項(xiàng)目,從基礎(chǔ)研究理論到試驗(yàn)再到樣品,“將導(dǎo)航儀各個(gè)領(lǐng)域摸了個(gè)遍”,僅樣機(jī)前后就做了7、8種,甚至中間圍繞這一領(lǐng)域,還培養(yǎng)了三名博士生。

在此過(guò)程中,產(chǎn)業(yè)化與商業(yè)化從來(lái)不是孟慶虎的主要目標(biāo)。“其實(shí)我從來(lái)沒(méi)有想過(guò)今天攢一個(gè)東西,明天就到市場(chǎng)上賣(mài),還是想要踏踏實(shí)實(shí)的做里面的科學(xué)?!?/span>孟慶虎的要求其實(shí)很明確:在降低成本的同時(shí),各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)要實(shí)現(xiàn)對(duì)于行業(yè)主流產(chǎn)品的超越。

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對(duì)于導(dǎo)航儀來(lái)說(shuō),精度、刷新率、標(biāo)記物數(shù)量、精準(zhǔn)定位范圍,都是關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)。而經(jīng)過(guò)10年的探索,目前元化智能所自研的光學(xué)導(dǎo)航儀已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的超越。

以刷新率為例。通俗的來(lái)理解,刷新率意味著導(dǎo)航儀可以在每秒內(nèi)追蹤到的運(yùn)動(dòng)次數(shù),不管是手術(shù)器械的運(yùn)動(dòng)變化,還是患者的腿部抖動(dòng)。刷新率越高,意味著導(dǎo)航系統(tǒng)的追蹤能力越強(qiáng)。目前市場(chǎng)主流產(chǎn)品的刷新率一般為20、30、60Hz,而元化智能的自研導(dǎo)航產(chǎn)品則可以達(dá)到335Hz。

第二個(gè)要解決的,則是機(jī)械臂。

手術(shù)機(jī)器人通常配備一個(gè)或多個(gè)高自由度的機(jī)械臂,通過(guò)電腦算法處理,機(jī)械臂將外科醫(yī)生雙手的活動(dòng)復(fù)制成為人體內(nèi)相應(yīng)的儀器細(xì)微運(yùn)動(dòng),從而使得外科醫(yī)生能夠在較小的手術(shù)空間內(nèi)流暢及精準(zhǔn)地移動(dòng)手術(shù)器械,因此機(jī)械臂的重要性毋庸置疑。

目前行業(yè)里所普遍采用的,是通用型的工業(yè)機(jī)械臂,前期元化智能也是如此。但隨著臨床試驗(yàn)中各知名醫(yī)院骨科專(zhuān)家提出的要求越來(lái)越多,孟慶虎逐漸意識(shí)到,極限來(lái)了。

“不是我們的極限,而是機(jī)械臂的極限來(lái)了,比如剛度不夠,比如反應(yīng)速度慢,比如零重力補(bǔ)償?!币虼耍匝泄强茖?zhuān)用手術(shù)機(jī)械臂,又成為了擺在孟慶虎面向必須要攻克的一個(gè)難題。

“可以說(shuō),我們要翻遍手術(shù)機(jī)器人這個(gè)領(lǐng)域里的每一塊石頭?!?/p>

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不愿做追隨者

之所以喊出要“翻遍每一塊石頭”的口號(hào),源于孟慶虎對(duì)于科學(xué)的執(zhí)著。

作為科學(xué)家,孟慶虎本人在學(xué)術(shù)領(lǐng)域本就建樹(shù)頗多。在加拿大維多利亞大學(xué)拿下電氣與計(jì)算機(jī)工程系博士學(xué)位之后,孟慶虎在加拿大以助理教授的身份開(kāi)始了教職,又用了8年時(shí)間做到了終身正教授,后來(lái)又當(dāng)選為加拿大工程院院士。

孟慶虎的學(xué)術(shù)生涯也與機(jī)器人始終息息相關(guān)。1988年,孟慶虎在北京理工大學(xué)碩士研究生畢業(yè),論文題目就是“機(jī)器人視覺(jué)及基于視覺(jué)的機(jī)器人控制系統(tǒng)”。1992年,美國(guó)學(xué)者Rus Taylor研發(fā)出了第一臺(tái)真正意義上的骨科手術(shù)機(jī)器人ROBODOC,而這一年孟慶虎博士畢業(yè),論文是“機(jī)械臂的力和位置自適應(yīng)控制”。

在畢業(yè)之后,孟慶虎很快在Rus Taylor面前毛遂自薦。彼時(shí)Rus Taylor是機(jī)器人領(lǐng)域最權(quán)威期刊的主編,在幫助完成多次論文評(píng)審之后,孟慶虎憑借著出色的學(xué)術(shù)能力以及誠(chéng)懇的工作態(tài)度贏得了Rus Taylor以及幾位機(jī)器人領(lǐng)域國(guó)際大師的欣賞,并被推薦為多個(gè)國(guó)際頂級(jí)期刊的編委會(huì)成員和國(guó)際會(huì)議的組委會(huì)成員,與多位國(guó)際機(jī)器人領(lǐng)域的大師也成了忘年交。

這使得孟慶虎在機(jī)器人領(lǐng)域擁有著最權(quán)威的人脈資源以及最前沿的技術(shù)信息,也讓孟慶虎不愿在技術(shù)上做追隨者。

在創(chuàng)業(yè)之初將手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域選在骨科也是出于同樣原因。當(dāng)時(shí),達(dá)芬奇手術(shù)人機(jī)器已經(jīng)瞄準(zhǔn)了普外科,而孟慶虎認(rèn)為,在這一領(lǐng)域自己最多也就能和達(dá)芬奇差不多,能做的不過(guò)是微改良,“沒(méi)有革命性的進(jìn)展,只能屬于跟跑,而我這個(gè)人就不喜歡跟著別人跑?!?/span>于是孟慶虎選擇了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)還沒(méi)有一張證獲批的骨科關(guān)節(jié)置換這一領(lǐng)域。

而與此同時(shí),孟慶虎還始終在思考,如何才能在技術(shù)上尋求到真正有實(shí)質(zhì)性的突破。其中一項(xiàng)技術(shù)在2023年初終于被研發(fā)完成,并且被孟慶虎認(rèn)為是創(chuàng)業(yè)以來(lái)最具代表性的、具備“革命性進(jìn)展”的技術(shù):光聲成像軟組織導(dǎo)航。

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所謂光聲成像,指的是通過(guò)光和聲來(lái)對(duì)要掃描的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別與定位,是一種純物理學(xué)的方法,從而在術(shù)中實(shí)現(xiàn)此前必須要通過(guò)造影或是術(shù)前射線(xiàn)才能進(jìn)行識(shí)別的傳統(tǒng)手段。從技術(shù)原理本身來(lái)說(shuō),并不是一個(gè)非常前沿的理論,絕大部分人都可以理解,而真正核心的要素在于其背后的獨(dú)到算法。只有將算法研究明白,才能真正將產(chǎn)品做出來(lái)。而這一技術(shù)所能帶來(lái)的增益是顯而易見(jiàn)的。

以常見(jiàn)的腫瘤切除為例。傳統(tǒng)的癌癥手術(shù)往往需要在術(shù)前通過(guò)MRI或CT等影像手段,幫助醫(yī)生確認(rèn)癌細(xì)胞的邊界。但因?yàn)檐浗M織的特性,真正手術(shù)中醫(yī)生只能憑記憶和視覺(jué)來(lái)判斷腫瘤的大概位置以及大小。為了保險(xiǎn)起見(jiàn),往往會(huì)多切除一些來(lái)確保切除干凈。而采用光聲成像軟組織導(dǎo)航技術(shù),則可以在很大程度上避免該問(wèn)題——首先光聲成像的精度更高,其次穿透性強(qiáng),再結(jié)合自研的算法,就可以很明確地識(shí)別出細(xì)胞的差異性。“只要是跟正常細(xì)胞不一樣的,我們都可以去識(shí)別出來(lái)?!边@也避免了多切除組織給患者帶來(lái)的額外的創(chuàng)傷。

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默契的創(chuàng)業(yè)搭檔

事實(shí)上也正是這種在科學(xué)上不愿居于人后的態(tài)度,使得元化智能的產(chǎn)品可以做到在市場(chǎng)中擁有獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)力。

談到元化智能這幾年的發(fā)展,孟慶虎評(píng)價(jià)說(shuō):“首先是我們趕上風(fēng)口了,并且我們?cè)陲L(fēng)口來(lái)臨的時(shí)候,早就做好了準(zhǔn)備。而更重要的是,有愿意陪伴我們一起騰飛的投資人與合作伙伴?!?/p>

孟慶虎眼中的首位完美創(chuàng)業(yè)搭檔,是自己的妻子李艾俐。

在兩個(gè)小時(shí)的訪談中,孟慶虎多次談及自己妻子對(duì)于公司的重要?!八悄軌颡?dú)當(dāng)一面的人,執(zhí)行力非常強(qiáng)。如果要論軍功章,我想她應(yīng)得的比一半還要多得多。”

兩人從十幾歲的青年時(shí)期就相識(shí),李艾俐陪伴孟慶虎走過(guò)了三段創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷。

第一段經(jīng)歷是在上世紀(jì)80年代。彼時(shí),孟慶虎在北京理工大學(xué)讀研究生,還是學(xué)校英語(yǔ)俱樂(lè)部的負(fù)責(zé)人。李艾俐在北京的一家科學(xué)儀器設(shè)備公司工作。一次偶然的機(jī)會(huì),北展打電話(huà)給孟慶虎請(qǐng)他幫助給一個(gè)科技展覽組織翻譯工作,因?yàn)橛刑嗌婕翱萍嫉男袠I(yè)術(shù)語(yǔ),所以專(zhuān)業(yè)的外語(yǔ)院校的學(xué)生并不能勝任這一工作。這項(xiàng)工作的報(bào)酬可觀,也讓孟慶虎第一次近距離地感受到商業(yè)世界是什么樣子。于是很快孟慶虎憑借自己對(duì)于科學(xué)與行業(yè)的理解,就做起了科技儀器和設(shè)備的外貿(mào)生意,開(kāi)啟了第一段創(chuàng)業(yè)生涯。

第二段經(jīng)歷則是在孟慶虎海外求學(xué)期間。研究生畢業(yè)后,孟慶虎拿到了全額資助的自費(fèi)出國(guó)留學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金,于是前往加拿大維多利亞大學(xué)讀博。也是在此期間,李艾俐也隨之前往加拿大。博士畢業(yè)后,孟慶虎進(jìn)入高校擔(dān)任教職,兩人又開(kāi)始了自己的第二次創(chuàng)業(yè),主要做高端IT設(shè)備。

“很快我們做到了多倫多以西的Most Valuable Company?!泵蠎c虎回憶,同多年之后一樣,當(dāng)年也是孟慶虎主要負(fù)責(zé)技術(shù),而李艾俐負(fù)責(zé)公司經(jīng)營(yíng)。而在當(dāng)時(shí),兩人的經(jīng)營(yíng)理念開(kāi)始更加成熟?!爱?dāng)年IT行業(yè)也像今天的機(jī)器人一樣,屬于萬(wàn)馬奔騰,也是一個(gè)風(fēng)口,并且日后幾家大的公司在當(dāng)時(shí)還沒(méi)有完全形成對(duì)行業(yè)的壟斷。我們只瞄準(zhǔn)高端的服務(wù)器和工作站。因?yàn)椴还苁茄b一臺(tái)1000塊錢(qián)的PC,還是一臺(tái)10000塊錢(qián)的工作站,其實(shí)工序都是一樣的,都需要顯卡、CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)等,但配件和終端價(jià)格就不一樣。所以在同樣利潤(rùn)率下,我們選擇做高端機(jī)型的利潤(rùn)會(huì)高出很多?!?/p>

而在多年之后,第三段創(chuàng)業(yè)元化智能的發(fā)展也顯示出這樣的邏輯。元化智能是首先將手術(shù)機(jī)器人的核心零部件進(jìn)行完全國(guó)產(chǎn)化的企業(yè),從而徹底杜絕了自己會(huì)受限于上游國(guó)際企業(yè)的隱患。

在孟慶虎看來(lái),多年以來(lái)的高度默契以及兩人明確的專(zhuān)長(zhǎng)與分工,是在元化智能的創(chuàng)業(yè)過(guò)程中非常寶貴的優(yōu)勢(shì)。

而在A輪融資時(shí)接觸到了紅杉中國(guó)并成功地完成了融資,孟慶虎則認(rèn)為是公司發(fā)展過(guò)程中的另外一件十分關(guān)鍵的事。

“2020年底,在朋友的引薦之下我們第一次與紅杉的團(tuán)隊(duì)見(jiàn)面。第一次見(jiàn)完其實(shí)很有感觸。說(shuō)實(shí)話(huà)我們當(dāng)時(shí)并不缺投資,也從來(lái)沒(méi)有啟用過(guò)FA機(jī)構(gòu),但紅杉的團(tuán)隊(duì)在專(zhuān)業(yè)性、效率等各個(gè)方面都給我們留下了很深刻的印象?!被貞浧鹋c紅杉的第一次見(jiàn)面,孟慶虎表示。

首先是專(zhuān)業(yè)程度。最初與元化智能對(duì)接的紅杉中國(guó)董事總經(jīng)理徐強(qiáng)本身就在創(chuàng)新型醫(yī)療器械領(lǐng)域有多年的從業(yè)與投資經(jīng)驗(yàn),對(duì)于手術(shù)機(jī)器人也是在數(shù)年之前就開(kāi)始接觸,因此很快就判斷出來(lái)元化智能的技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展方向。而在效率方面,初次見(jiàn)面之后,紅杉內(nèi)部也很快安排了上會(huì)。紅杉中國(guó)合伙人周逵到深圳出差,還專(zhuān)門(mén)到了公司,本來(lái)預(yù)計(jì)只預(yù)留了一個(gè)小時(shí)見(jiàn)面,結(jié)果一聊就是三個(gè)半小時(shí)。從2020年底第一次接觸到2021年初完成投資,中間僅隔了一個(gè)春節(jié)。

更令孟慶虎印象深刻的,還是紅杉中國(guó)醫(yī)療團(tuán)隊(duì)對(duì)于市場(chǎng)的理解。在進(jìn)行融資時(shí),盡管技術(shù)上已經(jīng)非常成熟,但公司始終沒(méi)有將產(chǎn)業(yè)化與商業(yè)化的問(wèn)題正式提上日程,因此當(dāng)紅杉的團(tuán)隊(duì)提到一些市場(chǎng)相關(guān)問(wèn)題,比如未來(lái)產(chǎn)品的定價(jià)、可能的用戶(hù)時(shí),才更真切意識(shí)到需要考慮這個(gè)事了。“這個(gè)是當(dāng)時(shí)對(duì)我觸動(dòng)最大的,實(shí)際上等于是紅杉在幫我們?nèi)ナ崂砻}絡(luò)。從那以后,我們的科研、產(chǎn)品定位等等,都會(huì)先把市場(chǎng)的因素綜合考慮進(jìn)去?!泵蠎c虎說(shuō)。

而等到紅杉中國(guó)真正投資之后,公司也更逐漸的感受到紅杉中國(guó)在投后賦能上的承諾不僅僅是說(shuō)說(shuō)而已。

在公司需要招聘人力總監(jiān)時(shí),紅杉中國(guó)的HR團(tuán)隊(duì)很快幫忙推薦人才庫(kù)。在公司布局香港業(yè)務(wù)時(shí),紅杉中國(guó)也幫助鏈接了許多香港本地的基金會(huì)以及醫(yī)療資源。

“我們感受到的是,這可能就是專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)與非專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)的區(qū)別。”孟慶虎表示。