機器人輔助外科在整形外科中的應(yīng)用進展

殷竹鳴， 范金財

機器人輔助外科在整形外科中的應(yīng)用進展

殷竹鳴， 范金財

整形外科； 機器人輔助外科； 口腔外科； 顯微外科

機器人輔助外科(robotic surgery, RS)是外科醫(yī)師通過控制手術(shù)機器人的機械臂進行外科手術(shù)，以提高操作精確度,減少手術(shù)創(chuàng)傷，最終獲得更加良好的手術(shù)效果的一門新技術(shù)和新學(xué)科。20世紀(jì)80年代，由美國國家航空航天局牽頭開發(fā)的遠程外科系統(tǒng)和機器人輔助外科技術(shù)，使得以達芬奇(Da Vinci)為代表的外科手術(shù)機器人的開發(fā)和應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。截至2012年，全球共有2000多臺達芬奇手術(shù)機器人，每年實施逾20萬臺手術(shù)，主要分布在泌尿外科、心臟外科以及普通外科等領(lǐng)域[1]。RS能夠提供三維立體的視覺圖像，12倍的視野放大，機械臂在7個方向的自由運動以及最高10倍的運動幅度轉(zhuǎn)換，因此大大提高了操作的精確度和靈活性，減少術(shù)者生理顫動的影響，使得手術(shù)操作能夠深入不易探查的腔隙和區(qū)域，擴展了微創(chuàng)外科手術(shù)的應(yīng)用范圍[2]。由于其具有操控靈活、精確度高、創(chuàng)傷小等特點，外科手術(shù)機器人在整形外科的應(yīng)用及相關(guān)研究得到了越來越多的重視，尤其是經(jīng)口腔機器人輔助外科(trans-oral robotic surgery, TORS)、機器人輔助顯微外科(robot-assisted microsurgery, RAMS)以及機器人輔助組織采取(robot-assisted tissue harvest, RATH)等領(lǐng)域。

1 經(jīng)口腔機器人輔助外科

口咽腔修復(fù)重建是整形外科醫(yī)師最常涉及的腔隙內(nèi)手術(shù)。口腔入口較小，咽腔狹窄而不規(guī)則，直視下手術(shù)操作困難，往往需要下頜骨正中劈開及增加頸部入路才能清楚顯示術(shù)野。這種傳統(tǒng)手術(shù)入路的主要缺陷是術(shù)后吞咽、咀嚼、發(fā)音功能障礙，甚至是呼吸功能障礙，常需要同期氣管切開[3]。TORS機器人的機械臂能夠在腔隙內(nèi)靈活運動，無需下唇及下頜骨切開即具有清晰的視野，使其在口咽腔手術(shù)中的應(yīng)用具有天然的優(yōu)勢。

Weinstein等[4]首先提出TORS的概念，并利用動物實驗證明了TORS聲門上喉切除術(shù)的可行性，指出與傳統(tǒng)手術(shù)方法和經(jīng)口腔CO2激光手術(shù)(trans-oral laser surgery, TOLS)相比，TORS具有術(shù)野更清晰、手術(shù)操作更靈活等優(yōu)勢。隨后TORS很快進入臨床應(yīng)用。Genden等[5]回顧了20例TORS口咽部腫瘤切除的手術(shù)病例，認為除了靈活的操控性，TORS能夠更徹底地切除早期(T1，T2期)腫瘤，術(shù)后復(fù)發(fā)率顯著下降，同時由于僅在口內(nèi)入路實施手術(shù)，患者術(shù)后均未行氣管切開，吞咽、發(fā)音等功能也未受到影響。解剖學(xué)研究表明[6]，口內(nèi)入路能夠顯露舌前部、腭部以及鼻咽部，而咽側(cè)壁入路可以看到會厭、舌根以及后咽部，但上述入路都難以徹底顯露自懸雍垂至?xí)挼目谘什考奥曢T上區(qū)域，TORS恰好能夠彌補這一術(shù)區(qū)顯露不足的問題。同時，由于操作精確、術(shù)后并發(fā)癥少，TORS口咽部腫瘤切除手術(shù)的效果已經(jīng)被多數(shù)醫(yī)師認可。但Konofaos等[7]調(diào)查顯示，大多數(shù)(17/23)醫(yī)師并不采用TORS進行腫瘤切除術(shù)后的修復(fù)重建，分析其可能與早期腫瘤切除后可以Ⅰ期縫合或Ⅱ期愈合，無需再造和重建有關(guān)。然而，這一結(jié)論有很大爭議，Selber[8]認為，這項調(diào)查的受試者數(shù)量較少，且Konofaos等分析的缺乏再造適應(yīng)證，也只能解釋部分病例。筆者認為，TORS手術(shù)適應(yīng)證已經(jīng)逐步放寬至T3及部分T4期腫瘤，甚至一些晚期病例的姑息性手術(shù)，大范圍的組織缺損勢必需要鄰位或遠位組織進行修復(fù)和功能重建，因此，TORS口咽部缺損的修復(fù)與再造是整形外科的發(fā)展趨勢之一。

Selber等認為[9]，口咽部腫瘤切除術(shù)后，大多數(shù)創(chuàng)面可以曠置，以待Ⅱ期愈合，但T4期腫瘤的擴大切除以及聲門腫物的切除，需要鄰位黏膜瓣或游離皮瓣移植進行修復(fù)，以恢復(fù)吞咽及發(fā)聲功能，并通過臨床前研究驗證了TORS皮片移植及游離皮瓣移植的可行性。該課題組同時將TORS應(yīng)用于臨床病例[6]，在5例患者口咽部腫瘤切除后，同期分別采用頰肌黏膜瓣、前臂皮瓣和股前外側(cè)皮瓣局部轉(zhuǎn)移或游離移植再造和修復(fù)缺損，不僅避免了下唇切口及下頜骨劈開，而且術(shù)后隨訪顯示，器官的功能得到了良好的代償。咽后壁瓣[10]、舌骨下肌瓣[11]等傳統(tǒng)口咽部修復(fù)組織也被證實可以采用TORS進行轉(zhuǎn)移或移植，以減少副損傷及術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生。

TORS在臨床應(yīng)用中也在不斷進行改進。TOLS是TORS問世前聲門上喉切除的首選技術(shù)，其具有周圍組織熱損傷小、止血良好、術(shù)后恢復(fù)較快等優(yōu)點；Solares等[12]利用TORS結(jié)合CO2激光進行聲門上喉切除術(shù)，取得了良好的效果。該技術(shù)匯集了TORS和TOLS的優(yōu)點，能夠更精確地切除瘤體組織，同時減少副損傷，但需要增加一個CO2激光機械臂，因咽腔的運動空間進一步縮小，對機械臂的運動靈活性和術(shù)者操作技術(shù)提出了更高的要求。Desai等[13]改進了激光光導(dǎo)纖維束，提高了該術(shù)式的成功率，并同期采取咽部黏膜瓣進行缺損修復(fù)，證明了該技術(shù)也可以用于口咽部缺損局部黏膜瓣轉(zhuǎn)移修復(fù)手術(shù)。對于某些特殊病例，如下頜后縮、巨舌、小口畸形等，TORS可能也無法清楚顯示術(shù)區(qū)，Iloreta等[14]建議應(yīng)用TORS口內(nèi)劈開下頜骨而不破壞下唇的結(jié)構(gòu)，這樣可以在擴大術(shù)野的同時減少周圍組織不必要的損傷。

TORS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于口咽部腫瘤切除及整形外科修復(fù)手術(shù)中，具有操作精確、周圍組織損傷小以及術(shù)后功能恢復(fù)快等優(yōu)點，但同時存在缺乏觸覺反饋，手術(shù)器械大多源于腔鏡手術(shù)器械，無法適應(yīng)多角度操作的要求等系統(tǒng)性缺陷，需要進一步糾正或改進。

2 機器人輔助顯微外科

與傳統(tǒng)手術(shù)顯微鏡相比，外科手術(shù)機器人擁有12倍放大的三維立體視野和10∶1的動作幅度轉(zhuǎn)換，能夠明顯減少術(shù)者生理顫抖的影響，提高顯微操作的精確性，這些優(yōu)勢促使整形外科醫(yī)師進一步探索RAMS臨床應(yīng)用的可行性和比較研究。

Katz等[15]首次應(yīng)用RAMS成功完成豬脛前動脈及伴行靜脈的吻合，并與傳統(tǒng)血管吻合進行了比較研究，證明RAMS可以勝任直徑1.0～1.5 mm的血管吻合，與傳統(tǒng)顯微手術(shù)相比，熱缺血時間沒有顯著增加，但機械臂安裝需要耗費20～30 min。Karamanoukian等[16]應(yīng)用RAMS進行豬冠狀動脈旁路移植獲得成功，證明了RAMS進行腔隙內(nèi)毫米級血管吻合手術(shù)的可行性。在臨床應(yīng)用方面，van der Hulst等[17]利用RAMS成功完成游離皮瓣橫行腹直肌皮瓣(transverserectus abdominismuscle flap, TRAM)血管吻合乳房再造術(shù)，他認為RAMS在三維立體視野和減少生理顫抖方面的確具有積極作用，但總體耗時較長且缺乏觸覺反饋，以及費用較高，阻礙了RAMS的普及。對于觸覺反饋，筆者認為，在毫米級血管吻合中，術(shù)者更加依賴視覺反饋，因為比起針頭穿透血管壁微弱的觸覺而言，看到針頭穿過后血管壁的牽拉狀態(tài)更直接。RAMS腔隙外血管吻合的存活率目前尚無文獻報道；對于腔隙內(nèi)血管吻合，Halkos等[18]平均37個月的隨訪研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用RAMS進行冠狀動脈旁路移植(coronary artery bypass graft, CABG)，與傳統(tǒng)CABG手術(shù)血管造影相比，其通暢率和患者癥狀緩解率差異無統(tǒng)計學(xué)意義。同時，Naito等[19]報道了4例應(yīng)用RAMS進行Oberlin法屈肘功能重建手術(shù)，成功完成了尺神經(jīng)束與肌皮神經(jīng)束的顯微吻合，證明了RAMS在神經(jīng)吻合領(lǐng)域的可行性。

目前，RAMS機械臂配置的基本器械包含顯微針持、Black Diamond顯微血管鉗、Potts剪刀、雙極顯微血管鉗以及單極彎剪等。盡管上述器械能夠滿足RAMS的基本要求，但是很多醫(yī)師在實施RAMS手術(shù)時提出器械改進的需求和建議[15,17,19]。各生產(chǎn)廠商也針對這些建議設(shè)計制造了滿足更多需要的手術(shù)器械，包括顯示超精細結(jié)構(gòu)的高倍(×40)顯微鏡、顯微超聲成像儀，甚至是可實現(xiàn)細胞水平觀測的共聚焦顯微鏡，用于術(shù)中血管成像的超聲多普勒血流監(jiān)測探頭和近紅外光靜脈觀測探頭，以及便于精細剝離、減少周圍組織損傷的水動力剝離探頭和CO2激光探頭[20]。這些新器械無疑為重要區(qū)域的精細解剖和術(shù)中超微結(jié)構(gòu)的觀察提供了完備的技術(shù)支持，為顯微外科邁向超顯微外科起到了重要的推動作用。

與傳統(tǒng)顯微外科相同，整形外科醫(yī)師需要經(jīng)過多次學(xué)習(xí)和反復(fù)訓(xùn)練，才能真正駕馭RAMS技術(shù)；不同的是初學(xué)者必須掌握機器人操作和顯微外科兩項技術(shù)以完成培訓(xùn)。從這一點上講，學(xué)習(xí)曲線和評價系統(tǒng)的相關(guān)研究對RAMS培訓(xùn)和準(zhǔn)入體系至關(guān)重要。目前，有文獻報道的主要有兩種評價體系：OSATS(objective structured assessment of technical skills)[21]和SARMS(structured assessment of robotic microsurgical skills)[22]。這兩種評價體系的依據(jù)主要包括機器人操作和顯微外科的理論和技術(shù)、操作過程和結(jié)果以及最后的綜合評定，內(nèi)容比較全面，但條目較多，評價過程過于繁瑣，而且這兩種評價體系尚未經(jīng)過大樣本的系統(tǒng)性檢測，其大范圍普及尚需進一步論證。

3 機器人輔助組織采取

整形外科手術(shù)往往需要在隱蔽部位采取深部組織，一般的方法是在隱蔽部位延長切口或采用內(nèi)窺鏡技術(shù)，但切口延長必然發(fā)生供區(qū)瘢痕和繼發(fā)畸形等問題，而內(nèi)窺鏡技術(shù)應(yīng)用范圍則較為局限。機器人的機械臂運動較內(nèi)窺鏡更加靈活，視野更加清晰，能夠勝任微創(chuàng)小切口深部組織采取。

Selber等[23-24]采用RATH采取單側(cè)整塊背闊肌的臨床前研究獲得成功，并將該技術(shù)用于保留乳頭乳暈的乳腺切除術(shù)后即刻再造，該技術(shù)僅需將腋窩前哨淋巴結(jié)活檢切口延長3 cm(切口總長度7～8 cm),就能完成整塊背闊肌組織的采取，采取的背闊肌組織可以帶蒂轉(zhuǎn)移再造乳房，也可以游離移植修復(fù)頭皮缺損等創(chuàng)面。該課題組還將RATH技術(shù)用于經(jīng)腹膜腹直肌采取[25]，這種方法可以保護腹直肌前鞘的完整性，減少腹壁疝的發(fā)生，而經(jīng)腹膜采取的設(shè)計只能由RATH完成，因為腹腔鏡器械無法完成向上方擺動并切開腹膜的動作。

Porto等[26]在RATH神經(jīng)采取方面進行了有益的探索，這項臨床前研究證明了僅需上臂3處8.0 mm長的切口即可完成腋神經(jīng)及其分支的剝離和采取，即便是位置很深、極難采取的肱三頭肌長頭分支也可以順利采取。另外，該課題組還成功完成了RATH單側(cè)胸腔內(nèi)膈神經(jīng)采取的動物實驗[27]，表明此項技術(shù)在神經(jīng)采取方面的可行性以及微創(chuàng)、快速等優(yōu)勢。

組織采取常伴隨組織塊的游離移植，因此RATH和RAMS技術(shù)常常相輔相成。Maire等[28]采用上述兩種技術(shù)在尸體上成功完成機器人輔助帶感覺神經(jīng)拇趾趾腹游離移植修復(fù)同側(cè)拇指指腹缺損的手術(shù)，首次完成了RATH和RAMS技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，為該技術(shù)的臨床應(yīng)用奠定了研究基礎(chǔ)。

4 小結(jié)與展望

手術(shù)機器人能夠為外科醫(yī)師提供清晰的三維視野和精確的手術(shù)動作，其在多項外科手術(shù)中的應(yīng)用效果已經(jīng)得到了公認。機器人輔助外科在整形外科中的應(yīng)用起步較晚，現(xiàn)階段主要集中于TORS、RAMS和RATH 3個領(lǐng)域。TORS能夠避免傳統(tǒng)手術(shù)下頜骨切開帶來的術(shù)后并發(fā)癥，并提高了口內(nèi)手術(shù)操作的精確性，其不僅可以用于口咽部軟組織缺損的修復(fù)，也能夠為頜面外科精確截骨和復(fù)雜頜面骨折的精確復(fù)位提供更多的技術(shù)支持。RAMS的應(yīng)用實現(xiàn)了顯微外科向超顯微外科的跨越，符合整形外科微創(chuàng)和精細化的發(fā)展方向。RATH為小切口深部組織采取提供了有力的工具，目前文獻報道僅局限于肌肉和神經(jīng)束的采取，更多種類的組織如骨、軟骨組織以及復(fù)合組織的采取和移植將會成為未來的發(fā)展方向之一，同時由于具備清晰的三維立體鏡頭，RATH也具備被開發(fā)為術(shù)中血管穿支探查工具的可能性。在美容外科領(lǐng)域，手術(shù)機器人有可能替代內(nèi)窺鏡技術(shù)實施微創(chuàng)除皺術(shù)、腹壁整形術(shù)以及更加精準(zhǔn)的下頜角弧形截骨術(shù)等腔隙內(nèi)手術(shù)。此外，機器人輔助外科技術(shù)還有希望應(yīng)用于毛發(fā)移植等高精確度、高重復(fù)性要求的術(shù)式，使得手術(shù)操作更加準(zhǔn)確和高效。

值得一提的是，在機器人輔助外科技術(shù)為外科手術(shù)帶來革命性進步的同時，不少醫(yī)師也提示注意手術(shù)機器人的應(yīng)用指征[29]，避免盲目擴大應(yīng)用范圍，警惕和及時處理并發(fā)癥。同時，外科手術(shù)機器人的購買和維護成本較高，對操作醫(yī)師的經(jīng)驗和熟練程度要求也很高，受到目前我國社會經(jīng)濟水平的制約，作為常規(guī)設(shè)備全面推廣應(yīng)用還比較困難。因此，利用成本-效率分析確定其應(yīng)用范圍及應(yīng)用指征，促進醫(yī)療資源的合理應(yīng)用，也將是后續(xù)研究方向之一。

[1] Barbash GI, Glied SA. New technology and health care costs-the case of robot-assisted surgery[J]. N Engl J Med, 2010,363(8):701-704.

[2] Berlinger NT. Robotic surgery-squeezing into tight places[J]. N Engl J Med, 2006,354(20):2099-2101.

[3] Schliephake H, Jamil MU. Impact of intraoral soft-tissue reconstruction on the development of quality of life after ablative surgery in patients with oral cancer[J]. Plast Reconstr Surg, 2002,109(2):421-430; discussion 431-422.

[4] Weinstein GS, O′malley BW Jr, Hockstein NG. Transoral robotic surgery: supraglottic laryngectomy in a canine model[J]. Laryngoscope, 2005,115(7):1315-1319.

[5] Genden EM, Desai S, Sung CK. Transoral robotic surgery for the management of head and neck cancer: a preliminary experience[J]. Head Neck, 2009,31(3):283-289.

[6] Selber JC. Transoral robotic reconstruction of oropharyngeal defects: a case series[J]. Plast Reconstr Surg, 2010,126(6):1978-1987.

[7] Konofaos P, Hammond S, Ver Halen JP, et al. Reconstructive techniques in transoral robotic surgery for head and neck cancer: a North American survey[J]. Plast Reconstr Surg, 2013,131(2):188-197.

[8] Selber JC. Discussion: Reconstructive techniques in transoral robotic surgery for head and neck cancer: a North American survey[J]. Plast Reconstr Surg, 2013,131(2):198-199.

[9] Selber JC, Robb G, Serletti JM, et al. Transoral robotic free flap reconstruction of oropharyngeal defects: a preclinical investigation[J]. Plast Reconstr Surg, 2010,125(3):896-900.

[10] Smartt JM Jr, Gerety P, Serletti JM, et al. Application of a robotic telemanipulator to perform posterior pharyngeal flap surgery: a feasibility study[J]. Plast Reconstr Surg, 2013,131(4):841-845.

[11] Perrenot C, Phulpin B, Mastronicola R, et al. Infrahyoid myocutaneous flap for reconstruction after robotic transoral surgery for oropharyngeal tumors[J]. Plast Reconstr Surg, 2014,133(2):236-237.

[12] Solares CA, Strome M. Transoral robot-assisted CO2laser supraglottic laryngectomy: experimental and clinical data[J]. Laryngoscope, 2007,117(5):817-820.

[13] Desai SC, Sung CK, Jang DW, et al. Transoral robotic surgery using a carbon dioxide flexible laser for tumors of the upper aerodigestive tract[J]. Laryngoscope, 2008,118(12):2187-2189.

[14] Iloreta AM, Anderson K, Miles BA. Mandibular osteotomy for expanded transoral robotic surgery: a novel technique[J]. Laryngoscope, 2014,124(8):1836-1842.

[15] Katz RD, Rosson GD, Taylor JA, et al. Robotics in microsurgery: use of a surgical robot to perform a free flap in a pig[J]. Microsurgery, 2005,25(7):566-569.

[16] Karamanoukian RL, Finley DS, Evans GR, et al. Feasibility of robotic-assisted microvascular anastomoses in plastic surgery[J]. J Reconstr Microsurg, 2006,22(6):429-431.

[17] van der Hulst R, Sawor J, Bouvy N. Microvascular anastomosis: is there a role for robotic surgery[J]? J Plast Reconstr Aesthet Surg, 2007,60(1):101-102.

[18] Halkos ME, Liberman HA, Devireddy C, et al. Early clinical and angiographic outcomes after robotic-assisted coronary artery bypass surgery[J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 2014,147(1):179-185.

[19] Naito K, Facca S, Lequint T, et al. The Oberlin procedure for restoration of elbow flexion with the da Vinci robot: four cases[J]. Plast Reconstr Surg, 2012,129(3):707-711.

[20] Brahmbhatt JV, Gudeloglu A, Liverneaux P, et al. Robotic microsurgery optimization[J]. Arch Plast Surg, 2014,41(3):225-230.

[21] Lee JY, Mattar T, Parisi TJ, et al. Learning curve of robotic-assisted microvascular anastomosis in the rat[J]. J Reconstr Microsurg, 2012,28(7):451-456.

[22] Alrasheed T, Liu J, Hanasono MM, et al. Robotic microsurgery: validating an assessment tool and plotting the learning curve[J]. Plast Reconstr Surg, 2014,134(4):794-803.

[23] Selber JC. Robotic latissimus dorsi muscle harvest[J]. Plast Reconstr Surg, 2011,128(2):88-90.

[24] Selber JC, Baumann DP, Holsinger FC. Robotic latissimus dorsi muscle harvest: a case series[J]. Plast Reconstr Surg, 2012,129(6):1305.

[25] Pedersen J, Song DH, Selber JC. Robotic, intraperitoneal harvest of the rectus abdominis muscle[J]. Plast Reconstr Surg, 2014,134(5):1057-1063.

[26] Porto de Melo PM, Garcia JC, Montero EF, et al. Feasibility of an endoscopic approach to the axillary nerve and the nerve to the long head of the triceps brachii with the help of the Da Vinci Robot[J]. Chir Main, 2013,32(4):206-209.

[27] Porto de Melo P, Miyamoto H, Serradori T, et al. Robotic phrenic nerve harvest: a feasibility study in a pig model[J]. Chir Main, 2014,33(5):356-360.

[28] Maire N, Naito K, Lequint T, et al. Robot-assisted free toe pulp transfer: feasibility study[J]. J Reconstr Microsurg, 2012,28(7):481-484.

[29] Kwon YJ, Park S. Current choices in robotic surgery: whether to increase use[J]. JAMA Surg, 2014,149(7):627-628.

100144 北京，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院整形外科醫(yī)院 整形九科

殷竹鳴(1988-)，男，山西運城人，博士研究生.

范金財，100144，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院整形外科醫(yī)院 整形九科，電子信箱：fanjincaimd@hotmail.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2015.06.018

2014-02-03)