達(dá)芬奇化身真“大白”

□文/金振宇

達(dá)芬奇化身真“大白”

□文/金振宇

機(jī)器人給患者做外科手術(shù)？在迪士尼今年出品的奧斯卡最佳動畫長片《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》中，“萌萌噠”私人健康助理“大白”萌化了眾多少男少女。雖說導(dǎo)演創(chuàng)造出的“大白”是理想世界中的人工智能產(chǎn)物，但其實(shí)，現(xiàn)實(shí)生活中早已存在真實(shí)的“大白”，那便是由美國直覺外科公司研發(fā)的“達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人”?？梢哉f，在保護(hù)人類健康方面，達(dá)芬奇比“大白”更進(jìn)了一步。

機(jī)器人手術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國家已擁有十多年的發(fā)展歷史，但在我國則處于剛剛起步階段。

根據(jù)治療疾病的不同，機(jī)器人手術(shù)大致可分為外科微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人、神經(jīng)外科定位介入機(jī)器人、骨科脊柱/關(guān)節(jié)置換機(jī)器人等。其中應(yīng)用最廣泛、最具代表性的是達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人，它適合普外科、泌尿科、心血管外科、胸外科、婦科、五官科、小兒外科、移植外科、頭頸外科等微創(chuàng)手術(shù)，主要用于切除人體胸腔、腹腔內(nèi)各種良惡性腫瘤。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人進(jìn)一步拓寬了以往外科微創(chuàng)手術(shù)的范疇，引領(lǐng)著外科微創(chuàng)手術(shù)的高新技術(shù)和前沿水平。

達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人自2000年開始首先在美國投入臨床應(yīng)用，在我國的應(yīng)用起始于2008年，由中國人民解放軍總醫(yī)院率先引入，至今中國大陸共有29臺，中國香港地區(qū)9臺、臺灣地區(qū)24臺。

神奇的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人

達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人是由美國直覺外科公司（Intuitive Surgical）研發(fā)制造，它并沒有所謂的AI自主智能程序來自動完成手術(shù)操作，而是一種主仆式（Master—Slave）操控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括三個部分。手術(shù)時主刀醫(yī)生坐在操控臺（Surgeon Console）中，雙手各握一操縱搖桿，雙腳控制多個功能踏板，雙眼觀察內(nèi)置顯示屏進(jìn)行手術(shù)操作。在患者手術(shù)床邊，床旁機(jī)械臂系統(tǒng)（Patient Cart）將三條或四條機(jī)械臂通過直徑0.5-1.2厘米的穿刺孔引入患者體內(nèi)，其中一條為鏡頭臂，前端是雙目攝像頭，獲取患者體內(nèi)的立體影像。另外兩條或三條為器械臂，前端可配置抓鉗、剪刀、持針器、拉鉤、吸引器等數(shù)十種手術(shù)器械，該器械尖端同步還原主刀醫(yī)生搖桿的動作（進(jìn)退、屈伸、旋轉(zhuǎn)、開閉等）進(jìn)行手術(shù)。視頻車（Vision Cart）在一旁提供外置屏幕影像及各種手術(shù)輔助設(shè)備。上述三個系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線連接。目前由于網(wǎng)絡(luò)通信不穩(wěn)定以及延時高的緣故，達(dá)芬奇機(jī)器人并不支持遠(yuǎn)程異地遙控手術(shù)。

圖1 手術(shù)室布局

達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人還具有以下技術(shù)特點(diǎn)：1.高清晰的三維視頻成像技術(shù)，鏡下圖像可放大至少10倍以上，利于醫(yī)生觀察到細(xì)微的病灶變化等解剖結(jié)構(gòu)；2.動作比例調(diào)整，主刀醫(yī)生操控控制桿的動作幅度與器械尖端的動作幅度等比例縮小。例如在精細(xì)模式3:1下，主刀醫(yī)生平移手3厘米，對應(yīng)器械尖端移動1厘米，故主刀醫(yī)生的操作變得更為精細(xì)穩(wěn)定，并且能有效過濾醫(yī)生手部小幅度的自然顫抖；3.可避免主刀醫(yī)生與患者直接接觸而降低職業(yè)感染風(fēng)險，舒適的坐姿操作有利于提高手術(shù)質(zhì)量，延長外科醫(yī)生的職業(yè)壽命。

圖2 從左至右依次是2臺操控臺，1臺床邊機(jī)械臂系統(tǒng)，1臺視頻車

從第一代到第四代

經(jīng)過近十年的發(fā)展及更新?lián)Q代，目前應(yīng)用于臨床的是第二代達(dá)芬奇(Da Vinci S，2005）手術(shù)機(jī)器人、第三代達(dá)芬奇(Da Vinci Si，2008）手術(shù)機(jī)器人和第四代達(dá)芬奇(Da Vinci Xi，2014）手術(shù)機(jī)器人。第一代達(dá)芬奇(Da Vinci Standard，2000）手術(shù)機(jī)器人已被淘汰，廠家不再銷售及提供技術(shù)支持。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品及其配屬設(shè)備器械尚在持續(xù)研發(fā)和創(chuàng)新中。

供雙人操控的雙操控臺配置

第三代和第四代達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人支持雙操控臺，可供兩位醫(yī)生同時現(xiàn)場操控。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人擁有一條鏡頭臂和三條器械臂，一位醫(yī)生同一時間只能控制一條鏡頭臂或兩條器械臂，要控制第三條器械臂時，需使用腳踏板進(jìn)行切換操作。而在雙人雙操控臺的情況下，兩位醫(yī)生可以同時控制這三條器械臂移動，可優(yōu)化部分手術(shù)步驟以提高效率，節(jié)省手術(shù)時間。雙操控臺亦可用于經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)器人醫(yī)生同步帶教新手機(jī)器人醫(yī)生。

達(dá)芬奇手術(shù)模擬訓(xùn)練器

第三方軟件公司MIMIC研發(fā)的達(dá)芬奇手術(shù)模擬訓(xùn)練程序，可以通過一個外置機(jī)箱結(jié)合第三代達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的操控臺，供醫(yī)生進(jìn)行模擬訓(xùn)練。目前訓(xùn)練內(nèi)容是虛擬實(shí)境的教程，讓操控者熟悉掌握機(jī)器人的手柄、腳踏板等操控。使用達(dá)芬奇手術(shù)模擬訓(xùn)練器可縮短醫(yī)生的學(xué)習(xí)曲線，糾正某些錯誤操作，或節(jié)省動物手術(shù)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)成本。

術(shù)中熒光顯影技術(shù)

將一種名為吲哚青綠的熒光染料注入人體血液，該染料將會與血漿蛋白結(jié)合，能被特殊的近紅外攝像鏡頭捕獲。第三代、第四代達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人可將捕獲的影像進(jìn)行同步渲染，在醫(yī)生視野中呈現(xiàn)出亮綠色。根據(jù)該染料注入血管后的時相，醫(yī)生將可以鑒別動脈、靜脈、膽道、輸尿管等組織，以方便醫(yī)生進(jìn)行復(fù)雜解剖區(qū)的鑒別和消化道切緣血供的判斷。根據(jù)特定腫瘤、轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)和鄰近器官組織對該染料的不同嗜性，醫(yī)生也可獲得不同于普通肉眼觀察的判斷能力，以方便醫(yī)生在實(shí)體臟器中確定腫瘤邊界，在脂肪組織中尋找淋巴結(jié)。

達(dá)芬奇單孔手術(shù)設(shè)備

第三代、第四代達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人可進(jìn)行單孔機(jī)器人手術(shù)。通過一個特制的多通道套管、一條鏡頭臂和兩條交叉彎曲的器械臂，經(jīng)由一個直徑2cm至3cm的切口進(jìn)入患者的體腔內(nèi)，機(jī)器人的軟件將控制手柄和器械進(jìn)行重新配對，以便醫(yī)生的左手繼續(xù)控制視野左邊的器械，右手控制視野右邊的器械，這樣就避免了普通單孔腹腔鏡下左右手反向交叉操控的不適，降低了單孔手術(shù)的操作難度。

多樣化手術(shù)器械

越來越多的達(dá)芬奇手術(shù)器械正在被研發(fā)制造并投入臨床應(yīng)用中。沖洗吸引器，帶轉(zhuǎn)腕功能，可以探入普通腔鏡吸引器難以抵達(dá)的部位，進(jìn)行吸引或沖洗操作。術(shù)中腔內(nèi)超聲探頭，可由主刀醫(yī)生控制，柔性設(shè)計(jì)帶有轉(zhuǎn)腕功能，可探查實(shí)質(zhì)性臟器（如肝臟、胰腺、腎臟、子宮等）內(nèi)部的腫瘤大小、邊界及血流供應(yīng)情況。直線切割吻合器，帶轉(zhuǎn)腕功能，由主刀醫(yī)生操控，可更好地把握切割吻合角度。

全球裝機(jī)3266臺3266

截至2014年底，我國（港澳臺地區(qū)未統(tǒng)計(jì)在內(nèi)）配置達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的醫(yī)院共有23家，共配置達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人29臺，其中包括地方三級甲等綜合性醫(yī)院13家：復(fù)旦大學(xué)附屬華東醫(yī)院、上海交通大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院、復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院、北京協(xié)和醫(yī)院、南京鼓樓醫(yī)院、四川省人民醫(yī)院、上海仁濟(jì)醫(yī)院、浙江大學(xué)附屬第一醫(yī)院、浙江省人民醫(yī)院、鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院、安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院、青島大學(xué)附屬醫(yī)院、南昌大學(xué)附屬第一醫(yī)院；地方三級甲等?？漆t(yī)院3家：北京地壇醫(yī)院、上海交通大學(xué)附屬胸科醫(yī)院、吉林省腫瘤醫(yī)院；軍隊(duì)三級甲等綜合性醫(yī)院7家：中國人民解放軍總醫(yī)院、中國人民解放軍第二炮兵總醫(yī)院、第三軍醫(yī)大學(xué)附屬西南醫(yī)院、南京軍區(qū)南京總醫(yī)院、沈陽軍區(qū)總醫(yī)院、第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院、濟(jì)南軍區(qū)總醫(yī)院、第四軍醫(yī)大學(xué)附屬西京醫(yī)院。在上述醫(yī)院中，中國人民解放軍總醫(yī)院共配置達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人6臺，其他醫(yī)院各1臺。

全球達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人最新裝機(jī)情況（截止到2014年12月30日）：全球共3266臺，其中美國2223臺，歐洲549臺，亞洲350臺，其他地區(qū)144臺。

圖3 全球達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人最新裝機(jī)情況

圖4 我國達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)完成情況

臨床應(yīng)用年增10%

2014年，全球各國完成達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)共計(jì)約57萬例，2013年為52萬例，年手術(shù)量同比增長約10%。其中，美國以外國家2014年共完成達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)約12萬例，年手術(shù)量同比增長約20%。

我國配置達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的23家醫(yī)院，在2014年內(nèi)共完成達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)4926例，2013年共完成2984例，同比增長65%。2012年共完成1546例，2011年共完成808例。截止到2014年底，歷年累計(jì)完成達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)11471例。

在泌尿外科的臨床應(yīng)用

2014年，我國各醫(yī)院共完成機(jī)器人泌尿外科手術(shù)2220例，2013年為1123例，同比增長197.7%。泌尿外科歷年累計(jì)機(jī)器人手術(shù)量達(dá)到3984例。手術(shù)類型涵蓋機(jī)器人前列腺癌根治術(shù)、機(jī)器人腎癌根治術(shù)、機(jī)器人腎部分切除術(shù)、機(jī)器人腎盂整形術(shù)、機(jī)器人膀胱癌根治術(shù)、機(jī)器人輸尿管腎盂癌根治術(shù)、機(jī)器人輸尿管膀胱再植術(shù)、機(jī)器人腎上腺腫瘤切除術(shù)、機(jī)器人輸尿管切開取石術(shù)、機(jī)器人腹膜后腫瘤切除術(shù)等所有普通腹腔鏡所開展的手術(shù)，以及數(shù)例小兒泌尿外科手術(shù)。

在普外科的臨床應(yīng)用

2014年，我國各醫(yī)院共完成機(jī)器人普外科手術(shù)1495例，2013年為1061例，同比增長40.9%。普外科歷年累計(jì)機(jī)器人手術(shù)量達(dá)到4195例。

手術(shù)類型涵蓋肝膽胰外科、胃腸外科、結(jié)直腸外科絕大多數(shù)腔鏡手術(shù)。肝膽胰方面主要涵蓋機(jī)器人遠(yuǎn)端胰腺切除術(shù)、機(jī)器人胰十二指腸切除術(shù)、機(jī)器人胰中段癌切除術(shù)、機(jī)器人保留幽門的壺腹部腫瘤切除術(shù)、機(jī)器人膽總管探查術(shù)、機(jī)器人膽管癌切除并膽腸吻合術(shù)、機(jī)器人肝臟腫瘤切除術(shù)、機(jī)器人膽囊癌切除術(shù)、機(jī)器人胰島素瘤切除術(shù)等。胃腸方面主要涵蓋機(jī)器人胃大部切除術(shù)、機(jī)器人全胃切除術(shù)、機(jī)器人結(jié)直腸癌根治術(shù)、機(jī)器人食管裂孔疝修補(bǔ)術(shù)、機(jī)器人胃底折疊術(shù)、機(jī)器人減肥手術(shù)等。

在心臟外科的臨床應(yīng)用

2014年，我國各醫(yī)院共完成機(jī)器人心臟外科手術(shù)161例，2013年為160例，較上年持平。心臟外科歷年累計(jì)手術(shù)量達(dá)到976例。手術(shù)類型涵蓋全機(jī)器人冠脈搭橋、機(jī)器人小切口冠脈搭橋、機(jī)器人二尖瓣修補(bǔ)或置換、機(jī)器人室間隔缺損修補(bǔ)術(shù)、心包粘液瘤切除術(shù)等。

在婦產(chǎn)科的臨床應(yīng)用

2014 年，我國各醫(yī)院共完成機(jī)器人婦科手術(shù)618 例，2013 年為393 例，同比增長57.3%。婦產(chǎn)科歷年累計(jì)手術(shù)量達(dá)到1203 例。手術(shù)類型涵蓋機(jī)器人婦科惡性腫瘤根治術(shù)（包括保留神經(jīng)功能的廣泛性全子宮切除，盆腔淋巴結(jié)清掃，腹主動脈旁淋巴結(jié)清掃術(shù)等）、機(jī)器人子宮肌瘤挖除術(shù)、機(jī)器人全子宮切除術(shù)、機(jī)器人輸卵管吻合術(shù)、機(jī)器人骶骨陰道固定術(shù)等。

在胸外科的臨床應(yīng)用

2014 年，我國各醫(yī)院共完成機(jī)器人胸外科手術(shù)481 例，2013 年為236 例，同比增長103.8%。胸外科歷年累計(jì)手術(shù)量達(dá)到1088 例。手術(shù)類型涵蓋機(jī)器人肺葉切除術(shù)、機(jī)器人胸腺瘤切除術(shù)、機(jī)器人后縱膈腫瘤切除術(shù)、機(jī)器人食管癌根治術(shù)等。

在其他學(xué)科的臨床應(yīng)用

除上述學(xué)科外，機(jī)器人手術(shù)亦有用于耳鼻喉外科治療舌根腫瘤、咽喉部腫瘤等疾病，或用于小兒外科治療先天性泌尿系統(tǒng)畸形等疾病。

進(jìn)入黃金發(fā)展期

目前機(jī)器人手術(shù)醫(yī)生反饋的問題集中在以下幾點(diǎn)：

第一，操控?zé)o力反饋。即是手術(shù)器械接觸、牽拉器官組織時，醫(yī)生的操控手柄上不會有觸碰的力量反饋，所有動作需要依靠視覺觀察來掌握移動范圍和用力程度。這對初學(xué)者會有所不適，需要一定的時間來熟悉掌握這種以視覺為主的操控方式。但由此帶來的好處是所有操作變得輕盈省力，即使完成長時間高強(qiáng)度的手術(shù)后，也不會對醫(yī)生手部肌肉帶來過重的負(fù)擔(dān)和疲勞感。

第二，無法遠(yuǎn)程操控。當(dāng)初研發(fā)手術(shù)機(jī)器人的一個目標(biāo)是為了遠(yuǎn)程手術(shù)，例如在美國某醫(yī)院的醫(yī)生通過操控臺控制位于英國某醫(yī)院的機(jī)器人為當(dāng)?shù)鼗颊哌M(jìn)行手術(shù)。但目前達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人各系統(tǒng)間只支持有線信號連接通信。為了手術(shù)安全性考慮，目前的民用遠(yuǎn)程通信技術(shù)無法達(dá)到系統(tǒng)操控時的最大延遲要求，也無法保證長時間手術(shù)時通信的穩(wěn)定性。而軍用級或先進(jìn)通信技術(shù)的成本讓醫(yī)院難以承受，無法用于醫(yī)院的日常手術(shù)。

第三，機(jī)器人手術(shù)費(fèi)用較高。由于技術(shù)壟斷等因素，目前在微創(chuàng)外科領(lǐng)域的手術(shù)機(jī)器人只此一家。每例機(jī)器人手術(shù)費(fèi)用較普通手術(shù)貴1 萬元至5 萬元不等。國內(nèi)已有多家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)開始合作研發(fā)國產(chǎn)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人，爭取在保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)價格的優(yōu)勢，增強(qiáng)日后進(jìn)入市場的競爭力。

總之，我國外科機(jī)器人微創(chuàng)手術(shù)起步較晚。在國內(nèi)，醫(yī)療機(jī)構(gòu)配置手術(shù)機(jī)器人臺數(shù)較少，有條件接觸高端智能微創(chuàng)手術(shù)設(shè)備的外科醫(yī)師人數(shù)有限，廣大患者對于手術(shù)機(jī)器人還很陌生，機(jī)器人外科手術(shù)應(yīng)用與國際應(yīng)用水平尚存在距離。目前，在已裝備達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的醫(yī)院中，經(jīng)過外科醫(yī)學(xué)專家的共同努力，心臟外科已經(jīng)邁入世界機(jī)器人外科的前沿，泌尿外科、普外科、婦產(chǎn)科等學(xué)科的機(jī)器人手術(shù)水平，正在迅速接近或趕超國際先進(jìn)水平。在衛(wèi)生行政部門的規(guī)劃指導(dǎo)下，我國機(jī)器人外科微創(chuàng)手術(shù)正進(jìn)入黃金發(fā)展期， 達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的逐步推廣和應(yīng)用，將快速提升我國外科領(lǐng)域微創(chuàng)手術(shù)的水平，造福廣大患者。

金振宇 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)碩士，美中互利醫(yī)療有限公司智能手術(shù)機(jī)器人臨床應(yīng)用專家