達·芬奇機器人手術系統(tǒng)及其研究進展

唐 魯,李 翠,李曉芳,田 秀,蘇艷磊,王 飛

達·芬奇機器人手術系統(tǒng)及其研究進展

唐 魯,李 翠,李曉芳,田 秀,蘇艷磊,王 飛

介紹了手術機器人的國內外研究狀況,綜述了達·芬奇機器人手術系統(tǒng)于心胸外科、泌尿外科、婦科、普外科等領域手術應用進展以及手術室護士配合要點。

達·芬奇手術系統(tǒng);機器人;進展

微創(chuàng)甚至無創(chuàng)已經(jīng)成為醫(yī)學發(fā)展與追求的必然,在這條道路上有3項標志性事件。1846年麻省總醫(yī)院施行乙醚麻醉,標志著現(xiàn)代手術的開始;1987年Moure報道腹腔鏡膽囊切除術,標志微創(chuàng)外科手術時代的開始;達·芬奇機器人手術系統(tǒng)完全有別于傳統(tǒng)胸腔鏡、腹腔鏡,被視為21世紀微創(chuàng)手術的革命性標志[1]。該系統(tǒng)已廣泛應用于心胸外科、泌尿外科、婦科、普外科等領域[2-5]。隨著衛(wèi)生部將達·芬奇機器人手術系統(tǒng)納入“十二五”甲類大型醫(yī)用設備配置規(guī)劃,我國陸續(xù)引進該系統(tǒng)并取得了良好效果。本文對手術機器人的國內外研究與應用進展做一綜述,旨在為對該系統(tǒng)的應用與配合提供參考。

1 機器人輔助手術系統(tǒng)的演變

到目前為止,機器人輔助手術系統(tǒng)主要經(jīng)歷了三代產品[6]。第一代持鏡機器人伊索(AESOP):1994年,美國食品和藥品管理局(Food and Drug Administration,FDA)首次批準Computer Motion公司生產的AESOP 1000手術機器人應用于手術;1996年,AESOP 2000手術機器人加入聲控裝置;AESOP 3000手術機器人的活動度增大;到1999年底,AESOP系統(tǒng)在心臟外科、胸外科、婦產科、泌尿外科等領域應用并取得了良好的手術效果,共完成手術80 000例。第二代遙控機器人宙斯(Zeus):1995年,Computer Motion公司繼續(xù)開發(fā)出機器人Zeus手術系統(tǒng),實現(xiàn)了遠程遙控、精細手術操作和穩(wěn)定的機械抓持等功能,2000年該系統(tǒng)獲得FDA認證[7]。第三代達·芬奇機器人手術系統(tǒng)(da Vinci Surgical System):達·芬奇手術機器人系統(tǒng)來源于美國軍方用于處置遠距離進行手術治療的研究,美國Intuitive Surgical Inc.(直觀手術公司)從軍方取得專利,研制出的機器人輔助微創(chuàng)外科手術系統(tǒng)于1999年獲得FDA批準。2000年7月達·芬奇手術系統(tǒng)成為唯一通過FDA核準運用于腔鏡手術的機械手術系統(tǒng)。2003年Intuitive Surgical公司合并Computer Motion公司獨家壟斷全球市場。目前達·芬奇系統(tǒng)第一代產品da Vinci Standard已被2005年上市的第二代S系統(tǒng)(da Vinci S)和2009年上市的第三代Si系統(tǒng)(da Vinci Si)所取代。第三代Si系統(tǒng)具有雙重控制功能,便于微小創(chuàng)傷手術時進行人員培訓,具有更高分辨率的3D視野、最新的用戶界面以及可整合入數(shù)字化手術室系統(tǒng)[8]。

2 國內外達·芬奇機器人手術系統(tǒng)的應用

2000年6月德國法蘭克福大學醫(yī)院泌尿外科醫(yī)生利用da Vinci手術機器人完成世界首例內窺鏡下前列腺切除根治。2001年6月,FDA批準da Vinci手術機器人用于腹腔鏡的前列腺切除術。目前da Vinci手術種類涵蓋普通外科、心胸外科、泌尿外科、婦科等學科的數(shù)十種手術,典型手術包括膽囊切除術、胰十二指腸切除術、胃腸手術、肝切除術、二尖瓣成形術、心臟不停跳搭橋術、縱隔腫瘤切除術、前列腺癌根治術、卵巢切除術等[8]。截至2013年12月31日,全球裝機總量為2 966臺,其中美國2 083臺,歐洲476臺,亞洲288臺(日本159臺,韓國43臺,中國43臺,印度24臺,新加坡7臺,泰國6臺,菲律賓2臺,印度尼西亞1臺),其他地區(qū)119臺;2013年完成手術約52.3萬例,比2011年增長16%[9]。

在我國,最早引進達·芬奇手術系統(tǒng)的醫(yī)院多是軍隊系統(tǒng)的綜合性醫(yī)院,完成的成功病例也最多,此外,多集中在北京和上海兩大城市。自2006年12月,中國人民解放軍總醫(yī)院率先引進我國第一臺達·芬奇S機器人手術系統(tǒng),目前中國人民解放軍總醫(yī)院(先后購置5臺)、北京地壇醫(yī)院、中國人民解放軍第二炮兵總醫(yī)院、復旦大學附屬中山醫(yī)院、上海交通大學附屬瑞金醫(yī)院、上海交通大學附屬胸科醫(yī)院、復旦大學附屬華東醫(yī)院、中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學附屬西南醫(yī)院、中國人民解放軍南京軍區(qū)南京總醫(yī)院、中國人民解放軍沈陽軍區(qū)總醫(yī)院、中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學附屬長海醫(yī)院、北京協(xié)和醫(yī)院、中國人民解放軍濟南軍區(qū)總醫(yī)院、中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學附屬西京醫(yī)院共14家醫(yī)院擁有18臺機器。截至2013年12月31日,我國達·芬奇機器人手術系統(tǒng)共完成手術6 535例,其中泌尿外科1 764例,胃腸外科1 647例,肝膽胰外科1 052例,心外科863例,胸外科607例,婦產科585例,其余7例。預計2013年—2015年我國公立醫(yī)療機構規(guī)劃配置36臺,覆蓋全國24個省(自治區(qū)、直轄市)的公立醫(yī)院,同時社會資本舉辦醫(yī)療機構按照全國總量20%規(guī)劃配置,該系統(tǒng)將在國家政策支持下規(guī)范有序地在臨床應用中合理推廣[10]。

3 達·芬奇機器人手術系統(tǒng)的構造

達·芬奇機器人手術系統(tǒng)由醫(yī)生操作系統(tǒng)、床旁機械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)3部分組成。床旁機械臂系統(tǒng)為機械臂和內窺鏡臂提供支撐,包括1個鏡頭臂和3個機械臂。鏡頭臂裝有雙鏡頭,能把組織器官放大10倍,并以三維畫面呈現(xiàn)給醫(yī)生,高清、立體、直觀、準確。達·芬奇的前臂長近50 cm,尤其特殊的是機械手的內腕,直徑僅0.5 cm,具有7個自由度可以自由旋轉540°,使其靈活度達到或超過了人手的活動度,是Intuitive Surgical公司的專利技術[11]。醫(yī)生操作系統(tǒng)是達·芬奇機器人的控制中心,機器人操作員坐在無菌區(qū)外,用手或腳來控制機器人和一個3D內窺鏡。成像系統(tǒng)在手術過程中由一名無需在無菌區(qū)的人員操作。

世界著名外科學家、法國Jacques Marescaux教授評價說:“達·芬奇機器人手術系統(tǒng)是外科史上繼微創(chuàng)技術及電腦輔助應用以來的第三次變革,成功引入一個全球外科技術共享的理念:外科醫(yī)生無論身處何方,都可參與世界上任何地方的手術。”與腔鏡手術相比,達·芬奇機器人手術系統(tǒng)具備以下優(yōu)點:①擴大了人眼的視野,可以進入人體內部的特殊鏡頭,產生三維立體的圖像,并可使手術視野放大10倍～15倍;②延長了人手的極限,機械手臂增加了活動的自由度,大大提高了手術醫(yī)師的操作能力,在原來手伸不進的區(qū)域,機械手可以在360°的空間里靈活穿行完成轉動、挪動、擺動、緊握等動作,且機械手上有穩(wěn)定器,具有人手無法相比的穩(wěn)定性及精確度;③切口小、出血少、愈合快,有助于最小化手術風險,降低術后并發(fā)癥以及轉開放手術的幾率,提高醫(yī)療質量和病人安全;④節(jié)省醫(yī)生人力資源,達·芬奇機器人自動化程度很高,一臺高難度的外科手術只需要1名外科醫(yī)生、1名麻醉師以及1名或2名護士[12,13],可有效克服手術室可負荷量的限制,提高手術室的利用效率。同時,達·芬奇機器人手術系統(tǒng)也存在一些不足之處:①沒有觸覺,無法分辨組織的韌度、觸摸血管搏動;②沒有溫熱覺,無法分辨不同體內組織間的溫度差異;③對大的動作有力反饋作用,但對精細動作卻不起作用;④需要助手更換機械臂;⑤控制臺與機械臂之間的無線通訊易受到干擾;⑥價格昂貴、體積龐大[14,15]。

4 手術護士配合要點

達·芬奇手術系統(tǒng)要求手術護士除具備開腹、開胸等傳統(tǒng)手術和腔鏡等微創(chuàng)手術配合經(jīng)驗外,還必須接受香港威爾斯親王醫(yī)院嚴格的理論和操作培訓,并取得該機構頒發(fā)的全球認證的達·芬奇手術機器人護士操作資格證書[16]。手術護士主要負責機器在手術間的布局擺放、機器的開機、器械臂無菌套的安裝、鏡頭白平衡調節(jié)、器械的傳遞、器械的清洗消毒滅菌、機器的管理與養(yǎng)護等[17]。

4.1 巡回護士的配合 病人入手術間前,完成機器人系統(tǒng)的準備工作。根據(jù)手術入路的不同,調整該系統(tǒng)3個組成部分與手術床位置關系,連接各組成部分并啟動系統(tǒng)[18]。嚴格操作規(guī)范,及時調節(jié)術野亮度和氣腹機壓力,嚴格觀察病人各項生命體征。備好搶救和開放手術設備、物品。術畢正確記錄此次使用的器械名稱及器械可使用的剩余次數(shù),使所有系統(tǒng)歸位。

4.2 器械護士的配合 在巡回護士協(xié)助下,完成器械臂、鏡頭臂的防護罩的安裝。每次手術前或每次更換攝像頭、內窺鏡、燈模塊或光源后,都必須對攝像鏡頭進行白平衡調節(jié)[18]。常規(guī)消毒后,與巡回護士一起正確連接儀器部件、導線,協(xié)助醫(yī)生置入Trocar并建立氣腹。放入鏡頭探查腹腔,在顯示屏指引下,依次完成其余穿刺器的置入。協(xié)助醫(yī)生完成所有機械臂與穿刺器的連接及所需器械的安裝。時刻關注顯示屏上和各機器臂上的信號,出現(xiàn)問題及時排除[19]。術畢對器械進行正確清洗、消毒、滅菌及養(yǎng)護。

5 達·芬奇機器人手術系統(tǒng)展望

在現(xiàn)代手術所表現(xiàn)出的更加自動化、更加電腦化、更依賴于機械化輔助趨勢下,達·芬奇機器人手術系統(tǒng)實現(xiàn)著技術的不斷優(yōu)化以及應用市場的快步拓展。該系統(tǒng)已開發(fā)出雙控制臺配備、術中熒光顯影技術、術中沖洗器、術中組織切割吻合器、術中超聲輔助定位、手術模擬訓練器等技術。截至2013年12月31日超過800所美國醫(yī)院購買單孔(Single-Site)手術設備[8,20]。

Intuitive Surgical公司的營銷目標:①宣傳達·芬奇機器人的安全性、有效性及成本效益;②加大支持達·芬奇機器人在普外科手術中的應用;③在婦科手術和泌尿外科手術中推廣達·芬奇機器人創(chuàng)傷小的優(yōu)點;④推廣單入口達·芬奇機器人的應用。而達·芬奇機器人手術系統(tǒng)向更小、更輕便、更方便移動方向發(fā)展將是必然趨勢,并有望在以下方面進行技術優(yōu)化:①加入精細動作的動力回饋,并可通過軟件設置和對張力數(shù)據(jù)的計算機分析,為醫(yī)生提供手術提示和報警;②在機械手上整合影像學系統(tǒng),如CT、B超,從而幫助醫(yī)生在不定型手術中判斷組織、血管,決定手術方式;③在軟件中加入圖像分析功能,幫助醫(yī)生判讀內鏡下解剖結構,加快手術進程;④機械臂實現(xiàn)自動更換[21]。

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Da Vinci robotic surgical system and its research progress

Tang Lu,Li Cui,Li Xiaofang,et al
(General Hospital of Jinan Military Area of PLA,Shandong 250031 China)

R473.6

A

10.3969/j.issn.1009-6493.2015.16.004

1009 6493(2015)06A-1932-04

2014 09 24;

2015 03 13)

(本文編輯 孫玉梅)

山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金,編號: BS2014SW010;濟南軍區(qū)總醫(yī)院院長基金及博士科研啟動基金資助項目,編號:2013BS09。

唐魯,主管護師,博士研究生,單位:250031,中國人民解放軍濟南軍區(qū)總醫(yī)院;李翠、李曉芳、田秀、蘇艷磊、王飛(通訊作者)單位: 250031,中國人民解放軍濟南軍區(qū)總醫(yī)院。