機(jī)器人在經(jīng)自然腔道手術(shù)中的應(yīng)用*

吳東波，徐 巍，綜述 馮澤榮，審校

(廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院，廣西 南寧530021)

經(jīng)自然腔道內(nèi)鏡手術(shù)(natural orifice transluminal endoscopic surgery，NOTES)是指通過自然孔口(口腔、肛門、陰道口、尿道口等)進(jìn)入腹腔或胸腔進(jìn)行操作的一種外科手術(shù)。NOTES 起始于20 世紀(jì)后期，Wilk 于1994年首次表述了NOTES 的基本概念［1］，此后美國名為Apollo 的研究小組于2004年發(fā)表了經(jīng)口、經(jīng)胃進(jìn)行腹腔探查及肝活檢術(shù)的報(bào)道［2］，正式將NOTES 應(yīng)用于臨床。NOTES 經(jīng)人體自身的一些自然腔道進(jìn)行手術(shù)，在解決患者疾患的過程中，未在人體表面留有切口，減輕了術(shù)后疼痛，增加了美容效果，獲得了更好的生理微創(chuàng)與心理微創(chuàng)效果［3］。對(duì)于那些肥胖、體質(zhì)差、疤痕體質(zhì)及對(duì)美容效果要求較高的人群而言，NOTES 將成為他們最好的選擇［4］。但NOTES 的一些缺點(diǎn)也是明顯的，如手術(shù)器械欠缺靈活度、二維成像及軟式纖維鏡缺乏牢固穩(wěn)定的操作平臺(tái)等。隨著達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的出現(xiàn)，人們開始探討將達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用到NOTES 中。達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)的器械臂有7 個(gè)關(guān)節(jié)，活動(dòng)范圍大，且非常靈活;先進(jìn)的視覺系統(tǒng)能夠三維成像;機(jī)械臂穩(wěn)定，能提供牢固的操作平臺(tái)［5］，恰好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)NOTES 的這些缺陷。

1 應(yīng)用達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行NOTES手術(shù)的探討

機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的歷史追溯到20 世紀(jì)90年代。1994年美國computer motion 公司研制了第一臺(tái)協(xié)助微創(chuàng)手術(shù)的內(nèi)窺鏡自動(dòng)定位系統(tǒng)，取名伊索(Aesop)，此后又生產(chǎn)出宙斯(ZeusTM)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，于2000年獲得美國FDA 市場(chǎng)認(rèn)證后應(yīng)用于臨床［6］。同樣來自美國的Intuitive Surgical 公司通過成功研究主從式遠(yuǎn)程操控技術(shù)(Master-Slave Telemanipulator)，使得機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的研究邁出了決定性的一步。2000年Intuitive Surgical 公司制造的達(dá)芬奇(da VinciR)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)通過了美國FDA 市場(chǎng)認(rèn)證后正式在手術(shù)室使用。2003年美國Intuitive Surgical 公司收購了computer motion 公司。目前市場(chǎng)上用于腹腔鏡手術(shù)的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)只有達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。

達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)由三部分組成［7］:(1)醫(yī)師控制臺(tái)(Surgeon Console):由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、監(jiān)視器、操作手柄及輸出設(shè)備等組成。醫(yī)師坐在無菌區(qū)外的控制臺(tái)前，雙手正常位通過雙手動(dòng)作傳動(dòng)帶動(dòng)手術(shù)臺(tái)上仿真機(jī)械臂完成各種操作，并可通過聲控、手控或踏板控制腹腔鏡。(2)床旁機(jī)械臂系統(tǒng)(Patient Side Cart):包括2～3 只工作臂及1 只持鏡臂。持鏡臂用于握持腹腔鏡物鏡，可提供穩(wěn)定的圖像，避免傳統(tǒng)腹腔鏡術(shù)中助手疲勞導(dǎo)致手部抖動(dòng)出現(xiàn)視野不穩(wěn)定的問題。工作臂用于完成術(shù)中各種操作，有7 個(gè)自由度，可作沿垂直軸360°、水平軸270°旋轉(zhuǎn)，且每個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)度均＞90°，使其比人手有更大的靈活性。(3)三維成像系統(tǒng)(3-D Vision System):傳統(tǒng)腹腔鏡技術(shù)一個(gè)主要的弊端在于二維平面成像，術(shù)者在監(jiān)視器中無法辨別組織前后相對(duì)關(guān)系。達(dá)芬奇機(jī)器人的3D 高清影像系統(tǒng)可完全解決這一問題，為術(shù)者提供真實(shí)的術(shù)野，利于術(shù)中辨認(rèn)組織關(guān)系，同時(shí)使縫合、打結(jié)等操作更簡(jiǎn)便。基于以上優(yōu)點(diǎn)，達(dá)芬奇機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)已成為腹部外科手術(shù)的主流。但對(duì)于將達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于NOTES，國內(nèi)外尚未見其應(yīng)用于臨床，只有少量國外論文報(bào)道其在豬及尸體上的一些實(shí)驗(yàn)研究，既有成功又有失敗。

Haber 等［8］在2008年發(fā)表了一篇研究快報(bào)，稱其團(tuán)隊(duì)利用10 頭豬進(jìn)行了達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人NOTES。他們將陰道作為一只達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)械臂的手術(shù)通道，另一只機(jī)械臂與內(nèi)窺鏡經(jīng)臍進(jìn)入。他們共成功完成了10 例腎盂成形術(shù)、10 例部分腎臟切除術(shù)、10 例根治性腎臟切除術(shù)(5 頭豬行左右腎腎盂成形術(shù)，再進(jìn)行左右腎根治性腎臟切除術(shù)，另外5 頭豬進(jìn)行左右腎部分切除術(shù))(圖1、圖2)。盡管他們的實(shí)驗(yàn)尚不是完全的經(jīng)陰道NOTES，但創(chuàng)新性地將達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用于NOTES，為后來的相關(guān)研究提供了寶貴的思路與經(jīng)驗(yàn)。Humberto Laydner 團(tuán)隊(duì)于2012年在女尸上進(jìn)行了3 例經(jīng)陰道腎臟切除術(shù)［9］(圖3、圖4)。第1 例尸體采用膀胱截石位，由于尸體下肢與機(jī)械臂間存在碰撞，使手術(shù)以失敗告終。第2 例，Humberto Laydner 改變了尸體的手術(shù)體位，采用俯臥位后右側(cè)腎臟得以完全切除。第3 例因造成了尸體直腸損傷手術(shù)失敗。盡管他們的3 例實(shí)驗(yàn)僅有1 例成功，但取得了完全經(jīng)陰道NOTES 的成功。

圖1 經(jīng)臍進(jìn)入腹腔的三腔道套管［8］

圖2 機(jī)械臂的放置［8］

圖3 尸體采用俯臥折刀位［9］

圖4 四通道端口［9］

由于達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)無觸覺反饋系統(tǒng)，因此縫合打結(jié)只能依靠術(shù)者經(jīng)驗(yàn)，這是目前達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)最大的缺點(diǎn)?？p合打結(jié)是外科手術(shù)重要而關(guān)鍵的技術(shù)。那么，在NOTES 中達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)能否安全可靠地完成縫合打結(jié)技術(shù)呢?Yoshitaka Demura 團(tuán)隊(duì)2013年在豬的身上測(cè)試了達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人完全經(jīng)直腸吻合小腸及直腸的效果［10］，其結(jié)果令人振奮。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人經(jīng)直腸小腸縫合抗壓能力［(67.7 ±29.3)mmHg］與達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人經(jīng)腹小腸縫合抗壓能力［(73.3 ±18.2)mmHg］無明顯差異;在直腸縫合中，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人經(jīng)直腸的縫合抗壓能力［(149. 9 ±81.1)mmHg］與開腹對(duì)照組［(195.0 ±60.5)mmHg］無明顯差異。實(shí)驗(yàn)的成功得益于達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)機(jī)械臂靈活而又穩(wěn)定的持針，以及真實(shí)的3D 成像。

目前，應(yīng)用達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行NOTES 僅限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，尚不能應(yīng)用推廣于臨床，最主要的問題是:(1)龐大的達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)會(huì)與患者的身體發(fā)生碰撞;(2)狹小的自然腔道導(dǎo)致狹小的操作三角，手術(shù)操作非常困難;(3)人體解剖機(jī)構(gòu)的差異，引起手術(shù)操作的困難，如陰道穹窿與骶骨胛間的角度及骨盆形態(tài)學(xué)特征等。于是，人們想到了微型內(nèi)鏡機(jī)器人。

2 內(nèi)窺鏡機(jī)器人應(yīng)用于NOTES

內(nèi)鏡機(jī)器人體積小，在腹腔內(nèi)不會(huì)與腹腔器官發(fā)生碰撞;有較寬的操作平臺(tái)，操作三角良好;腹腔寬大，操作空間也寬大，人體解剖結(jié)構(gòu)的差異對(duì)手術(shù)不會(huì)造成影響。因此，在一定程度上克服了龐大的達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于NOTES 的困難。在一些國家，已有一些機(jī)構(gòu)研制出了內(nèi)鏡機(jī)器人，但相關(guān)研究報(bào)道較少。新加坡南洋工業(yè)大學(xué)研發(fā)出一種內(nèi)窺鏡機(jī)器人，名為主從式機(jī)器人(Master And Slave Transluminal Endoscopic Robot，MASTER)，由三部分組成:主操控器、從屬控制器(末端有兩個(gè)工作臂:抓手、單級(jí)電極鉤)及雙通道內(nèi)窺鏡［11］。醫(yī)生通過主操控器操作，命令通過電線由主操控器傳至從屬控制器，通過其末端的器械行手術(shù)操作。Sun 等［12］于2011年成功使用此系統(tǒng)行內(nèi)鏡下黏膜下肌切開術(shù)，并發(fā)表論文稱此系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)2 個(gè)工作臂進(jìn)入腹腔后，在體外通過操控主控制器來控制末端的工作臂，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)手術(shù)流程;(2)術(shù)野清晰，體外操作空間大，舒適、方便;(3)工作臂末端帶有內(nèi)鏡頭，能形成清晰的手術(shù)視野，腔內(nèi)器械較少，活動(dòng)空間大，容易形成穩(wěn)固的操作三角。Phee 等［13］于2012年為5 例早期胃癌患者行黏膜下切開術(shù)，手術(shù)順利完成。Chiu 團(tuán)隊(duì)［14］于2014年在兩頭豬上使用此系統(tǒng)(圖5)進(jìn)行了胃全層切除術(shù)，第一頭豬手術(shù)用時(shí)56 min，第二頭用時(shí)70 min，術(shù)中未造成周圍器官損傷。Chiu 團(tuán)隊(duì)［14］提出了此系統(tǒng)尚存在一些需要進(jìn)一步完善的地方，如術(shù)中末端工作臂不可以更換;末端器械比較單一，未來還可增加如剪刀、剝離器、持針鉗等;還可進(jìn)行個(gè)體化設(shè)計(jì)滿足不同腔道的手術(shù)。Yao 等［15］于2013年在美國機(jī)械工程師學(xué)會(huì)雜志上發(fā)表論文，稱其構(gòu)架出一種新的可重構(gòu)的內(nèi)窺鏡機(jī)器人系統(tǒng)(圖6)。其利用中間一個(gè)環(huán)形的平臺(tái)很好地解決了器械回撤的問題。外部器械可通過中間的通道進(jìn)入腹腔進(jìn)行操作。其缺點(diǎn)也是比較明顯的，首先，支架平臺(tái)是彈性的，提供的牽引、推撥等基本手術(shù)操作的力量是有限的，不足以進(jìn)行復(fù)雜的手術(shù);其次，末端的器械簡(jiǎn)單，缺乏多樣性，不能進(jìn)行復(fù)雜的操作。未來，可改良操作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適當(dāng)?shù)馗淖兤餍当鄣牟牧?，?yīng)用強(qiáng)度更大的材料，以提供更加強(qiáng)大的牽拉、剪切力度;適當(dāng)增加多種手術(shù)器械，以便進(jìn)行較復(fù)雜的操作。

圖6 可重構(gòu)的內(nèi)窺鏡機(jī)器人［15］

3 展 望

將機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于NOTES 將是人類在手術(shù)史上的一次飛躍，給病患帶來的是術(shù)后疼痛更輕、恢復(fù)更快、住院時(shí)間更短、并發(fā)癥更少及美容效果更好。尤其內(nèi)窺鏡機(jī)器人輔助的NOTES，手術(shù)入路經(jīng)自然腔道，手術(shù)切口小，疼痛輕，小型的內(nèi)鏡機(jī)器人在寬敞的腹腔空間使各種復(fù)雜操作得以順利完成。我們面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，包括如何建立內(nèi)鏡機(jī)器人寬大的手術(shù)操作平臺(tái)，如何完成內(nèi)鏡機(jī)器人打開與收納的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如何增加多樣的手術(shù)機(jī)械臂等。只要解決了這些問題，相信內(nèi)鏡機(jī)器人的NOTES 會(huì)成為外科重要的發(fā)展方向。

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