機(jī)器人手術(shù)的應(yīng)用與展望

王國(guó)斌

·述 評(píng)·

機(jī)器人手術(shù)的應(yīng)用與展望

王國(guó)斌

用微小創(chuàng)傷完成外科治療是外科醫(yī)生追求的目標(biāo)。近20余年來，腹腔鏡外科手術(shù)的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，成為微創(chuàng)外科最引人矚目的標(biāo)志。先進(jìn)科技的發(fā)明和應(yīng)用為腹腔鏡手術(shù)的進(jìn)步起到了巨大的推動(dòng)作用，例如攝像系統(tǒng)分辨率的提高使腹腔鏡下解剖的精細(xì)程度不斷提升，一定程度上彌補(bǔ)了觸覺缺失帶來的影響，使得解剖分離過程中的層面維持、神經(jīng)保護(hù)得以實(shí)現(xiàn)。腹腔鏡設(shè)備和器械的每一次革新，都為腹腔鏡手術(shù)帶來突破性進(jìn)展。

達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)是應(yīng)用于微創(chuàng)外科手術(shù)相關(guān)科技的又一個(gè)劃時(shí)代革新，2001年通過FDA批準(zhǔn)進(jìn)入臨床應(yīng)用后，外科手術(shù)開始步入機(jī)器人手術(shù)時(shí)代。

一、現(xiàn)有機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

在達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)之前，F(xiàn)DA曾于1994年批準(zhǔn)了一種持鏡機(jī)械臂Aesop，可以由手術(shù)者聲控腹腔鏡的進(jìn)退、搖擺和旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。2000年批準(zhǔn)過手術(shù)機(jī)器人Zeus系統(tǒng)，后來因公司合并而未再生產(chǎn)。2001年獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)的射波刀機(jī)器人系統(tǒng)因?yàn)榭梢赃_(dá)到定點(diǎn)清除腫瘤的功能，也被認(rèn)為是一種外科機(jī)器人系統(tǒng)。

達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)由醫(yī)生操控系統(tǒng)、床旁機(jī)械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)3部分組成。床旁機(jī)械臂系統(tǒng)包括1個(gè)鏡頭臂和3個(gè)獨(dú)立的機(jī)械臂。達(dá)芬奇機(jī)器人攝像系統(tǒng)應(yīng)用融合在一根光學(xué)視管內(nèi)的雙鏡頭采集圖像，通過成像系統(tǒng)以3D立體畫面呈遞給手術(shù)醫(yī)生。機(jī)械臂自身可以自由旋轉(zhuǎn)達(dá)540°，同時(shí)可通過馬達(dá)驅(qū)動(dòng)手術(shù)器械的前端關(guān)節(jié)進(jìn)行多個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)，這種微腕(EndoWrist)能力加上機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)進(jìn)退運(yùn)動(dòng)，使得每條機(jī)械臂都能實(shí)現(xiàn)7個(gè)自由度的活動(dòng)，靈活程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了常規(guī)腹腔鏡下手術(shù)器械的活動(dòng)能力，達(dá)到甚至超過了開放手術(shù)時(shí)人手的靈活程度。而機(jī)械臂在完成這些復(fù)雜活動(dòng)的同時(shí)，可以保證穿刺鞘管的腹壁段穩(wěn)定在一個(gè)固定的空間位置，因此可以減少腹壁穿刺孔道的損傷，同時(shí)起到提拉腹壁，增加腹腔空間的作用。醫(yī)生操控系統(tǒng)是手術(shù)者操控達(dá)芬奇機(jī)器人的人機(jī)交互平臺(tái)，這部分設(shè)備可以遠(yuǎn)離手術(shù)臺(tái)，手術(shù)者可以通過2個(gè)目鏡觀察到三維手術(shù)畫面，以及機(jī)器人的各項(xiàng)參數(shù)。腳控轉(zhuǎn)換開關(guān)可以轉(zhuǎn)化3條機(jī)械臂的激活狀態(tài)，使其中兩條臂處于當(dāng)前操控狀態(tài)下，由兩手各控制一個(gè)操縱桿來支配手術(shù)器械的活動(dòng)，電刀、超聲刀等能量輸出由腳踏開關(guān)控制。攝像鏡頭的進(jìn)退擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作可由術(shù)者自己靈活控制。

目前，達(dá)芬奇機(jī)器人最常用于腹腔、胸腔外科手術(shù)，也用于口咽、甲狀腺手術(shù)等。國(guó)內(nèi)外報(bào)道被最多用于前列腺癌根治手術(shù)，在狹小手術(shù)野空間內(nèi)需要復(fù)雜操作的手術(shù)，應(yīng)用機(jī)器人具有較大優(yōu)勢(shì)。普通外科領(lǐng)域內(nèi)，達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)已用于幾乎所有腹腔鏡手術(shù)[1]。

二、機(jī)器人手術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)繼承了腹腔鏡手術(shù)幾乎所有優(yōu)點(diǎn)，與開放手術(shù)相比，具有創(chuàng)傷小、恢復(fù)快、美容等優(yōu)勢(shì)。與普通腹腔鏡手術(shù)相比，達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)有一些優(yōu)點(diǎn)：①逼真三維手術(shù)視野，圖像空間立體感真實(shí)，沒有夸張的縱深感。鏡頭由機(jī)械臂扶持，可以保證穩(wěn)定的圖像，減輕畫面抖動(dòng)帶來的眩暈和疲勞。②操縱桿模擬識(shí)別手術(shù)者行為，一方面消除動(dòng)作的杠桿轉(zhuǎn)換過程，另一方面可以過濾無意識(shí)抖動(dòng)，分離、縫合等動(dòng)作更精準(zhǔn)。傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)中，外科醫(yī)生的手上動(dòng)作與觀察到的腹腔內(nèi)動(dòng)作成杠桿關(guān)系。這種動(dòng)作與視覺相反關(guān)系需要一個(gè)適應(yīng)和協(xié)調(diào)過程，加上二維圖像的原因，大大降低了動(dòng)作速度，嚴(yán)重限制了縫合、打結(jié)等外科基本技術(shù)的應(yīng)用。而在機(jī)器人手術(shù)中，術(shù)者不必進(jìn)行任何反常轉(zhuǎn)換，直接根據(jù)清晰三維的術(shù)野圖像，輕松順手地完成各種動(dòng)作，復(fù)雜操作就如同開放手術(shù)一樣得心應(yīng)手。與腹腔鏡手術(shù)相比，人手的無意識(shí)震顫不僅沒有被長(zhǎng)桿器械放大，反而被機(jī)器人系統(tǒng)過濾，明顯增強(qiáng)了手術(shù)精細(xì)程度。③達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的微腕專利技術(shù)，提供了超過人手靈活能力的7個(gè)自由度的動(dòng)作，這種微腕結(jié)構(gòu)位于器械的頭端，體積遠(yuǎn)小于人手，因此可以保證在狹小空間內(nèi)，完成超過人手靈活能力的精細(xì)動(dòng)作。④醫(yī)生操控平臺(tái)與手術(shù)臺(tái)分離，遠(yuǎn)程控制。因此可以實(shí)施遠(yuǎn)程會(huì)診手術(shù)，手術(shù)者也可以在更舒適的環(huán)境和姿態(tài)下完成復(fù)雜手術(shù)。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人擁有的優(yōu)點(diǎn)，從不同的方面促進(jìn)了復(fù)雜、困難手術(shù)微創(chuàng)化的轉(zhuǎn)變。

由于手術(shù)機(jī)器人的人機(jī)交互系統(tǒng)去除了腹腔鏡手術(shù)的杠桿效應(yīng)，因此，機(jī)器人手術(shù)的操作培訓(xùn)，比腹腔鏡手術(shù)要容易很多，也不一定需要腹腔鏡手術(shù)基礎(chǔ)[2]。

機(jī)器人外科手術(shù)也有很多急需改進(jìn)的地方，例如：①設(shè)備和耗材費(fèi)用高昂；②準(zhǔn)備時(shí)間費(fèi)時(shí),需要助手手動(dòng)更換機(jī)械臂；③機(jī)械臂還需要進(jìn)一步小型化；④與腹腔鏡手術(shù)一樣缺乏觸覺，而且沒有力反饋；⑤手術(shù)醫(yī)生與手術(shù)臺(tái)分離，存在通訊延遲、障礙等風(fēng)險(xiǎn)，這類風(fēng)險(xiǎn)問題對(duì)團(tuán)隊(duì)的整合提出了更高要求。

三、機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在我國(guó)應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)最早應(yīng)用于臨床的手術(shù)機(jī)械系統(tǒng)是持鏡機(jī)械臂Aesop，我院曾試用于膽囊切除和結(jié)直腸切除術(shù)。這套持鏡系統(tǒng)實(shí)際上是固定在手術(shù)臺(tái)上的一只機(jī)械臂，可以由術(shù)者聲控操縱腹腔鏡的前后左右移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等，優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)省一名助手，持鏡也比人操作更穩(wěn)定，但用于復(fù)雜手術(shù)時(shí)并沒有優(yōu)勢(shì)。

國(guó)內(nèi)第一套手術(shù)機(jī)器人是深圳人民醫(yī)院購(gòu)置的Zeus系統(tǒng)，這也是此型號(hào)手術(shù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)唯一一臺(tái)。目前國(guó)內(nèi)大部分達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人為2009年上市的第三代Si系統(tǒng)(da Vinci Si)，截止2015年9月，國(guó)內(nèi)達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人約40臺(tái)，單獨(dú)或者與腹腔鏡手術(shù)聯(lián)合用于大多數(shù)胸腹腔外科手術(shù)。在普通外科腹部手術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)已用于幾乎所有手術(shù)，單中心機(jī)器人腹腔鏡下胃癌手術(shù)已超過1 000例，也啟動(dòng)了手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用于胃腸腫瘤手術(shù)的前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究，安全性與短期效果比較的回顧性臨床病例報(bào)道已有很多。

但限于設(shè)備和耗材的昂貴價(jià)格，目前開展機(jī)器人手術(shù)的醫(yī)院還并不多，已開展射波刀機(jī)器人系統(tǒng)治療的醫(yī)院更少。

四、展望

未來的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)將隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，朝著更小、更輕便、更穩(wěn)定方向進(jìn)化。我們有信心在不遠(yuǎn)將來看到這樣一些關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步：①在攝像系統(tǒng)中加入顯微成像技術(shù)，或者更高級(jí)的熒光靶向、代謝成像等技術(shù)，讓手術(shù)者能夠更精細(xì)地辨別血管、神經(jīng)等重要結(jié)構(gòu)，更精確地辨別病變范圍；還可以設(shè)定報(bào)警技術(shù)，避免誤傷，讓手術(shù)更微創(chuàng)、更安全；②在手術(shù)器械上裝備精細(xì)傳感器，通過計(jì)算機(jī)分析反饋，讓醫(yī)師能夠得到比人手更準(zhǔn)確細(xì)致的力量、質(zhì)地等感知；③在人機(jī)交互界面，整合影像學(xué)系統(tǒng)，方便影像導(dǎo)航，讓手術(shù)醫(yī)師掌握超視界的解剖形態(tài)，對(duì)手術(shù)規(guī)劃了然于心，對(duì)每一步操作都胸有成竹，這一功能對(duì)復(fù)雜手術(shù)，例如解剖結(jié)構(gòu)變化了的再次手術(shù)等特別有價(jià)值。

現(xiàn)有商業(yè)化的手術(shù)機(jī)器人產(chǎn)品，目前還只有一家，要想機(jī)器人手術(shù)設(shè)備在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，必須讓設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，使手術(shù)成本大大降低后才能實(shí)現(xiàn)。

在手術(shù)效果方面，機(jī)器人輔助手術(shù)相對(duì)于腹腔鏡手術(shù)并沒有獲得絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。例如在結(jié)直腸腫瘤切除手術(shù)、胃癌切除手術(shù)方面，較多臨床研究都證實(shí)了機(jī)器人手術(shù)有一些方面的優(yōu)勢(shì)，但在手術(shù)時(shí)間、總體費(fèi)用方面存在劣勢(shì)，在腫瘤治療效果方面也沒有明顯差別[3-4]。因此，對(duì)待機(jī)器人輔助手術(shù)，我們應(yīng)該客觀理性態(tài)度，并期待著這一新生技術(shù)的快速成熟。

1 Shah J,Vyas A,Vyas D.The History of Robotics in Surgical Specialties.Am J Robot Surg,2014,1:12-20.DOI:10.1166/ajrs.2014.1006.

2 Moore LJ,Wilson MR,Waine E,et al.Robotic technology results in faster and more robust surgical skill acquisition than traditional laparoscopy.J Robot Surg,2015,9:67-73.DOI: 10.1007/s11701-014-0493-9.

3 Kim CW,Kim CH,Baik SH.Outcomes of robotic-assisted colorectal surgery compared with laparoscopic and open surgery:A systematic review.J Gastrointest Surg,2014,18:816-830.DOI: 10.1007/s11605-014-2469-5.

4 Coratti A1,Annecchiarico M,Di Marino M,et al.Robot-assisted gastrectomy for gastric cancer: current status and technical considerations.World J Surg,2013,37:2771-2781.DOI: 10.1007/s00268-013-2100-z.

430022 武漢，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院胃腸外科

王國(guó)斌，Email:wgb@whuh.com

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A

10.3969/j.issn.1003-5591.2016.01.001

2016-01-08)