心血管外科達芬奇機器人手術(shù)淺談

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院心臟外科，山東 青島 266003)

隨著達芬奇機器人的廣泛應(yīng)用，微創(chuàng)手術(shù)逐漸成為主流，達芬奇機器人也逐漸滲透入臨床各學(xué)科當中。并且因其住院時間短、創(chuàng)傷小、恢復(fù)快等優(yōu)勢而廣受病人好評。達芬奇機器人技術(shù)已成為現(xiàn)階段醫(yī)院醫(yī)療水平及醫(yī)學(xué)發(fā)展的代表。本文對達芬奇機器人的誕生、組成、在心外科的應(yīng)用以及達芬奇的手術(shù)過程做一簡要綜述。

1 達芬奇機器人的誕生

1920年，捷克斯洛伐克的CAPEK首次在他的劇本中提到“機器人(robot)”這個詞語。1959年，在被譽為“機器人之父”的美國科學(xué)家JOE ENGELBERGER的不懈努力下，世界上第一臺機器人從此誕生，并首先應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域[1]。隨后，機器人技術(shù)不斷發(fā)展，逐漸擴展到農(nóng)業(yè)、軍事等各個領(lǐng)域，并逐步向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域滲透[1]。1989年，在政府和軍方的共同支持下，美國Computer Motion公司成立，隨后開發(fā)出了“伊索”(AESOP)手術(shù)系統(tǒng)和“宙斯”(ZEUS)手術(shù)系統(tǒng)，并分別于1994年和2001年應(yīng)用于臨床。1995年，Intuitive Surgical公司建立，研發(fā)出了“達芬奇”(da Vinci)手術(shù)機器人系統(tǒng)，并且于2000年正式獲批應(yīng)用于臨床[2]。1998年，首例達芬奇機器人輔助下二尖瓣成形術(shù)取得成功。經(jīng)過4年的發(fā)展，達芬奇機器人技術(shù)正式應(yīng)用于各類心臟手術(shù)當中[3-5]。使心臟外科進入了微創(chuàng)手術(shù)的新時代。

2 達芬奇機器人系統(tǒng)的構(gòu)成

達芬奇機器人系統(tǒng)由手術(shù)機械臂、視頻系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和手術(shù)操作器械4部分構(gòu)成[6-7]。

2.1 手術(shù)機械臂

達芬奇機器人共有4支機械臂。其中主臂持內(nèi)窺鏡，其余3臂通過更換器械完成電凝、電切、縫合、修剪、拉鉤等操作。手術(shù)時，機械臂位于床旁，助手及器械護士在機械臂旁工作，負責(zé)完成打孔、擺放機械臂、牽拉、吸引、打結(jié)、更換手術(shù)器械等工作。由于助手對機械臂的觀察更加直觀，能夠最早發(fā)現(xiàn)問題，因此助手應(yīng)具有機械臂的優(yōu)先控制權(quán)。

2.2 視頻系統(tǒng)

包括高強光源、手術(shù)輔助設(shè)備、圖像處理系統(tǒng)及攝像系統(tǒng)。視頻系統(tǒng)可將手術(shù)視野擴大10～40倍，并以三維立體圖像的形式呈現(xiàn)在主刀醫(yī)生視野中。高清放大系統(tǒng)有利于主刀醫(yī)生及助理醫(yī)生更清晰地辨認組織結(jié)構(gòu)，更好地完成游離、縫合、打結(jié)等操作，提高手術(shù)的精準度及手術(shù)效率[8]。

2.3 操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)是醫(yī)生完成外科手術(shù)的控制中心。操作系統(tǒng)位于手術(shù)室一角，主刀醫(yī)生遠離手術(shù)臺，通過三維高清鏡頭觀察手術(shù)視野，通過雙手控制手柄、雙腳控制腳踏板來完成手術(shù)臺上各器械的活動與操作。主刀醫(yī)生的操作與機械臂及器械操作同步進行，從而增加手術(shù)醫(yī)生操作的靈巧性與協(xié)調(diào)性。操作系統(tǒng)中的活動比例縮放功能，能夠有效消除醫(yī)生手部的顫動和無意識活動，從而增加手術(shù)的精準性，避免手術(shù)失誤及副損傷。

2.4 手術(shù)操作器械

手術(shù)機械臂中裝入操作器械即可進行操作。手術(shù)操作器械具有轉(zhuǎn)腕功能，包括7個自由度，能夠有效完成關(guān)節(jié)臂的上下、左右、前后運動及機械手的開合、旋轉(zhuǎn)、關(guān)節(jié)彎曲等動作。手術(shù)操作器械沿垂直軸和水平軸分別可做360°和270°旋轉(zhuǎn)，并且關(guān)節(jié)的活動度均大于90°，遠超人手的活動范圍，使手術(shù)具有更高的靈活性和精確性。

3 達芬奇手術(shù)系統(tǒng)的基本應(yīng)用

達芬奇手術(shù)系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于臨床各學(xué)科之中，包括普外科、泌尿外科、婦科、胸外科、心臟外科、小兒外科、耳鼻喉外科、甲狀腺外科、口腔科、頭頸外科等領(lǐng)域，并幾乎涵蓋了以上學(xué)科的所有的基礎(chǔ)手術(shù)[9]。在心臟外科，達芬奇手術(shù)系統(tǒng)可應(yīng)用于二尖瓣修補/置換術(shù)、房間隔/室間隔缺損修補術(shù)、心臟包塊切除術(shù)、冠狀動脈旁路移植術(shù)以及心包包塊切除術(shù)等。2008年，中國人民解放軍總醫(yī)院購入國內(nèi)第一臺達芬奇機器人，正式應(yīng)用于心外科手術(shù)，并取得了心外科手術(shù)類型世界排名第一的優(yōu)異成績[10]。2010年，該院又成立了國內(nèi)首個達芬奇機器人心臟手術(shù)培訓(xùn)中心，促進了中國心臟外科達芬奇手術(shù)的發(fā)展。我院于2014年開展達芬奇機器人手術(shù)技術(shù)，并分別于2016年、2017年心外科達芬奇手術(shù)量達到全國第一。

4 達芬奇機器人的手術(shù)過程

4.1 病人選取

由于缺少專門的小兒達芬奇器械，選取病人一般要求體質(zhì)量大于40 kg，并且要排除高齡、肥胖、凝血功能障礙、大血管疾病、主動脈瓣疾病、嚴重肝功能不全、嚴重腎功能不全、嚴重心腦血管并發(fā)癥、嚴重肺動脈高壓或呼吸功能不全和因二次手術(shù)等原因造成的胸腔組織黏連等病人。

4.2 病人體位

病人體位既要方便手術(shù)操作，又要避免對病人造成損傷。手術(shù)醫(yī)生及助手站于病人的胸部切口側(cè)，床旁機器人位于對側(cè)。為了更好地暴露手術(shù)視野，通常在病人胸部切口側(cè)肩背部墊一個胸墊，使病人冠狀位與手術(shù)臺呈15°～25°夾角[11]；胸部切口側(cè)胸壁與床沿平齊，手臂用中單固定，位置低于腋后線的水平。盡管病人與手術(shù)臺呈一定角度，主刀醫(yī)生仍會要求將手術(shù)臺向?qū)?cè)傾斜，以更好地暴露手術(shù)視野。由于病人胸部被抬高，麻醉醫(yī)生一般給病人頭部墊一墊子，使下頜與胸骨中線平齊，從而避免手術(shù)臺傾斜過大引起病人頭部過度扭動，導(dǎo)致臂叢神經(jīng)牽拉損傷。

4.3 血管通路

達芬奇手術(shù)的血管通路，不僅需要外周靜脈置管，也需要用于測壓和注射藥物的中心靜脈置管。通常選擇在病人的左橈動脈插動脈測壓管。原因如下：①手術(shù)體位導(dǎo)致右側(cè)手臂略低于腋后線，使手腕和肘部略彎曲，有時可致回血，導(dǎo)致動脈波形不準，并且體外循環(huán)時難以調(diào)整該部位。雖然有缺點，右側(cè)橈動脈置管也是可以備用的選擇。而且應(yīng)用血管內(nèi)阻斷時可以通過右側(cè)橈動脈檢測無名動脈是否受阻[11-12]。②手術(shù)時經(jīng)股動靜脈插管建立體外循環(huán)，術(shù)中存在一側(cè)插管困難改用對側(cè)的可能，應(yīng)盡量避免經(jīng)股動脈置入動脈測壓管。

4.4 電除顫

由于達芬奇機器人手術(shù)屬于微創(chuàng)手術(shù)，手術(shù)切口小，除顫板無法插入胸腔內(nèi)，主刀醫(yī)生和麻醉醫(yī)生通過體表貼除顫電極貼來完成電除顫和電復(fù)律。電極貼通常貼于右側(cè)肩下部和左側(cè)胸側(cè)壁，兩電極貼連線通過心臟長軸，使電流更好地通過心臟[13]。因為電流同樣經(jīng)過肌肉，為了防止電燒傷，在電除顫時應(yīng)將達芬奇機器人器械撤出病人體內(nèi)。同時進行短暫的通氣，使胸腔內(nèi)壓力及二氧化碳氣體量減低，從而降低電阻抗，增加電除顫的成功率。如果不能進行體外除顫，也可應(yīng)用兒科器械插入胸腔內(nèi)充當電極板進行除顫。

4.5 麻醉與鎮(zhèn)痛

盡管達芬奇手術(shù)獲得了很高的評價[14]，但因為切口創(chuàng)傷的刺激、術(shù)中機械臂牽拉、術(shù)后引流管刺激等原因，病人術(shù)后仍有明顯的切口疼痛。有研究表明，達芬奇手術(shù)的術(shù)后疼痛程度與常規(guī)開胸術(shù)后并沒有太大不同[15]。麻醉醫(yī)生通常會應(yīng)用一些靜脈藥物、局部麻醉藥物進行鎮(zhèn)痛。雖然胸部硬膜外鎮(zhèn)痛可能被視為一種理想的術(shù)后鎮(zhèn)痛方法，但這種方法并不普及。術(shù)前或術(shù)后應(yīng)用肋間或者脊椎旁神經(jīng)阻滯能夠達到很好的鎮(zhèn)痛效果[16]。

4.6 單肺通氣

達芬奇心臟手術(shù)是通過單側(cè)胸壁小切口進行操作，因此，體外循環(huán)前后應(yīng)給予單肺通氣。術(shù)中使單側(cè)肺塌陷的方法有兩種，一種是應(yīng)用帶有支氣管阻塞器的單腔氣管插管，另一種是應(yīng)用雙腔氣管插管。為避免手術(shù)后更換氣管插管，一些外科醫(yī)生更傾向于應(yīng)用支氣管阻塞器的單腔氣管插管。但應(yīng)用單腔氣管插管更容易使病人在體外循環(huán)停機后發(fā)生供氧不足[12]。相關(guān)研究結(jié)果表明，體外循環(huán)停機以后，單肺的氧合指數(shù)(PaO2/FiO2)可能會比手術(shù)前減少超過50%[12]。體外循環(huán)后的單肺通氣過程當中，通常會出現(xiàn)供氧不足的情況，可能是因為塌陷肺的血流量增加，導(dǎo)致了通氣肺的通氣/灌注比例嚴重失調(diào)所致[12]。

體外循環(huán)過程中，操作側(cè)胸腔持續(xù)通入二氧化碳氣體，以減少胸腔中的空氣含量。這樣，在體外循環(huán)停機后，可以避免空氣進入左心系統(tǒng)[14]。然而，二氧化碳吹入量增加也會使胸腔內(nèi)壓力增高進而導(dǎo)致靜脈回心血流受阻[11]。為避免上述情況，應(yīng)盡量控制二氧化碳流量在2～3 L/min，或者控制胸腔氣壓低于1.33 kPa[11]。為有效避免胸腔內(nèi)壓力過高，有些外科醫(yī)生提出在胸腔內(nèi)置入一個18 G的靜脈導(dǎo)管作為二氧化碳進出的通道[11]。不管采用哪種方法，都應(yīng)盡量保證手術(shù)期間血流動力學(xué)的穩(wěn)定，避免靜脈回心血流受阻。

4.7 冠狀動脈旁路移植術(shù)手術(shù)過程

4.7.1手術(shù)切口 達芬奇機器人輔助冠狀動脈旁路移植術(shù)通常取左側(cè)第四肋間鎖骨中線外側(cè)2 cm置入鏡頭套筒針，二氧化碳通過鏡頭臂套筒吹入胸腔內(nèi)，第二、第六肋間鎖骨中線外側(cè)1 cm置入套筒針作為機械人左、右臂器械進入的通道。

4.7.2手術(shù)方式 達芬奇輔助冠狀動脈旁路移植術(shù)最常見的治療方案有4種：非體外循環(huán)下全機器人冠狀動脈旁路移植術(shù)、體外循環(huán)下全機器人冠狀動脈旁路移植術(shù)、達芬奇機器人輔助下乳內(nèi)動脈游離+胸壁小切口冠狀動脈旁路移植術(shù)以及雜交手術(shù)[17]。①非體外循環(huán)下全機器人冠狀動脈旁路移植術(shù)：乳內(nèi)動脈游離完成后，在左側(cè)肋下或劍突下打孔[18]，通過此孔置入心肌固定器。固定器中包含打水裝置，能夠在縫合時更好地暴露靶血管。由于操作復(fù)雜，此類手術(shù)目前多用于單支病變的冠狀動脈旁路移植術(shù)。②體外循環(huán)下全機器人冠狀動脈旁路移植術(shù)：體外循環(huán)建立過程與二尖瓣體外循環(huán)建立過程基本一致。體外循環(huán)可使雙肺壓縮、心臟排空以更好地暴露手術(shù)視野，心臟停跳時血管吻合也更加簡便，降低了手術(shù)難度。③達芬奇機器人輔助下乳內(nèi)動脈游離+胸壁小切口冠狀動脈旁路移植術(shù)。是目前較為流行的手術(shù)方式。乳內(nèi)動脈游離備用后，撤除機器人手術(shù)系統(tǒng)并終止二氧化碳氣胸。而后通過內(nèi)鏡確定血管吻合的位置，并使用腰椎穿刺針穿過胸壁以標記小切口的位置[19]。使用軟組織牽開器暴露手術(shù)視野并用心肌固定器穩(wěn)定血管，用標準的非停跳旁路移植術(shù)完成血管吻合。④雜交手術(shù)：適用于多支病變的冠心病病人。冠狀動脈旁路移植術(shù)與經(jīng)皮冠狀動脈介入治療在雜交手術(shù)室中同期進行，通常先進行機器人輔助下乳內(nèi)動脈-前降支冠狀動脈旁路移植術(shù)，而后行經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)。其優(yōu)點主要是住院時間短，術(shù)中可評估橋血管通暢度以及在經(jīng)皮冠狀動脈介入失敗時行補救性搭橋手術(shù)治療[20]。其缺點主要有手術(shù)時間較長、花費較高、腎損傷、出血及急性支架內(nèi)血栓形成等[21-22]。對于非前降支病變引起的急性冠狀動脈綜合征病人，美國心臟學(xué)會推薦先行冠狀動脈旁路移植術(shù)，這也是應(yīng)用最多的雜交手術(shù)方式[22]。這樣可以在血管造影下評估橋血管的通暢性，并且在介入手術(shù)過程中，前壁心肌也得到了充分保護。

4.7.3打結(jié)方法 雖然達芬奇機器人靈活度很高，但應(yīng)用達芬奇器械進行體內(nèi)打結(jié)依然非常耗費時間。因此出現(xiàn)了2種新的打結(jié)方法。①主刀醫(yī)生通過機器人完成縫合操作后，由助手應(yīng)用特制打結(jié)器于體外進行打結(jié)。這種方法既準確又迅速，并且對線的損傷比機器人打結(jié)小[23]。②主刀醫(yī)生可以應(yīng)用鎳鈦合金線夾代替打結(jié)操作[24]?，F(xiàn)在國外大部分縫合都應(yīng)用鎳鈦合金線夾，并且逐步應(yīng)用于開胸手術(shù)中[23,25]。但在國內(nèi)，這項技術(shù)仍未普及。

4.8 二尖瓣手術(shù)過程

4.8.1建立體外循環(huán) 達芬奇輔助下二尖瓣手術(shù)通常選擇通過股動脈、股靜脈建立體外循環(huán)。術(shù)前常規(guī)行計算機斷層血管造影(CTA)檢查，以排除主動脈夾層以及假性動脈瘤等大血管疾病。部分醫(yī)院應(yīng)用多普勒超聲檢查來確定病人是否患有以上疾病[26]。髂動脈及股動脈粥樣硬化也屬于手術(shù)的禁忌證[27]。

體外循環(huán)靜脈管一般應(yīng)用20～28F管道，從股靜脈經(jīng)下腔靜脈置入右心房。插管前進行食管超聲檢查確認是否存在心房水平分流。應(yīng)用食管超聲確定靜脈管是否插入右心耳或者經(jīng)卵圓孔進入左心房[28]。靜脈管的位置取決于靜脈回流情況，同時跟醫(yī)生的習(xí)慣有關(guān)。主要有3種方式：①單管回流。單管回流時，通過食管超聲確定靜脈管的頂端進入到上腔靜脈與右心房連接處，或者位于上腔靜脈以上幾厘米。需要注意的是，當左心房拉鉤拉起左心房時，靜脈管可能因為牽拉作用而從上腔靜脈退回右心房。因此，應(yīng)盡量將靜脈管深入上腔靜脈3～5 cm。②加入上腔靜脈管回流。為保證靜脈回流，有時會經(jīng)右側(cè)頸內(nèi)靜脈將上腔管置入上腔靜脈，上腔管型號一般選用15～18F?；九c開胸手術(shù)體外循環(huán)方式相同。③加入主肺動脈管回流。從頸內(nèi)靜脈將特殊的上腔靜脈引流管置入主肺動脈內(nèi)，輔助體外循環(huán)機引流。一般將其置入肺動脈瓣與肺動脈分叉之間的主肺動脈內(nèi)。

為了保證血液回流，一般在靜脈管中接入負壓裝置。盡管用到的靜脈管管徑較細，但-5.33 kPa的負壓足夠維持術(shù)中靜脈回流與動脈供血之間的平衡[29]。體外循環(huán)的動脈管是通過股動脈插入的，通常應(yīng)用導(dǎo)絲或游離出股動脈后置入18～24F動脈管。主動脈管頂端到達腹主動脈或髂動脈近心端。應(yīng)該確認動脈管進入腹主動脈，而不是進入對側(cè)髂動脈。

4.8.2心臟停跳 心臟停跳的方式有多種，包括順行灌注、逆行灌注和混合灌注等。順行灌注又分為2種。第一種是血管外阻斷。將灌注管經(jīng)過胸壁插入近心端升主動脈，這種方法跟傳統(tǒng)開胸手術(shù)的方法基本一致。第二種是血管內(nèi)阻斷。應(yīng)用一個長100 cm，管徑10.5F的管道，通過股動脈插管進入主動脈根部。這種管道末端有一個氣囊，氣囊進入升主動脈后充氣使其膨脹，阻斷血流，相當于血管內(nèi)的阻斷鉗。管道的末端存在順行灌注的管道，可以使停跳液進入冠狀動脈。氣囊的定位是非常重要的，如果氣囊阻塞冠狀動脈或者無名動脈，就會出現(xiàn)嚴重的并發(fā)癥，如腦灌注不足等[11-12]。因此，有必要通過食管超聲檢查進行氣囊的正確定位。也有主刀醫(yī)生主張從雙側(cè)橈動脈置管，以防止氣囊阻塞無名動脈[11-12]。這2種順行灌注的方法都要求主動脈瓣結(jié)構(gòu)及功能基本正常。主動脈瓣輕度以上反流被認為是順行灌注的相對禁忌證。逆行灌注可以通過經(jīng)皮置入冠狀靜脈竇導(dǎo)管來實現(xiàn)，通常選用右側(cè)頸內(nèi)靜脈作為穿刺點，并通過食管超聲和壓力檢測來定位。在進行逆行灌注時，要保持冠狀靜脈竇的壓力維持在4.0～5.33 kPa，當壓力大于6.67 kPa時，則需要改變逆灌管的位置或者降低輸出流量。

4.8.3手術(shù)切口 達芬奇機器人輔助二尖瓣手術(shù)通常是經(jīng)右側(cè)腋前線第四肋間切一6 cm小口作為鏡頭進入口及操作口，二氧化碳通過鏡頭臂套筒吹入胸腔內(nèi)，右側(cè)腋前線第二、第六肋間置入套筒針作為機器人左、右臂器械進入的通道，胸骨旁第五肋間置入套筒針作為拉鉤器械進入的通道。二尖瓣的解剖結(jié)構(gòu)決定了經(jīng)右側(cè)胸壁操作更具合理性[14]。

4.8.4手術(shù)方式 最常見的二尖瓣病變手術(shù)治療方式有2種：二尖瓣置換術(shù)和二尖瓣成形術(shù)。二尖瓣置換術(shù)主要分為3類[30]。①傳統(tǒng)的二尖瓣置換術(shù)。切除病變二尖瓣瓣膜及其瓣下腱索，置入二尖瓣生物瓣或機械瓣。②保留二尖瓣全部瓣葉的二尖瓣置換術(shù)。二尖瓣原始腱索、乳頭肌、瓣環(huán)不做處理，將二尖瓣前葉做簡單處理，進行二尖瓣置換。這種方法保存了二尖瓣生理結(jié)構(gòu)的完整性，維持了心臟結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，減少了左室破裂的發(fā)病率，有利于心臟功能的快速恢復(fù)。但這種方法也存在局限性，即當二尖瓣狹窄時，狹窄的二尖瓣不僅限制血流通過，還限制置換二尖瓣的瓣葉活動度，因此合并二尖瓣狹窄的病人不適合此種手術(shù)方法。③保留二尖瓣后瓣葉的二尖瓣置換術(shù)。切除二尖瓣前瓣及腱索，保留后瓣葉，進行二尖瓣置換。這種方法不僅能夠在一定程度上維持心臟的原有結(jié)構(gòu)，而且能夠保證心臟的收縮功能[31]。但此種方法同樣存在缺陷，不僅對主刀醫(yī)生的技術(shù)水平有很高的要求，而且可能出現(xiàn)瓣膜功能障礙、左室流出道梗阻等風(fēng)險。

二尖瓣成形術(shù)主要分為3類[32]。①腱索成形術(shù)。主要應(yīng)用人工腱索和腱索轉(zhuǎn)移的方法，適用于腱索延長、斷裂及乳頭肌斷裂等原因引起的二尖瓣關(guān)閉不全。該種方法對瓣葉的處理最小，最大程度地保留了瓣葉的原始結(jié)構(gòu)與功能。但也存在手術(shù)難度大、適應(yīng)范圍狹窄等缺點[33]。②瓣葉成形術(shù)。主要包括三角形切除成形、楔形切除成形、瓣葉穿孔修補、雙孔化成形等手術(shù)方法。手術(shù)方法的選擇不僅要根據(jù)病人瓣膜的病理生理改變，還取決于主刀醫(yī)生的習(xí)慣與技術(shù)水平。③瓣環(huán)成形術(shù)。可單獨應(yīng)用于二尖瓣瓣環(huán)擴大的病人，亦可與以上二尖瓣成形術(shù)結(jié)合使用。由于達芬奇機器人能夠提供放大10倍的手術(shù)視野，使手術(shù)靈活度和準確性進一步提高，從而降低了二尖瓣成形的手術(shù)難度，進而促進了二尖瓣成形手術(shù)的發(fā)展。

5 展望

達芬奇機器人技術(shù)是一次新的技術(shù)革新，使人們正式邁入心臟外科手術(shù)的微創(chuàng)時代。達芬奇機器人手術(shù)因其創(chuàng)傷小、住院時間短、能夠提供更好的生活質(zhì)量等優(yōu)點而廣受醫(yī)生和病人的青睞。同時，達芬奇機器人技術(shù)也帶動了其他技術(shù)的革新，如鎳鈦合金線夾、血管內(nèi)阻斷等技術(shù)相繼誕生，并逐步向普通手術(shù)中推廣。但不得不承認，達芬奇機器人技術(shù)也存在其不足：達芬奇器械過于笨重、所需耗材及花費的增多、手術(shù)時間延長、缺乏觸覺反饋等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與手術(shù)團隊的不斷磨合與努力，相信這些問題在不久的將來都將得以解決，我們也將迎來達芬奇手術(shù)的新時代。

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