腹腔鏡手術(shù)技術(shù)平臺的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

鄭民華，馬君俊

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院外科 上海市微創(chuàng)外科臨床醫(yī)學(xué)中心，上海 200025）

微創(chuàng)外科的發(fā)展本身即是一場創(chuàng)新與變革。其通過手術(shù)視角的改變，將外科手術(shù)引入一個全新的視野，并推動外科技術(shù)與理念發(fā)生革命性改變。時間跨入21世紀(jì)這一全新年代。當(dāng)新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)，腹腔鏡外科也被冠以“傳統(tǒng)”之名時，創(chuàng)新必然再次成為關(guān)注的主題?；仡櫢骨荤R手術(shù)30余年的發(fā)展歷程，每一次設(shè)備技術(shù)的迭代更新都帶來手術(shù)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。從單晶片到三晶片攝像系統(tǒng)，從標(biāo)清到高清的視覺系統(tǒng)，從腹腔鏡到機(jī)器人手術(shù)，給人以“技術(shù)進(jìn)步引領(lǐng)外科手術(shù)發(fā)展”的感覺，但到底是技術(shù)引領(lǐng)抑或術(shù)式引領(lǐng)外科手術(shù)發(fā)展。本文對基于微創(chuàng)手術(shù)平臺技術(shù)的發(fā)展歷程與創(chuàng)新趨勢作一展望與思考。

超高清腹腔鏡對微創(chuàng)手術(shù)質(zhì)量提升的意義

20世紀(jì)90年代，腹腔鏡顯示畫面的解析度僅為352×288。許多腹腔內(nèi)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，如神經(jīng)、淋巴結(jié)等很難在這樣的清晰度下辨識。隨著電子光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，腹腔鏡攝像系統(tǒng)逐漸發(fā)展為小高清、全高清(1080P)水平。21世紀(jì)的最初10年，腹腔鏡系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)換設(shè)備，逐步擁有DVI、HD-SDI、HDMI等全高清(Full HD)數(shù)字視頻輸出端口。其轉(zhuǎn)換出的視頻達(dá)到的最高分辨率為 1920×1080，即1080P格式，從而將腹腔鏡攝像頭拍攝的畫面信號以全高清的形式展示在手術(shù)者面前。世紀(jì)之交的這次視覺提升，使腹腔鏡下的解剖結(jié)構(gòu)更清晰。配合當(dāng)時超聲刀的出現(xiàn)，腹腔鏡手術(shù)由原先更多針對良性病灶的切除，向各種惡性腫瘤的根治性切除推進(jìn)。在這種良好的視覺條件下，配以超聲刀等外科能量平臺，淋巴結(jié)清掃、止血等操作均已不存在技術(shù)障礙，從而觸發(fā)整個微創(chuàng)外科新一輪的理念革新。微創(chuàng)手術(shù)從良性疾病的手術(shù)，邁入惡性腫瘤根治的時代。在此10年間，腹腔鏡技術(shù)逐步應(yīng)用于普外科各個專業(yè)的惡性腫瘤手術(shù)，且在胃腸手術(shù)為代表的多個專業(yè)領(lǐng)域臻于成熟。微創(chuàng)理念已深入人心，開啟了腫瘤外科領(lǐng)域治療理念的轉(zhuǎn)變與革新。微創(chuàng)技術(shù)的這些進(jìn)步，在客觀上，跟相關(guān)設(shè)備和平臺的發(fā)展與創(chuàng)新是分不開的。

近年來，4K顯像技術(shù)應(yīng)用于腹腔鏡攝像顯示系統(tǒng)中，將像素進(jìn)一步提升至4096×2160水平。這一等級的高分辨率顯示，可彌補(bǔ)常規(guī)高清腹腔鏡在影像描述上的不足，增強(qiáng)對術(shù)野細(xì)節(jié)的描述。此外，4K顯像兼具廣色域的特性，使畫面色彩分辨更細(xì)膩，從而將更清晰真實、優(yōu)于裸眼所見的手術(shù)視野呈現(xiàn)于大屏幕，改善了手術(shù)醫(yī)師對視野的識別度和操作感。由于4K腹腔鏡視野下對神經(jīng)、血管、系膜、淋巴與脂肪組織等的辨識度增加，在此基礎(chǔ)上的精細(xì)解剖游離可對“膜解剖”創(chuàng)造更好的客觀視覺條件，從而為減少術(shù)中出血、保護(hù)重要神經(jīng)功能、精確判斷淋巴結(jié)清掃范圍與界限等提供基礎(chǔ)。因此，4K腹腔鏡系統(tǒng)較傳統(tǒng)HD腹腔鏡系統(tǒng)辨識度更高，操作錯誤發(fā)生率更低[1-3]，可協(xié)助手術(shù)醫(yī)師輕易辨認(rèn)重要解剖結(jié)構(gòu)與周圍組織關(guān)系。如在直腸手術(shù)中，腸系膜下神經(jīng)叢、上腹下神經(jīng)叢、腹下神經(jīng)、盆神經(jīng)叢和神經(jīng)血管束等易損傷的神經(jīng)結(jié)構(gòu)在4K視野的解剖過程中顯示更清晰[4]，與周圍結(jié)締組織結(jié)構(gòu)易區(qū)分、辨別，有助于術(shù)中保護(hù)神經(jīng)，從而在根治性手術(shù)的同時更多保護(hù)泌尿、生殖功能。

由此可見，4K超高清腹腔鏡的應(yīng)用，使微創(chuàng)手術(shù)通過放大清晰的視野，為膜解剖、神經(jīng)保護(hù)等理念的落實提供了客觀的視覺依據(jù)，從而使腫瘤根治手術(shù)向更精準(zhǔn)的功能保護(hù)邁進(jìn)。

3D腹腔鏡對微創(chuàng)手術(shù)精準(zhǔn)操作的意義

具有三維成像(3D imaging)功能的腹腔鏡系統(tǒng)在20世紀(jì)90年代即已用于腹腔鏡手術(shù)，但受當(dāng)時設(shè)備和技術(shù)等客觀條件的限制，3D圖像分辨率低下，使用者易產(chǎn)生視覺疲勞和不適感，嚴(yán)重影響其在臨床的推廣。進(jìn)入21世紀(jì)后，3D技術(shù)的不斷發(fā)展使以往視覺上的缺陷獲得極大改善。目前市場上使用的3D腹腔鏡是1080P分辨率的，而2020年有望上市的4K分辨率3D腹腔鏡更值得期待。應(yīng)用3D腹腔鏡系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)操作，能獲得更明顯的視野縱深感和更強(qiáng)的空間定位，模擬的視覺感受更接近人雙眼成像的立體真實視覺，因此手術(shù)操作更便利。即使是無腹腔鏡經(jīng)驗者，亦易掌握。因此，學(xué)習(xí)曲線可能更短，易為無腹腔鏡手術(shù)經(jīng)驗者接受[5]。

在許多具體操作中，3D腹腔鏡均具有優(yōu)勢。如在解剖層面的尋找過程中，3D視野提供立體的視覺判別能力，有助于精準(zhǔn)指導(dǎo)層面的深淺、縱向的拓展等，對于手術(shù)安全以及精準(zhǔn)清掃淋巴結(jié)都具有重要意義，客觀上推動腹腔鏡腫瘤根治手術(shù)進(jìn)入“膜解剖”階段[6-7]。在腹腔鏡下完成需精細(xì)定向的操作，如手工縫合、打結(jié)，精細(xì)吻合，以及消化道重建時，立體視野的優(yōu)勢更明顯。對縫合時持針器械的過針換手、持針器打結(jié)時三維立體判斷都有重要的幫助。這些視覺上的優(yōu)勢，不但在針對主觀感受方面的研究中初步證實[4,8]，還通過一系列臨床數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出手術(shù)安全性的優(yōu)勢。一項包括18項研究(其中5項為隨機(jī)對照研究)的大宗薈萃分析表明，3D腹腔鏡可降低腔鏡下縫合操作的手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率[5]。因此，3D腹腔鏡的應(yīng)用，在某種程度上促使全腹腔鏡消化道重建技術(shù)被更多外科醫(yī)師接受，從而使全腹腔鏡手術(shù)的應(yīng)用日趨廣泛，成為微創(chuàng)外科的新熱點。

新形勢下微創(chuàng)技術(shù)平臺的發(fā)展

跨入21世紀(jì)20年代，去年底至今席卷全球的一場疫情，在給工作和生活帶來巨大影響的同時，也促使思維理念發(fā)生改變。疾病防控的需求，使工作、生活的物理空間受到隔離，但線上交流成為新的熱點。腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)的可視化優(yōu)勢，原本已使培訓(xùn)和推廣變得直接和便利。在新形勢下，線上網(wǎng)絡(luò)授課與手術(shù)直播成為近期微創(chuàng)外科學(xué)術(shù)交流的重要形式。搭載5G技術(shù)這一東風(fēng)的網(wǎng)絡(luò)線上培訓(xùn)體系能否為微創(chuàng)技術(shù)的進(jìn)一步推廣助力？另一方面，在此次新冠肺炎疫情的背景下，防疫機(jī)器人為代表的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)開始受到關(guān)注。其能進(jìn)入污染區(qū)域，代替醫(yī)師進(jìn)行長期的高風(fēng)險醫(yī)學(xué)救治服務(wù)。如由鐘南山團(tuán)隊與中科院沈陽自動化所研制的智能化咽拭子采樣機(jī)器人即是代表性成果。外科手術(shù)機(jī)器人在5G時代的遠(yuǎn)程化手術(shù)是否會有更多的突破，值得期待。

(一)5G時代的虛擬現(xiàn)實與微創(chuàng)外科技術(shù)培訓(xùn)

2016年5月，本院率先在國內(nèi)通過虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)直播了3D腹腔鏡結(jié)腸直腸癌的根治手術(shù)，成為當(dāng)時微創(chuàng)外科領(lǐng)域新的熱點話題之一。其優(yōu)勢如下：在遠(yuǎn)離手術(shù)室的會議現(xiàn)場，只需一個手機(jī)加一副插入式VR眼鏡即可實現(xiàn)對手術(shù)室近距離全視角的觀摩：觀摩者通過這一技術(shù)設(shè)備，可從手術(shù)者的視角參與整個手術(shù)進(jìn)程中，身臨其境，可稱為微創(chuàng)手術(shù)中的“上帝視角”。但當(dāng)時采用的是4G(第4代)移動通信技術(shù)。無線網(wǎng)絡(luò)速度是其技術(shù)瓶頸，造成手術(shù)室現(xiàn)場畫面以及腹腔鏡手術(shù)畫面在輸送過程中易出現(xiàn)不暢。隨著5G(第5代)移動通信技術(shù)進(jìn)入實質(zhì)性應(yīng)用階段，2019年，本院嘗試以5G技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)輸送平臺，對微創(chuàng)外科手術(shù)進(jìn)行VR直播，取得良好的效果。未來，5G與VR技術(shù)的聯(lián)合，為微創(chuàng)外科的遠(yuǎn)程教學(xué)培訓(xùn)、學(xué)術(shù)交流等，提供先進(jìn)、優(yōu)質(zhì)的實踐平臺和新穎的培訓(xùn)模式。

(二)5G時代的機(jī)器人遠(yuǎn)程手術(shù)

2001年，位于紐約的手術(shù)醫(yī)師，通過宙斯機(jī)器人系統(tǒng)，為遠(yuǎn)在法國斯特拉斯堡市的病人實施了橫跨大西洋的軟組織切除手術(shù)。這種“遠(yuǎn)程手術(shù)模式(telesurgical control)”是醫(yī)師完全掌控的 “主從操作”，病人端機(jī)械臂完全復(fù)現(xiàn)手術(shù)醫(yī)師在控制臺上的操作。這種模式可將醫(yī)師從手術(shù)床旁解放出來，實現(xiàn)精細(xì)的微創(chuàng)操作。近10余年在國內(nèi)備受矚目的達(dá)·芬奇機(jī)器人屬于同一類。但目前的機(jī)器人手術(shù)更多的仍是本地手術(shù)，而非真正意義上的“遠(yuǎn)程手術(shù)”。進(jìn)入5G時代后，遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)再次成為關(guān)注焦點。5G通信技術(shù)基本消除了時延對遠(yuǎn)程手術(shù)的影響，讓手術(shù)醫(yī)師獲得近乎本地操作的實時感。2019年，國內(nèi)、外先后成功開展多例此類活體動物實驗。但醫(yī)師的所有手術(shù)感知全部來自網(wǎng)絡(luò)反饋，因此出于安全性考慮，當(dāng)時仍以動物實驗為主。如要真正實現(xiàn)安全的異地連續(xù)“主從操作”，機(jī)器人系統(tǒng)需要具備以下能力：在穩(wěn)定高速通信的前提下，具備抵抗網(wǎng)絡(luò)惡意攻擊的能力、通訊中斷的即時恢復(fù)能力等，從而保障通信數(shù)據(jù)的正確性；并具備足夠的現(xiàn)場感知反饋能力，以確保手術(shù)醫(yī)師據(jù)此作出最合理的即時判斷。這些仍是遠(yuǎn)程手術(shù)模式真正應(yīng)用于臨床前必須突破的瓶頸。

設(shè)備器械進(jìn)步之外的思考

對于惡性腫瘤而言，單純的微創(chuàng)手術(shù)本身并不帶來長期療效的改變。疾病轉(zhuǎn)歸自有其規(guī)律。只有針對其發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，采取相應(yīng)的手術(shù)方式和治療措施，才可能合理而有效。以結(jié)腸直腸癌的外科治療為例，30余年來，在手術(shù)技術(shù)上，正因為對其腫瘤病理學(xué)客觀規(guī)律的認(rèn)識，才使外科醫(yī)師體會到遵循全結(jié)腸系膜切除 (TME)或全直腸系膜切除(CME)的原則，可更多地保證腫瘤學(xué)療效。只有建立在這些根治原則和術(shù)式基礎(chǔ)上的微創(chuàng)技術(shù)及其技術(shù)平臺，如腹腔鏡和機(jī)器人，才能使病人得到更優(yōu)化的治療。

因此，僅依靠先進(jìn)的技術(shù)，病人不一定獲益。對于腫瘤，外科手術(shù)只是局部治療，更多治療方法的出現(xiàn)將給微創(chuàng)外科的發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響。30年的發(fā)展顯示腹腔鏡仍是主流的微創(chuàng)手術(shù)平臺。但不管微創(chuàng)技術(shù)平臺如何創(chuàng)新，唯有明顯改善治療效果的技術(shù)平臺才具有真正的發(fā)展前景。