結腸直腸微創(chuàng)手術平臺的發(fā)展歷程
——冷兵器向熱兵器的演變

莊 孟， 張筱倩， 王錫山

（國家癌癥中心 國家腫瘤臨床醫(yī)學研究中心 中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院腫瘤醫(yī)院結直腸外科，北京 100021）

冷兵器時代的發(fā)展

公元前400年，醫(yī)學之父希波克拉底首次定義手術刀具。經(jīng)歷了2000多年的漫長演進，符合各類手術的外科器械陸續(xù)得到研發(fā)。其主要用途集中于牽拉、切開、鉗夾等，涉及止血等操作仍需手工結扎。這個時期的手術往往需多次結扎，術程因而相對緩慢。以柳葉刀為代表的冷兵器時代，其因外科醫(yī)師的需求而不斷發(fā)展。其中，刀柄與刀片分離的可拆卸不銹鋼手術刀由于其易于消毒、消耗少等優(yōu)勢，逐漸占據(jù)了手術刀的主導地位。按切割組織的類型及切口大小的不同，可細分成大圓刀、中圓刀、小圓刀、尖刀、鐮狀刀片等。按照匹配刀片的大小，刀柄分為3、4、7號。以此來滿足不同手術操作的基本需求。

柳葉刀、手術鑷等這類器械是冷兵器時代的一類代表，其特點是工作點在器械的前端，用力點集中在器械的中間部位。然而，外科手術中，有時需對深部組織進行精細操作，如縫合和鉗夾止血。這需在器械的尾部用力，在器械尖端完成精密操作。因此，另外一類冷兵器器械，即帶軸節(jié)的手術器械，如手術剪、血管鉗、持針器等陸續(xù)誕生。在引入帶軸節(jié)的器械之后，為術野暴露充分、鉗夾方便等，外科手術又陸續(xù)引入帶弧度的彎鉗、力臂加長的長鉗等。為鉗夾不同的組織，設計出針對不同組織的特點、既能夾住又損傷小的器械，如闌尾鉗、肺葉鉗、胃鉗、腸鉗等。為減少器械反光對術者視野的干擾，還逐漸研發(fā)出亞光材質的器械。

由此看來，材料學、力學、工程學等基礎學科的發(fā)展是冷兵器時代器械不斷發(fā)展的基礎。冷兵器的發(fā)展朝著操作更精細、更符合人體生物工程學的方向發(fā)展。早期外科醫(yī)師在術中不斷提出的需求是冷兵器時代器械發(fā)展的推動力。在漫長的冷兵器時代，手術器械的發(fā)展為精細手術提供物質保障。精密的手術器械在經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)師手中變成了“雕刻”人體的“藝術創(chuàng)作”工具，成為攻克病魔的得力幫手。

熱兵器時代的發(fā)展

1920年，醫(yī)學史上第一把電刀的誕生標志著外科器械正式進入了熱兵器時代。在熱兵器發(fā)展的近百年中，手術切割更方便、止血更徹底、術野更干凈，相繼出現(xiàn)的電鏟、電鉤等加快了手術進程。

電刀是利用高頻交流電，通過高阻抗組織時產(chǎn)生熱能，從而進行切割和止血。電極周圍組織中的細胞液因高溫迅速蒸發(fā)，從而產(chǎn)生切割作用，對直徑<3 mm的小血管也能產(chǎn)生很好的止血封閉效果。由于電刀可同時切割和止血，大大減少結扎等操作，因而被迅速推廣，逐步成為開腹手術時代的主要手術利器。但同時，電刀也逐漸暴露出傷口易液化、有電灼傷的風險等缺點。這也為今后電刀的改進提供空間。

新的標志性手術器械陸續(xù)研發(fā)。超聲刀是利用高頻機械振動引起組織水分的迅速汽化造成組織的切割。當?shù)额^與組織蛋白質接觸后，蛋白質的氫鍵斷裂，從而變性凝固。因此可有效封閉直徑3～5 mm的小血管，達到理想的止血效果。超聲刀已應用于開腹及腔鏡手術操作。后續(xù)又出現(xiàn)ligasure系統(tǒng)，是對雙極電刀的改進。其能實時反饋感應刀片之間組織的電阻差異，達到組織的最佳凝固狀態(tài)。其能閉合直徑<7 mm的血管，向周圍組織的熱傳導較少，減少組織液化的可能。

電外科時代的各種器械發(fā)展，大大減少結扎、止血等操作，手術操作更便利，極大地縮短手術時間。更重要的是，這些器械的誕生與改進拉長了器械的工作點與術者雙手的距離，顯然為腹腔鏡手術的實施奠定了操作基礎。確切的凝固和止血，是腔鏡手術的強大安全保障。

結腸直腸癌手術借助這些先進的切割、止血工具，可順利完成腫瘤的根治性切除。尤其是對低位直腸癌手術，利用這些“延長的雙手”，可深入狹小的盆腔深處完成系膜的完整切除。這在冷兵器時代是無法想象的。大多數(shù)情況下，由于沒有操作空間，外科醫(yī)師不得已實施腹會陰聯(lián)合切除術，來保證腫瘤的根治效果。所以，電外科器械的發(fā)展，使得低位直腸癌保肛手術成為可能。腫瘤低位切除后，如何恢復消化道的連續(xù)性，是外科醫(yī)師想要極力完成的操作。在狹小的空間內(nèi)，手工完成直腸肛管吻合難以想象。1978年，管狀吻合器的發(fā)明使得這類吻合順利實施。

這些依賴電能的器械逐步發(fā)展為多功能、一體化和高效化。有了這些器械的保障，手術切除更便利，止血更徹底，吻合更安全?？蓪嵤┎僮鞯目臻g得到擴展，狹小空間內(nèi)的精細手術可在直視下完成。減少腹壁及骨性結構對手術的干擾，為迎接外科學的光明新時代——微創(chuàng)外科時代，奠定了重要的基礎。

微創(chuàng)外科時代的發(fā)展

微創(chuàng)外科的發(fā)展，離不開腹腔鏡設備的逐步演進，離不開光學、力學等基礎學科的發(fā)展。在我國微創(chuàng)外科短短30年的發(fā)展歷程中，微創(chuàng)手術有了從量變到質變的飛速發(fā)展。從病人不信賴微創(chuàng)、不接受微創(chuàng)，到主動要求微創(chuàng)。這種轉變的背后，凝結了一代代中國外科醫(yī)師對手術更安全、更精細的孜孜不懈追求。

解決能看見、看清晰、可切割、易止血、易吻合等問題，腹腔鏡設備已逐步成為微創(chuàng)外科的標志。微創(chuàng)手術的發(fā)展，離不開顯像平臺、能量平臺、器械平臺的發(fā)展。

隨著路網(wǎng)成倍增長，節(jié)點數(shù)量急劇增大，求解時收斂所耗費時間更長。通過改進傳統(tǒng)算法，提出模仿最大最小蟻群系統(tǒng)方法，改良為偽隨機轉移概率，以求解決收斂效率低的問題。具體實現(xiàn)方法見公式（2）。

一、顯像平臺的發(fā)展

為實現(xiàn)腔鏡下“看得清”，顯像平臺經(jīng)歷了200多年的發(fā)展歷程。從最初通過一根套管借助燭光觀察腹腔狀況到目前利用光學鏡頭完成腹腔探查，將光源引入體內(nèi)后，外科醫(yī)師擺脫了腹壁的限制。借助高清顯像平臺，外科醫(yī)師可清楚地觀察到放大的清晰術野，視野暴露程度不再受限于腹壁切口的大小。顯像平臺的發(fā)展，為微創(chuàng)外科的發(fā)展提供視覺保障，使外科醫(yī)師真正告別低頭彎腰做手術的時代。不再受無影燈下光線不足的困擾。通過顯像屏幕可清晰看到直視下難以觀察到的術野。完成這一轉變，用了近百年時間。

1853年，法國醫(yī)師德索米奧創(chuàng)新性地借助蠟燭的光亮及一根硬管,開創(chuàng)了手術內(nèi)鏡檢查的新時代。愛迪生發(fā)明燈泡，特別是微型燈泡的出現(xiàn)，加快了內(nèi)鏡器械的發(fā)展。1901年，俄羅斯醫(yī)師奧特首次借助窺陰器將光源引入腹腔并進行腹腔內(nèi)探查，開創(chuàng)了內(nèi)鏡檢查的新潮。1910年，瑞典醫(yī)師雅各貝烏斯嘗試使用套管針建立氣腹，并開始使用“腹腔鏡檢查”一詞。1987年，法國醫(yī)師菲利普斯·穆雷運用電視腹腔鏡行膽囊切除術。該手術的成功被視為微創(chuàng)手術時代的里程碑事件。1991年，國內(nèi)開始開展腹腔鏡膽囊切除術，開啟了中國腹腔鏡手術的新紀元。1991年及 1992年，美國醫(yī)師雅各布斯［1-2］及德國醫(yī)師科克林［3］分別報道了世界首例腹腔鏡乙狀結腸癌切除術及腹腔鏡直腸癌根治術。1993年，我國鄭民華報道國內(nèi)首例腹腔鏡乙狀結腸切除術。

在腹腔鏡應用初期，由于圖像不清晰及能量平臺及器械的限制，手術費力、術程較長且花費較高，腹腔鏡手術一度發(fā)展緩慢。普通2D腹腔鏡呈現(xiàn)出的2D圖像與開腹時3D圖像存在差異，且鏡頭距離組織較遠，景深關系差，使術者較難分辨組織間的解剖關系及空間定位。

隨著3D技術的發(fā)展，3D腹腔鏡應運而生。3D腹腔鏡較普通2D腹腔鏡而言，可提供更清晰、立體的手術視野，使術者更易分辨組織結構，增加淋巴結清掃數(shù)量，減少術中對血管的損傷，縮短手術時間［4-7］。但由于3D腹腔鏡術中所佩戴的偏振式眼鏡具有光衰減作用，可導致圖像發(fā)生失真；并且,長時間佩戴3D眼鏡使術者產(chǎn)生視覺疲勞［2］。道奇森于2008年首次將“裸眼”3D技術應用于外科手術。在應用過程中，裸眼3D技術較眼鏡式3D的圖像，對比度及亮度均有提升，使術者操作的準確性得到進一步的提升，且舒適性增加。但現(xiàn)在主流的裸眼3D腹腔鏡為雙視角腹腔鏡。因此除術者無需佩戴3D眼鏡外，其余參與手術的醫(yī)師及護士仍需佩戴3D眼鏡。這從某種程度上限制了裸眼3D腹腔鏡的應用［8］。

除3D腹腔鏡外，4K腹腔鏡系統(tǒng)也逐步應用到微創(chuàng)手術。4K腹腔鏡提供更清晰的手術視野，可使術者更清晰地辨認血管、神經(jīng)及膜結構，為進一步增加手術的精確性提供了可能。在術者的主觀感受中，4K腹腔鏡在視角的操控協(xié)調度、視敏度、分辨率和顏色分辨率、刷新率均較普通2D腹腔鏡及3D腹腔鏡有顯著優(yōu)勢［2］。

機器人手術系統(tǒng)始于20世紀80年代?，F(xiàn)在使用最廣泛的是Intuitive Surgical公司推出的達·芬奇手術系統(tǒng)。達·芬奇手術系統(tǒng)主要包括視頻系統(tǒng)、機械臂及醫(yī)師操作臺。達·芬奇視頻系統(tǒng)在成像方面具有明顯的技術優(yōu)勢，可為術者提供更清晰、真實的手術術野；且機械臂的定位功能也減弱了3D畫面的抖動感［9-10］。其在直腸癌術中應用的安全性及有效性已得到肯定［11］，并在側方淋巴結清掃中存在一定優(yōu)勢［12］。

二、能量平臺的發(fā)展

為實現(xiàn)腔鏡下“可切割、易止血”，能量平臺經(jīng)歷近100年，從柳葉刀演進到超聲刀。為完成腔鏡下的吻合等操作，以吻合器為代表的器械平臺歷經(jīng)50余年的發(fā)展，實現(xiàn)了全腔鏡下的電動吻合。

超聲刀的工作原理是將電能經(jīng)由換能器轉換成超聲機械能產(chǎn)生高頻振動，對組織起到切割、止血的作用。在結腸直腸外科中，尤其在精準外科時代，超聲刀的正確使用可以避免電刀在完整結腸系膜切除術及全直腸系膜切除術可能造成的膜破裂及進入錯誤的解剖層面［13］。在手術過程中，無需頻繁更換器械，大大縮短術程。若選擇合理的功率、切割容量、組織張力、握持力度以及準確的用力方向、精確的組織平面和恰當?shù)墓ぷ鲿r間，并能正確處理刀頭余熱，則會起到事半功倍的效果［14］。

Ligasure又稱為雙極電熱血管閉合裝置，結合實時智能反饋技術和智能主機技術，可自動識別不斷即時反饋的鉗間組織阻抗，并瞬時調整輸出的電流、電壓，結合電凝鉗間加大的壓力，使血管壁內(nèi)膠原蛋白和纖維蛋白溶解變性。血管壁熔合形成透明帶，產(chǎn)生永久性的管腔閉合。形成的閉合帶可抵御3倍的正常人體動脈收縮壓，還可用于韌帶和組織束等處理［15］。Ligasure在治療直腸癌手術中的療效已得到證實，具有疼痛輕、恢復快、切口感染率低等特點［16］。

三、器械平臺的發(fā)展

隨著工業(yè)及科技的發(fā)展，手術器械不斷更新迭代。腹腔鏡器械的發(fā)展，為實現(xiàn)腹腔鏡腹腔內(nèi)外操作的連接和互動發(fā)揮了至關重要的作用。

在胃腸外科中，最為革新性的發(fā)明非吻合縫合器莫屬。1964年，自日本發(fā)明側側吻合器后，吻合器的發(fā)展便進入快車道。美國分別在1968年及1978年推出直線切割閉合器和管型端端吻合器。同時，器械的廣泛使用反過來也推動技術的發(fā)展。1979年，一次性吻合縫合器的問世大大降低病人術中感染的風險。1988年，可旋轉頭形吻合器的出現(xiàn)，使狹窄部位手術的機械吻合成為可能?？p釘及釘艙結構的不斷迭代在預防出血及維持血供之間達到平衡，減少術后腸管漏發(fā)生的可能。近年來，電動吻合縫合器的發(fā)明及廣泛使用成為趨勢。吻合器的機械性操作不但使復雜的吻合快捷方便，縮短術程［17-18］，還提高吻合的確切性，增加手術的安全性，大大縮短年輕醫(yī)師的學習曲線。

結 語

縱觀冷兵器、熱兵器、微創(chuàng)外科時代的發(fā)展，不難看出，從古至今外科學的發(fā)展離不開器械和平臺的進步。腹腔鏡為代表的微創(chuàng)時代是建立在熱兵器的電器械能完成切割和止血的基礎上。電器械的發(fā)展依賴能量學、力學的發(fā)展。將這些基礎學科的發(fā)展真正轉化應用到外科器械，是每個時代外科醫(yī)師智慧的結晶。

回望過去，應意識到“手巧不如家什妙”的道理。這些器械的研發(fā)和應用，造就了每個時代偉大的外科手術。每個時代的標志性手術得以完美實施，很大程度上依賴外科界“能工巧匠”所處時代的各手術平臺的發(fā)展。

著眼于現(xiàn)在，應具備“工欲善其事，必先利其器”的想法和能力。優(yōu)秀的外科醫(yī)師，一定是善于使用先進的器械去更好地完成手術操作。這就要求不僅將掌握的手術做好，還需在實踐中發(fā)現(xiàn)器械的不足，具備主動研發(fā)、改進手術器械的能力。在熟練中創(chuàng)新，帶著創(chuàng)新投入到實踐，讓真實的手術效果檢驗創(chuàng)新成果，讓創(chuàng)新成果充實在每日重復的手術操作中。手術便利，病人受益。無數(shù)個即使是微小的改進也會一步步推動外科器械和平臺的發(fā)展。

展望未來，應有“大丈夫當帶三尺劍立不世之功”的胸懷。未來微創(chuàng)外科平臺的發(fā)展，仍依賴光學、力學、電學等基礎學科的進步。通過外科醫(yī)師對手術方式的革新，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有器械的不足，提出改進方案，合理、合規(guī)地大膽嘗試新的工具和平臺，使手術操作更便利，術程更安全，術者更具自豪感。

應當客觀認識事物的發(fā)展規(guī)律，善于總結和分析微創(chuàng)外科平臺的發(fā)展方向。冷靜分析外科領域不斷涌現(xiàn)的革新中，工具的改進，平臺的進步，設備的提高，切勿將此作為術式的革新。應不斷創(chuàng)新、改良微創(chuàng)平臺，成為外科工具的發(fā)明家和改革家。未來微創(chuàng)手術平臺一定會向著多功能化、一體化、智能化方向發(fā)展，為未來術式的創(chuàng)新提供保障。