中央型肺癌機(jī)器人袖式肺葉切除進(jìn)展及前景展望

倪恒 周春琳 王鶯 俞豪杰 王延燁 呂望 胡堅(jiān)

肺癌是全球范圍內(nèi)最為常見的惡性腫瘤之一，同時(shí)其也是導(dǎo)致病人死亡數(shù)最多的癌癥之一[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)，僅2018年一年就有2 093 876例新發(fā)肺癌病例以及1 761 007例肺癌相關(guān)的死亡病例，分別占所有癌癥新發(fā)病例的11.6%和所有癌癥相關(guān)死亡病例的18.4%[2]。我國2018年肺癌的新發(fā)病例數(shù)為774 323例，死亡病例數(shù)為690 567例[3]。許多癌癥的5年生存率有了顯著提高，但肺癌的5年生存率仍局限在4%～17%[4]。早期診斷和治療對(duì)改善肺癌病人的預(yù)后具有非常重要的作用。有研究指出對(duì)于IA期肺癌病人的早期診斷和治療可將其5年生存率提升至80%[5]。對(duì)于早期非小細(xì)胞肺癌病人，手術(shù)治療或輔以圍術(shù)期綜合治療仍是其首選方式[6]。目前，多項(xiàng)指南仍推薦肺葉切除術(shù)作為針對(duì)早期非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)的首選術(shù)式，但隨著影像學(xué)的進(jìn)步以及人們健康意識(shí)的提高，越來越多的肺部早期病變和磨玻璃樣陰影(GGO)被發(fā)現(xiàn)，促使研究中開始探索包括解剖性肺段切除和肺楔形切除的亞肺葉切除在治療肺部小結(jié)節(jié)方面的可能性[7]。對(duì)于累及葉支氣管開口和周圍主支氣管或中間支氣管受累并不能耐受全肺切除的中央型肺癌的病人，袖式肺葉切除術(shù)往往是其首選治療方案。

一、機(jī)器人袖式肺葉切除術(shù)的歷史發(fā)展與現(xiàn)狀

自1933年，Graham醫(yī)師對(duì)1例左上肺葉腫瘤病人行全肺切除術(shù)以來[8]，胸外科手術(shù)治療肺癌的歷史已經(jīng)歷了70余年的發(fā)展。目前，解剖性肺葉切除外加系統(tǒng)性淋巴結(jié)清掃已寫進(jìn)諸多指南，成為肺癌外科治療的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)式。但是對(duì)于侵犯葉支氣管開口或是中央肺動(dòng)脈而無周圍肺組織浸潤的NSCLC，單純肺葉切除可能無法有效清掃腫瘤組織。全肺切除作為曾經(jīng)的解決手段，存在諸如術(shù)后并發(fā)癥多，肺功能保留差等問題。在此基礎(chǔ)上，一種針對(duì)中央型肺癌的術(shù)式-袖式肺葉切除術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。與肺葉切除或全肺切除相比，袖式肺葉切除術(shù)可在兼顧腫瘤清掃效率和降低復(fù)發(fā)率的同時(shí)保留肺功能，改善病人術(shù)后的生活質(zhì)量[9]。1947年P(guān)rice Thomas首次引入支氣管周圍切除這一概念以來[10]，袖式肺葉切除術(shù)也已經(jīng)歷了長足地發(fā)展。如今，伴隨電視輔助胸腔鏡技術(shù)(video-assisted thoracoscopic surgery,VATS)和機(jī)器人輔助胸腔鏡系統(tǒng)(robotic-assisted thoracoscopic surgery,RATS)等微創(chuàng)技術(shù)的融合應(yīng)用，進(jìn)一步提升了袖式肺葉切除術(shù)的安全性和有效性。Santambrogio 等[11]于2002年首次報(bào)道了腔鏡下袖式肺葉切除術(shù)。由于袖式肺葉切除術(shù)本身操作復(fù)雜，難度較大，加之腔鏡下操作靈活度和視野有限，使得腔鏡袖式肺葉切除術(shù)的安全性和腫瘤清掃效率受到一定質(zhì)疑。

達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的問世為上述胸腔鏡手術(shù)的缺陷提供了一個(gè)新的解決方案。國際上，第一例機(jī)器人輔助下袖式肺葉切除術(shù)由Ishikawa等[12]于2006年在人類新鮮尸體上完成，首先利用胸腔鏡行上肺葉切除術(shù)，隨后使用達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)對(duì)右支氣管進(jìn)行切除和淋巴結(jié)清掃，最后對(duì)支氣管斷端行端對(duì)端支氣管吻合。5年后，Schmid等[13]于2011年報(bào)道了全球首例胸腔鏡與達(dá)芬奇機(jī)器人雜交的袖式肺葉切除術(shù)，術(shù)中術(shù)者通過三通道VATS對(duì)病灶進(jìn)行切除，隨后使用達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人對(duì)右中間支氣管和右主支氣管進(jìn)行吻合。術(shù)后第14天的支氣管鏡檢查顯示右氣道通暢，吻合口愈合良好。Nakamura等[14]于2013年首次報(bào)道了1例全達(dá)芬奇機(jī)器人袖式肺葉切除術(shù)，術(shù)后病人恢復(fù)良好，未出現(xiàn)相關(guān)并發(fā)癥。與傳統(tǒng)胸腔鏡比較，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)可為術(shù)者提供三維立體手術(shù)視野，其機(jī)械臂在提高操作穩(wěn)定性的同時(shí)，也兼顧了于狹小空間中操作的靈活性，在一定程度上降低了手術(shù)的難度，緩解了術(shù)者在術(shù)中的疲勞。Jiao等[15]的研究也在一定程度上證實(shí)，機(jī)器人手術(shù)相比于常規(guī)胸腔鏡手術(shù)在袖式肺葉切除治療中央型肺癌上更具優(yōu)勢。

二、機(jī)器人袖式肺葉切除術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)勢：機(jī)器人手術(shù)在避免醫(yī)務(wù)人員直接接觸病人、降低術(shù)中交叉感染風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，也能進(jìn)一步減少手術(shù)對(duì)病人造成創(chuàng)傷。此外，與胸腔鏡手術(shù)相比，機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面：(1)操控系統(tǒng)，以目前主流的達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)為例，其機(jī)械臂具有7個(gè)自由度，并且配有可以完成540°轉(zhuǎn)動(dòng)的腕部關(guān)節(jié)，其術(shù)中操作的靈活性是傳統(tǒng)胸腔鏡手術(shù)無法媲美的，通過過濾主刀手部顫動(dòng)等干擾，進(jìn)一步提高了手術(shù)操作的精準(zhǔn)性，機(jī)械臂可及的操作空間以及可控的操作力度，也優(yōu)于人手對(duì)胸腔鏡的控制范圍和力量，并最大限度地降低了術(shù)者的操作疲勞。(2)3D高清視覺成像系統(tǒng)，達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)配備的內(nèi)窺鏡可以實(shí)時(shí)采集2個(gè)同步畫面并成像于控制臺(tái)的3D顯示器上，使術(shù)者獲得近似于開放手術(shù)的視野感受，其成像質(zhì)量和3D效果均優(yōu)于目前的3D胸腔鏡。此外其使用的鏡頭放大倍數(shù)可達(dá)到10倍以上，能提高術(shù)者對(duì)精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)和微小病灶的識(shí)別。最后，由主刀控制的鏡頭，更有利于體現(xiàn)主刀的手術(shù)思維，減少對(duì)助手的依賴和降低助手的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.圍術(shù)期安全性和遠(yuǎn)期生存獲益：對(duì)于肺功能較差的病人而言，選擇袖式肺葉切除可以更大程度保留正常肺組織，提高病人術(shù)后生存質(zhì)量。目前多項(xiàng)研究表明，與傳統(tǒng)針對(duì)中央型肺癌的全肺切除術(shù)相比，袖式肺葉切除術(shù)具有更低的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率和圍術(shù)期死亡率，并在遠(yuǎn)期生存率方面不劣于全肺切除術(shù)[16-18]。在微創(chuàng)及快速康復(fù)理念的推動(dòng)下，全胸腔鏡袖式肺葉切除術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，但受限于3D視野的缺乏和操作靈活性的不足，胸腔鏡袖式肺葉切除術(shù)對(duì)術(shù)者提出了更高的要求，并在一定程度上限制其推廣。在此基礎(chǔ)上，兼具視野以及操作靈活度優(yōu)勢的機(jī)器人輔助下的袖式肺葉切除術(shù)被認(rèn)為具有更好的圍術(shù)期療效以及不亞于開放手術(shù)的長期生存獲益，目前已有的研究也為上述觀點(diǎn)提供了有力的支持。Qiu等[19]比較了49例接受RATS，73例接受VATS和66例接受開胸袖式肺葉切除術(shù)的病人，發(fā)現(xiàn)3組病人90天死亡率和術(shù)后并發(fā)癥發(fā)病率無明顯差異，而其余兩組比較，接受機(jī)器人袖式肺葉切除術(shù)的病人具有更少的術(shù)中出血、更短的手術(shù)時(shí)間和術(shù)后引流時(shí)間。Gu等[20]比較了17例接受RATS和86例接受開胸袖式肺葉切除病人的3年生存率，結(jié)果顯示兩組間無明顯差異。自Schmid 等[13]首次報(bào)道機(jī)器人聯(lián)合胸腔鏡開展袖式肺葉切除術(shù)以來，機(jī)器人袖式肺葉切除術(shù)的發(fā)展只經(jīng)歷了短短10年的時(shí)間，目前還缺乏前瞻性的大樣本的臨床研究為其安全性和有效性提供更高等級(jí)的循證證據(jù)。

三、機(jī)器人袖式肺葉切除術(shù)的發(fā)展方向

袖式肺葉切除目前仍是外科治療中央型肺癌的重要手段，憑借在狹小空間中食管和肺段重建的優(yōu)勢，達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在一定程度上降低了手術(shù)難度，提升了手術(shù)的安全性。隨著醫(yī)療器械工業(yè)的發(fā)展，在傳統(tǒng)的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)上發(fā)展出了例如多通道多鏡機(jī)器人診療平臺(tái)等新技術(shù)，這些新技術(shù)與袖式肺葉切除術(shù)的結(jié)合成為了未來機(jī)器人袖式肺葉切除術(shù)的發(fā)展方向。

1.多通道多鏡機(jī)器人診療平臺(tái)在機(jī)器人袖式肺葉切除中的應(yīng)用：多通道多鏡機(jī)器人診療平臺(tái)是一種經(jīng)由胸壁和氣管兩條路徑，通過經(jīng)皮、經(jīng)氣管、經(jīng)胸腔鏡等通道，利用射頻消融、激光、放射、手術(shù)機(jī)器人等方法，集檢查、診斷、介入治療和手術(shù)治療為一體的綜合化肺癌診治平臺(tái)[21]。在定位診斷方面，對(duì)于適合袖式肺葉切除的中央型早期肺癌，電磁導(dǎo)航下纖維支氣管鏡是獲取組織樣本的首選方法。Pupovac等[22]研究表明，將磁導(dǎo)航支氣管鏡與手術(shù)機(jī)器人機(jī)器臂的集成，可以實(shí)現(xiàn)早期肺癌病灶的精確定位和診斷。憑借手術(shù)機(jī)器人機(jī)械臂中集成的超聲、近紅外線、X線等檢查手段對(duì)早期肺癌病灶進(jìn)行識(shí)別，隨后借助磁導(dǎo)航支氣管鏡的定位優(yōu)勢對(duì)病灶進(jìn)行解剖結(jié)構(gòu)分析和術(shù)前病理診斷，從而實(shí)現(xiàn)病灶的定位和診斷。在此基礎(chǔ)上，Bolton等[23]報(bào)道了磁導(dǎo)航支氣管鏡檢查胸膜亞甲基藍(lán)染色標(biāo)記下的機(jī)器人楔形切除術(shù)19例，研究表明，磁導(dǎo)航支氣管鏡輔助下可有效提高機(jī)器人手術(shù)過程中對(duì)肺小結(jié)節(jié)的定位準(zhǔn)確性，并且不會(huì)顯著延長手術(shù)時(shí)間?；诙嗤ǖ蓝噻R機(jī)器人診療平臺(tái)的機(jī)器人袖式肺葉切除術(shù)將成為未來發(fā)展的方向之一。

2.人工智能與機(jī)器人手術(shù)的結(jié)合：人工智能是用于模擬以及擴(kuò)展人類智能的集理論路徑、技術(shù)手段和應(yīng)用系統(tǒng)為一體的綜合性學(xué)科。目前，大量的研究集中于將卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(convolutional neural network,CNN)和機(jī)器學(xué)習(xí)(machine learning)理論應(yīng)用于影像學(xué)檢查的圖像識(shí)別處理以及病理閱片[24-25]。當(dāng)前機(jī)器人手術(shù)仍依賴于外科醫(yī)生的操作，并不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的被編程，完成真正意義上的自動(dòng)化縫合以及更進(jìn)一步的自動(dòng)化手術(shù)，針對(duì)智能化機(jī)器人手術(shù)的研究也不斷被推進(jìn)。Shademan等[26]報(bào)道了基于新型深度傳感器全光相機(jī)光學(xué)校準(zhǔn)的機(jī)器人監(jiān)督自主系統(tǒng)(STAR)，并比較了STAR系統(tǒng)、人工腹腔鏡手術(shù)和機(jī)器人輔助手術(shù)三組之間在腸吻合指標(biāo)(平均吻合間距、吻合泄漏壓力、手術(shù)時(shí)間、需要從組織中取針的錯(cuò)誤次數(shù)以及腸吻合腔減少的一致性)，結(jié)果表明，機(jī)器人監(jiān)督自主系統(tǒng)具有更優(yōu)的性能。Shademan等[26]的研究代表了全自動(dòng)化手術(shù)的發(fā)展方向，但目前更多的研究仍著眼于如何最大程度發(fā)揮人工智能在機(jī)器人手術(shù)中的輔助作用。

術(shù)前規(guī)劃對(duì)手術(shù)的順利開展十分重要，三維重建技術(shù)加上三維數(shù)字軟件技術(shù)作為術(shù)前規(guī)劃的一種輔助手段在臨床中應(yīng)用越來越多，使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)CT、MRI、PET-CT以及DSA等影像學(xué)檢查所獲得的圖像信息進(jìn)行三維重建，使術(shù)者在術(shù)前就能對(duì)病人的病灶、病灶周圍血管以及可能的解剖學(xué)變異有所掌握，并選擇合適的手術(shù)切口[27]。未來，通過頂尖胸外科手術(shù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)儲(chǔ)備進(jìn)行深度學(xué)習(xí)的人工智能系統(tǒng)，能否在術(shù)前直接利用病人三維重建的數(shù)據(jù)，對(duì)手術(shù)過程進(jìn)行仿真模擬，并上傳至手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，以可視化的方式展現(xiàn)手術(shù)過程，并實(shí)時(shí)輔助主刀，幫助確定手術(shù)切除范圍，估算術(shù)后病人肺殘量等步驟，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手術(shù)的智能化輔助。

3.國產(chǎn)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在袖式肺葉切除中的應(yīng)用：目前，臨床上應(yīng)用最成功也是最廣泛的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)是美國直覺公司研發(fā)的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人?，F(xiàn)有的關(guān)于機(jī)器人袖式肺葉切除術(shù)的報(bào)道也均是通過達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人完成。然而，高昂的設(shè)備購置成本以及耗材使用成本，也是導(dǎo)致其無法得到廣泛推廣的原因之一。作為代表未來外科微創(chuàng)化發(fā)展方向的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，自然也吸引了例如Medtronic,VERAN公司等國際醫(yī)療器械公司的研發(fā)投入。與此同時(shí)，在政策的支持下，越來越多的國內(nèi)醫(yī)療器械公司也在手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)上不斷創(chuàng)新，推出具有國際競爭力的國產(chǎn)品牌。由金大成等[28]報(bào)道的圖邁微創(chuàng)機(jī)器人輔助胸腔鏡手術(shù)3例以及黃佳等[29]圖邁微創(chuàng)腔鏡手術(shù)機(jī)器人輔助右肺上葉切除2例證實(shí)了其機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的有效性和安全性，并且相較于經(jīng)典的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人其可達(dá)到相似程度的清晰3D視野和操作靈活性。此外圖邁(Toumai)腔鏡手術(shù)機(jī)器人于2021年8月由上海市胸科醫(yī)院羅清泉教授團(tuán)隊(duì)完成了第一例機(jī)器人輔助肺癌袖式切除動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，這也是首例國產(chǎn)腔鏡手術(shù)機(jī)器人完成的袖式肺葉切除術(shù)，為今后其在病人身上開展袖式肺葉切除術(shù)提供了寶貴的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

四、總結(jié)與展望

機(jī)器人手術(shù)在病人短期獲益上的優(yōu)勢已得到廣泛認(rèn)可，而其長期生存獲益也不劣于傳統(tǒng)開放手術(shù)或胸腔鏡手術(shù)。對(duì)于中央型肺癌，袖式肺葉切除術(shù)可為病人保留更多功能肺組織，提高病人術(shù)后生存質(zhì)量，并且病人長期生存獲益也不劣于全肺切除。上述二者的結(jié)合是胸外科學(xué)科發(fā)展的必然趨勢。未來，機(jī)器人手術(shù)向多通道多鏡診療平臺(tái)的發(fā)展以及人工智能的加入勢必會(huì)推動(dòng)該領(lǐng)域的快速蓬勃發(fā)展。相信國產(chǎn)手術(shù)機(jī)器人的加入也將會(huì)為該領(lǐng)域注入新的活力，并更廣泛的造福病人。