我国手术机器人外科面临的机遇和挑战

嵇 武 李 宁 黎介寿

(南京军区南京总医院解放军普通外科研究所，南京 210002)

进入21世纪，以da Vinci外科手术系统(da Vinci surgical system，DVSS)为代表的手术机器人以其全新的理念和技术优势，克服了腹腔镜技术的不足，在国外得到越来越广泛的应用，并取得了良好的效果［1，2］。近年来，国内少数医院也相继引进DVSS，开展了多种手术机器人手术，并已在一些领域形成了一定的特色和优势，但在整体上与国外仍有不小的差距。

1 DVSS国外应用进展

DVSS 2000年被美国FDA批准应用于临床，目前全世界已有近1000家医院开展了DVSS手术，DVSS主要分布于欧美等国家，截止2011年6月，全球已安装近2000台，其中美国拥有1400余台。DVSS 已成为完成复杂大手术的最佳选择［3，4］:①DVSS可以不破坏胸廓完整性，更精准地完成心胸外科微创手术，如全腔内心脏搭桥、瓣膜成形与置换、房间隔缺损修补、心脏肿瘤切除、食管癌切除等。其中全腔内心脏搭桥和二尖瓣瓣膜成形是其代表手术，临床应用表明DVSS手术效果明显好于开放式手术和胸腔镜手术。②DVSS以其独特的深部操作和精细操作的技术优势，广泛用于前列腺癌根治手术，在保证肿瘤切除效果的前提下，最大程度地减少手术对患者性生活的影响，降低术后尿失禁的发生率。在北欧，已有超过一半以上的前列腺癌根治手术由DVSS完成，在美国，有报道这一比例更高达90%。③DVSS用于宫颈癌根治等妇科手术，结果表明DVSS手术具有更高的精确性，更好的操控性，能在狭小的骨盆中完成精细的操作，有利于功能的重建和盆腔淋巴结清扫。④DVSS用于腹部外科大手术中，如半肝以上肝脏切除和复杂的胆道重建手术、胃旁路减重手术、胃癌根治术、结直肠癌根治术、胰腺体尾部切除术、胰十二指肠切除术、内脏动脉瘤切除吻合术等，取得理想的手术效果。⑤在韩国，DVSS被越来越广泛地应用于甲状腺手术，最近，Lee等［5］报道了1043例甲状腺癌DVSS辅助的甲状腺切除手术，包括366例甲状腺全切除和677例甲状腺次全切除，联合淋巴结清扫手术，手术并发症发生率低(1%)，术后患者颈部不适减轻，美容效果好。

2 手术机器人在国内的应用

解放军总医院于2006年底最早引进DVSS，2009年后，解放军第二炮兵总医院、北京天坛医院、上海胸科医院、瑞金医院、华山医院、华东医院、长海医院、重庆西南医院、南京军区总医院、沈阳军区总医院等陆续安装。目前，国内已投入运用的DVSS共11台，经专门技术培训具有手术操作资格的外科医生100余名。高长青等［6］2007年1月 ～2011年9月共完成470例DVSS心脏手术，包括冠状动脉粥样硬化性疾病178例，心脏瓣膜性疾病95例，先天性心脏病140例，心房黏液瘤32例，心包疾病25例，DVSS完成469例，中转手术1例，再次手术1例，死亡1例。这是迄今国内外最大一组DVSS心脏手术的报道。Ji等［7］2009年4月～2011年11月完成20例DVSS精准肝切除，其中半肝以上肝切除13例，左外叶肝切除6例，Ⅴ+Ⅳb段肝切除1例，均采用鞘内解剖选择性入肝血流阻断下的解剖性肝切除，结果证实DVSS有利于肝门解剖和镜下缝合，适合用于精准肝切除手术。周宁新等［8］2009年1月～2010年10月完成180例DVSS腹部手术，其中肝门部手术63例，胰腺手术44例，肝脏手术19例，胃肠手术12例，其他腹部手术42例，结果表明DVSS适合在腹部大手术中应用，对复杂疑难的肝胆胰手术更有实际意义。瑞金医院沈柏用等［9］2010年3月～2011年9月完成33例DVSS胰腺手术，其中胰十二指肠切除术11例，胰体尾切除术10例(保留脾脏5例)，胰腺中段切除术7例，Berger术4例，胰腺肿瘤切除术1例，所有手术均顺利完成，术后随访表明DVSS胰腺手术并发症减少，术后恢复快，短期疗效好。余佩武等［10］2010年3月～2011年6月完成DVSS胃癌根治术23例，包括根治性全胃切除9例，根治性远端胃大部切除14例，认为DVSS胃癌根治术有利于特殊部位淋巴结的清扫，对于提高胃癌总体疗效有意义。丁超等［11］2010年6月～2011年10月完成70例DVSS直肠癌根治术，手术顺利完成，手术时间、术后并发症、术后胃肠功能恢复时间、清扫淋巴结数等与腹腔镜手术相似，认为DVSS直肠癌根治术的意义在于对神经和性功能的保护，提高患者术后生活质量。

与此同时，国内也加强了对手术机器人技术的宣传与推广，二炮总院创办了双语版的手术机器人外科杂志，南京军区总医院建立了中文版的手术机器人专业网站，在外科各专业的全国性大会上多次进行了DVSS手术现场演示、录像展播，引起很大反响。近年来，国内单位积极开展与国外学术交流，尤其是与国际著名的Giulianotti团队密切合作，多次邀请来华访问讲学、示范手术，对国内手术机器人的开展起到了积极的推动作用。在2010年美国芝加哥举行的国际临床手术机器人外科大会上，高长青、周宁新、嵇武、沈柏用应邀做大会发言，分别介绍了国内手术机器人在心脏外科、肝胆外科、胃肠外科、胰腺外科的应用，得到国外同行的认同。

国内的研究院所与医院合作，积极研发医用手术机器人及辅助设施。北京航空航天大学、清华大学、海军总医院开发的“黎元”机器人系统，是国内第1个具有自主控制、视觉定位和远程交互功能的新一代神经微创外科机器人辅助手术系统，已完成研发和临床应用，并通过互联网实现了远程操作。天津大学、南开大学和天津总医院共同开发的“妙手”机器人辅助手术系统，主要针对腹部手术，采用主从控制方式，主操作臂有7个自由度，已完成动物试验。此外，还有北京航空航天大学研发的胸腹外科手术机器人、南开大学研发的脊柱外科机器人、第三军医大学研发的脊柱微创外科机器人、天津大学研发的喉部手术机器人等。

3 开展机器人手术的意义

18世纪80年代，医学先驱Billroth打开了病人的腹腔，完成了人类历史上首例腹部外科手术，这种传统的开腹(开胸)手术被称为第1代外科手术，一直沿用至今。20世纪80年代，以腹腔镜技术为标志的微创手术取得突破性进展，在许多外科领域取代传统手术，被称为第2代外科手术，在取得了良好临床效果的同时，也发现其存在一些局限性:①术野为二维平面成像，降低了术者操作的手眼协调;②手术器械的活动自由度少，加之对抗直觉的反向器械操作，完成精细分离、缝合、吻合等操作难度大;③复杂手术的学习曲线长等。这些因素限制了腹腔镜技术向更复杂外科手术的拓展应用，也成为当前腹腔镜技术发展的“瓶颈”。DVSS的设计正是针对腹腔镜技术的不足，体现出明显的技术优势:①高分辨率的三维图像处理设备，超越了人眼的极限，有利于术者清晰地进行组织辨认和操作;②系统末端手术器械上的仿真手腕具有多个活动自由度，比人手更加灵活，保证在狭小空间准确操作;③术中可自动滤除人手的颤动，提高了手术的精度;④术者可采取坐姿进行系统操作，利于完成长时间复杂的手术。DVSS的临床应用被认为是外科发展史上的又一次革命，有学者认为这预示着第3代外科手术时代的来临［12］。

手术机器人的应用首先直接表现为手术器械和手术方式的改进，从目前的应用结果分析，手术机器人确实在很大程度上突破了腹腔镜技术发展中的一些限制，在微创的前提下使复杂手术的可行性、精确性得到显著提高，使腹腔镜技术得到更高的传承，有力地推动了微创外科的发展。更为重要的是，其对外科手术理念和手术模式转变的影响，手术机器人实施手术时，术者并不与病人直接接触，而是在操作主控台采用主从操作模式控制置于病人体内的机械手臂，通过手臂前端安装的特殊手术器械，完成手术操作。这种全新手术方式借助高分辨率数字信号的传输技术，使远程手术成为可能。事实上，早在2001年第1例通过手术机器人的跨大西洋远程手术就已经完成，只是由于手术信号传导过程中的时间延迟等问题至今还没有满意的解决方案，使这一极具发展前景的技术至今未能推广应用。随着信息传输技术的进步，加之手术机器人自身的发展，在不久的将来可能通过某种形式，将全球的DVSS联系起来，形成一个局域网络系统，先在系统内部实现远程学习、观摩、会诊，再逐步向远程手术过渡。将来，通过加强手术机器人与影像学资料的兼容性，在现有的“数字人体”的基础上，通过设计的专门程序，可能由手术机器人主动识别疾病，自行制定手术方案，经手术医生审定后，自动完成手术操作，实现疾病诊断、手术的“全机器人化”。这是手术机器人研究领域的最大挑战，将有可能彻底改变人类疾病诊断和治疗的模式。手术机器人代表了21世纪外科手术学前进的一个重要方向，其对外科发展的意义可能在将来逐步显现。

4 我国机器人手术的困难与对策

5年来，国内已陆续开展心胸外科、肝胆外科、胰腺外科、胃肠外科等手术机器人手术1000余例，在心脏外科等领域达到了国际先进水平。目前，面临的最大问题是手术机器人的普及率远低于欧美，也不及亚洲日本、韩国等近邻。主要原因是国内手术机器人的使用成本昂贵，性价比优势不明显，这与我国现阶段的基本国情和医疗体制改革的目标不相符合。手术机器人使用成本高表现在购置费用高、手术成本高、维护费用高，而造成这一现象的主要原因是生产商的技术垄断。在国外，尽管机器人手术的直接费用有所提高，但术后病人在重症监护室和普通病房的住院时间缩短，术后用药量减少，并发症发生率降低，这必然会降低相关的治疗费用。事实上，美国单台DVSS手术的费用与传统手术已基本持平，但国内医疗收费的构成与国外不同，导致目前DVSS手术比传统手术费用高20 000～50 000元［13］。为保证健康、有序、可持续发展，国家卫生部已先期介入干预，加强管理和引导，2010年初更明确表示近年内原则上不再审批引进新的DVSS。

目前，国内外研究人员正在加紧研制各种手术机器人及其辅助设备、耗材。从长远看，现已存在的手术机器人技术和市场的垄断地位可能被打破，手术机器人使用成本的下降是必然趋势。在此过程中，国内已经开展的单位要紧跟外科技术发展的潮流，不断积累经验，并探索适合在我国应用的手术适应证和推广路径，着重提高手术的性价比。有条件但尚未开展的单位要积极做好各方面的准备工作，只待条件成熟，适时介入这一领域。我们建议卫生主管部门在调控的同时，也应积极应对外科技术发展的新形势，在审慎评估医院综合资质的基础上，逐步放开DVSS的引进。可以采取配额制的形式，先放开区域性大型医院的准入，在一段时间内形成50～100台的规模。同时，加强学术组织的建设和操作人员的培训，在中华医学会和中国医师协会内成立手术机器人外科学组，加强学术交流与推广，设立国内培训基地，把关手术资格认证。在国外，手术机器人即将进入爆炸式发展阶段，我国目前还处于发展初期，具有巨大的发展潜力，我们相信手术机器人在国内一定会蓬勃发展，拥有美好的未来。

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13 嵇 武，李 宁，黎介寿.我国机器人手术开展的现状与前景展望.腹腔镜外科杂志，2011，16(2):85 －88.