达·芬奇机器人手术系统及其研究进展

唐 鲁,李 翠,李晓芳,田 秀,苏艳磊,王 飞

达·芬奇机器人手术系统及其研究进展

唐 鲁,李 翠,李晓芳,田 秀,苏艳磊,王 飞

介绍了手术机器人的国内外研究状况,综述了达·芬奇机器人手术系统于心胸外科、泌尿外科、妇科、普外科等领域手术应用进展以及手术室护士配合要点。

达·芬奇手术系统;机器人;进展

微创甚至无创已经成为医学发展与追求的必然,在这条道路上有3项标志性事件。1846年麻省总医院施行乙醚麻醉,标志着现代手术的开始;1987年Moure报道腹腔镜胆囊切除术,标志微创外科手术时代的开始;达·芬奇机器人手术系统完全有别于传统胸腔镜、腹腔镜,被视为21世纪微创手术的革命性标志[1]。该系统已广泛应用于心胸外科、泌尿外科、妇科、普外科等领域[2-5]。随着卫生部将达·芬奇机器人手术系统纳入“十二五”甲类大型医用设备配置规划,我国陆续引进该系统并取得了良好效果。本文对手术机器人的国内外研究与应用进展做一综述,旨在为对该系统的应用与配合提供参考。

1 机器人辅助手术系统的演变

到目前为止,机器人辅助手术系统主要经历了三代产品[6]。第一代持镜机器人伊索(AESOP):1994年,美国食品和药品管理局(Food and Drug Administration,FDA)首次批准Computer Motion公司生产的AESOP 1000手术机器人应用于手术;1996年,AESOP 2000手术机器人加入声控装置;AESOP 3000手术机器人的活动度增大;到1999年底,AESOP系统在心脏外科、胸外科、妇产科、泌尿外科等领域应用并取得了良好的手术效果,共完成手术80 000例。第二代遥控机器人宙斯(Zeus):1995年,Computer Motion公司继续开发出机器人Zeus手术系统,实现了远程遥控、精细手术操作和稳定的机械抓持等功能,2000年该系统获得FDA认证[7]。第三代达·芬奇机器人手术系统(da Vinci Surgical System):达·芬奇手术机器人系统来源于美国军方用于处置远距离进行手术治疗的研究,美国Intuitive Surgical Inc.(直观手术公司)从军方取得专利,研制出的机器人辅助微创外科手术系统于1999年获得FDA批准。2000年7月达·芬奇手术系统成为唯一通过FDA核准运用于腔镜手术的机械手术系统。2003年Intuitive Surgical公司合并Computer Motion公司独家垄断全球市场。目前达·芬奇系统第一代产品da Vinci Standard已被2005年上市的第二代S系统(da Vinci S)和2009年上市的第三代Si系统(da Vinci Si)所取代。第三代Si系统具有双重控制功能,便于微小创伤手术时进行人员培训,具有更高分辨率的3D视野、最新的用户界面以及可整合入数字化手术室系统[8]。

2 国内外达·芬奇机器人手术系统的应用

2000年6月德国法兰克福大学医院泌尿外科医生利用da Vinci手术机器人完成世界首例内窥镜下前列腺切除根治。2001年6月,FDA批准da Vinci手术机器人用于腹腔镜的前列腺切除术。目前da Vinci手术种类涵盖普通外科、心胸外科、泌尿外科、妇科等学科的数十种手术,典型手术包括胆囊切除术、胰十二指肠切除术、胃肠手术、肝切除术、二尖瓣成形术、心脏不停跳搭桥术、纵隔肿瘤切除术、前列腺癌根治术、卵巢切除术等[8]。截至2013年12月31日,全球装机总量为2 966台,其中美国2 083台,欧洲476台,亚洲288台(日本159台,韩国43台,中国43台,印度24台,新加坡7台,泰国6台,菲律宾2台,印度尼西亚1台),其他地区119台;2013年完成手术约52.3万例,比2011年增长16%[9]。

在我国,最早引进达·芬奇手术系统的医院多是军队系统的综合性医院,完成的成功病例也最多,此外,多集中在北京和上海两大城市。自2006年12月,中国人民解放军总医院率先引进我国第一台达·芬奇S机器人手术系统,目前中国人民解放军总医院(先后购置5台)、北京地坛医院、中国人民解放军第二炮兵总医院、复旦大学附属中山医院、上海交通大学附属瑞金医院、上海交通大学附属胸科医院、复旦大学附属华东医院、中国人民解放军第三军医大学附属西南医院、中国人民解放军南京军区南京总医院、中国人民解放军沈阳军区总医院、中国人民解放军第二军医大学附属长海医院、北京协和医院、中国人民解放军济南军区总医院、中国人民解放军第四军医大学附属西京医院共14家医院拥有18台机器。截至2013年12月31日,我国达·芬奇机器人手术系统共完成手术6 535例,其中泌尿外科1 764例,胃肠外科1 647例,肝胆胰外科1 052例,心外科863例,胸外科607例,妇产科585例,其余7例。预计2013年—2015年我国公立医疗机构规划配置36台,覆盖全国24个省(自治区、直辖市)的公立医院,同时社会资本举办医疗机构按照全国总量20%规划配置,该系统将在国家政策支持下规范有序地在临床应用中合理推广[10]。

3 达·芬奇机器人手术系统的构造

达·芬奇机器人手术系统由医生操作系统、床旁机械臂系统、成像系统3部分组成。床旁机械臂系统为机械臂和内窥镜臂提供支撑,包括1个镜头臂和3个机械臂。镜头臂装有双镜头,能把组织器官放大10倍,并以三维画面呈现给医生,高清、立体、直观、准确。达·芬奇的前臂长近50 cm,尤其特殊的是机械手的内腕,直径仅0.5 cm,具有7个自由度可以自由旋转540°,使其灵活度达到或超过了人手的活动度,是Intuitive Surgical公司的专利技术[11]。医生操作系统是达·芬奇机器人的控制中心,机器人操作员坐在无菌区外,用手或脚来控制机器人和一个3D内窥镜。成像系统在手术过程中由一名无需在无菌区的人员操作。

世界著名外科学家、法国Jacques Marescaux教授评价说:“达·芬奇机器人手术系统是外科史上继微创技术及电脑辅助应用以来的第三次变革,成功引入一个全球外科技术共享的理念:外科医生无论身处何方,都可参与世界上任何地方的手术。”与腔镜手术相比,达·芬奇机器人手术系统具备以下优点:①扩大了人眼的视野,可以进入人体内部的特殊镜头,产生三维立体的图像,并可使手术视野放大10倍～15倍;②延长了人手的极限,机械手臂增加了活动的自由度,大大提高了手术医师的操作能力,在原来手伸不进的区域,机械手可以在360°的空间里灵活穿行完成转动、挪动、摆动、紧握等动作,且机械手上有稳定器,具有人手无法相比的稳定性及精确度;③切口小、出血少、愈合快,有助于最小化手术风险,降低术后并发症以及转开放手术的几率,提高医疗质量和病人安全;④节省医生人力资源,达·芬奇机器人自动化程度很高,一台高难度的外科手术只需要1名外科医生、1名麻醉师以及1名或2名护士[12,13],可有效克服手术室可负荷量的限制,提高手术室的利用效率。同时,达·芬奇机器人手术系统也存在一些不足之处:①没有触觉,无法分辨组织的韧度、触摸血管搏动;②没有温热觉,无法分辨不同体内组织间的温度差异;③对大的动作有力反馈作用,但对精细动作却不起作用;④需要助手更换机械臂;⑤控制台与机械臂之间的无线通讯易受到干扰;⑥价格昂贵、体积庞大[14,15]。

4 手术护士配合要点

达·芬奇手术系统要求手术护士除具备开腹、开胸等传统手术和腔镜等微创手术配合经验外,还必须接受香港威尔斯亲王医院严格的理论和操作培训,并取得该机构颁发的全球认证的达·芬奇手术机器人护士操作资格证书[16]。手术护士主要负责机器在手术间的布局摆放、机器的开机、器械臂无菌套的安装、镜头白平衡调节、器械的传递、器械的清洗消毒灭菌、机器的管理与养护等[17]。

4.1 巡回护士的配合 病人入手术间前,完成机器人系统的准备工作。根据手术入路的不同,调整该系统3个组成部分与手术床位置关系,连接各组成部分并启动系统[18]。严格操作规范,及时调节术野亮度和气腹机压力,严格观察病人各项生命体征。备好抢救和开放手术设备、物品。术毕正确记录此次使用的器械名称及器械可使用的剩余次数,使所有系统归位。

4.2 器械护士的配合 在巡回护士协助下,完成器械臂、镜头臂的防护罩的安装。每次手术前或每次更换摄像头、内窥镜、灯模块或光源后,都必须对摄像镜头进行白平衡调节[18]。常规消毒后,与巡回护士一起正确连接仪器部件、导线,协助医生置入Trocar并建立气腹。放入镜头探查腹腔,在显示屏指引下,依次完成其余穿刺器的置入。协助医生完成所有机械臂与穿刺器的连接及所需器械的安装。时刻关注显示屏上和各机器臂上的信号,出现问题及时排除[19]。术毕对器械进行正确清洗、消毒、灭菌及养护。

5 达·芬奇机器人手术系统展望

在现代手术所表现出的更加自动化、更加电脑化、更依赖于机械化辅助趋势下,达·芬奇机器人手术系统实现着技术的不断优化以及应用市场的快步拓展。该系统已开发出双控制台配备、术中荧光显影技术、术中冲洗器、术中组织切割吻合器、术中超声辅助定位、手术模拟训练器等技术。截至2013年12月31日超过800所美国医院购买单孔(Single-Site)手术设备[8,20]。

Intuitive Surgical公司的营销目标:①宣传达·芬奇机器人的安全性、有效性及成本效益;②加大支持达·芬奇机器人在普外科手术中的应用;③在妇科手术和泌尿外科手术中推广达·芬奇机器人创伤小的优点;④推广单入口达·芬奇机器人的应用。而达·芬奇机器人手术系统向更小、更轻便、更方便移动方向发展将是必然趋势,并有望在以下方面进行技术优化:①加入精细动作的动力回馈,并可通过软件设置和对张力数据的计算机分析,为医生提供手术提示和报警;②在机械手上整合影像学系统,如CT、B超,从而帮助医生在不定型手术中判断组织、血管,决定手术方式;③在软件中加入图像分析功能,帮助医生判读内镜下解剖结构,加快手术进程;④机械臂实现自动更换[21]。

[1] Jones A,Sethia K.Robotic surgery[J].Ann R Coll Surg Engl, 2010,92(1):5-13.

[2] Rodriguez E,Chitwood WR.Robotics in cardiac surgery[J].Scand J Surg,2009,98(2):120- 124.

[3] Lee EK,Baack J,Duchene DA.Survey of practicing urologists:Robotic versus open radical prostatectomy[J].Can J Urol,2010,17 (2):5094-5112.

[4] Cho JE,Nezhat FR.Robotics and gynecologic ontology:Review of the literature[J].J Minim Invasive Gynecol,2009,16(6):669-681.

[5] Wilson EB.The evolution of robotic general surgery[J].Scand J Surg,2009,98(2):125-134.

[6] 沈周俊,王先进,何威.达·芬奇机器人手术系统在泌尿外科的临床应用体会[J].微创医学,2013,8(5):531- 535.

[7] 温武,石崧.达·芬奇机器人手术系统在OSAHS手术中应用进展[J].中国医学文摘:耳鼻咽喉科学,2013,28(6):314-316.

[8] 李万刚,崔静,王建军.机器人辅助外科的历史、现状和展望[J].中国现代医学杂志,2012,22(36):45- 50.

[9] Intuitive Surgical Inc.Annual report 2013[EB/OL].[2014- 05-20].http://phx.corporate- ir.net/phoenix.zhtml?c= 122359&p=irol IRHome.

[10] 卫生部,卫规财发〔2013〕12号.卫生部关于印发2013—2015年全国高端放射治疗设备和内窥镜手术器械控制系统配置规划的通知[EB/OL].[2014- 05- 16].http://www.moh.gov.cn/mohghcws/s2909/list.shtml.

[11] 肖钟,黄宗海.外科手术机器人的研究进展及临床应用[J].中国现代普通外科进展,2011,14(11):880-884.

[12] 邹来宾,张中林,何跃明,等.手术机器人在微创外科的应用进展[J].中华普通外科学文献(电子版),2013,7(1):52- 55.

[13] 李建平,杨军,顾元龙.达·芬奇手术机器人在腹部外科的临床应用进展[J].中华肝胆外科杂志,2012,18(11):883-886.

[14] 嵇武,胡新勇,黎介寿.手术机器人的应用进展与前景展望[J].医学研究生学报,2010,23(9):994- 998.

[15] 余佩武,唐波.达·芬奇机器人胃癌手术相关技术与应用前景[J].中国微创外科杂志,2012,12(7):584-585.

[16] Patel HR,Linares A,Joseph JV.Robotic and laparoscopic surgery:Cost and training[J].Surg Oncol,2009,18(3):242- 246.

[17] 杨凡,王宇,李武平,等.达·芬奇机器人手术配合流程再造及效果评价[J].中华腔镜外科杂志(电子版),2013,6(5):383-387.

[18] 张玲琳,曾俊,陈小丽.达·芬奇机器人下肺叶切除术的护理配合[J].护理学杂志,2013,28(2):58-59.

[19] 王春灵.达·芬奇手术机器人系统手术的护理配合[J].中国临床医学,2013,20(1):87- 88.

[20] 金振宇.中国达·芬奇手术机器人临床应用[J].中国医疗器械杂志,2014,38(1):47 -49.

[21] Maeso S,Reza M,Mayol JA,et al.Efficacy of the Da Vinci surgical system in abdominal surgery compared with that of laparoscopy:A systematic review and meta- analysis[J].Ann Surg, 2010,252(2):254-262.

Da Vinci robotic surgical system and its research progress

Tang Lu,Li Cui,Li Xiaofang,et al
(General Hospital of Jinan Military Area of PLA,Shandong 250031 China)

R473.6

A

10.3969/j.issn.1009-6493.2015.16.004

1009 6493(2015)06A-1932-04

2014 09 24;

2015 03 13)

(本文编辑 孙玉梅)

山东省优秀中青年科学家科研奖励基金,编号: BS2014SW010;济南军区总医院院长基金及博士科研启动基金资助项目,编号:2013BS09。

唐鲁,主管护师,博士研究生,单位:250031,中国人民解放军济南军区总医院;李翠、李晓芳、田秀、苏艳磊、王飞(通讯作者)单位: 250031,中国人民解放军济南军区总医院。