机器人手术系统在早期肺癌治疗中的应用

李德闽

(南京军区南京总医院心胸外科，江苏 南京 210002)

机器人手术系统在早期肺癌治疗中的应用

李德闽

(南京军区南京总医院心胸外科，江苏 南京 210002)

机器人手术系统用于早期肺癌治疗是近10年发展起来的一项新的微创治疗技术。与传统的电视胸腔镜(video-assisted thoracoscopic surgery，VATS)比较，除具有VATS微创的基本优点外，其3D高清成像，高倍数放大，符合人体工程学的仿真机械臂及多自由度转腕功能(Endowrist)等，通过人机交流还原了开放式手术中术者眼与器械、手与器械的同步运动，将微创外科技术提高到了一个新的境界。本文就机器人手术系统在早期肺癌治疗中的应用现状做一简述。

机器人外科；微创外科；早期肺癌；电视胸腔镜

外科手术为早期肺癌(I、II期)的最有效治疗手段，其标准术式为解剖肺叶切除+系统性淋巴结清扫。传统开胸手术仍有一定的创伤及风险，自1992年首例电视胸腔镜(video-assisted thoracoscopic surgery，VATS)肺叶切除成功，VATS已成为肺癌微创的主流术式，历经20年的临床应用，证实其有减轻术后疼痛，减少创伤，减少输血，缩短胸管留置时间及缩短住院日等优点[1]。同时源自单中心临床报道显示，VATS手术远期疗效与常规开胸手术相近[2]。但是，VATS由于单镜头为二维成像，缺乏立体感；操作过程为单纯的杠杆原理，将器械经胸壁洞孔进入胸腔操作，其准确性及协调性不尽人意，尤其对复杂的手术，其应用有一定的局限性[3]。同时VATS对淋巴结清扫的彻底性与传统开胸手术比较存在一定的不足，其在早期肺癌手术肿瘤学的有效性仍有质疑[4～6]。迄今为止，VATS能否作为早期肺癌的标准术式而完全取代传统开胸手术，仍需通过大量的随机、前瞻及多中心的研究才能得出结论[7]。

达芬奇机器人手术系统(da Vinci surgical system)为目前临床唯一在用的手术机器人系统[8，9]，自2000年获得美国FDA批准后，在外科领域的发展极为迅猛，目前全球装机量已近3000台。其临床应用涵盖了心脏外科、胸外科、泌尿外科、妇产科、腹部外科、骨科、口腔及耳鼻喉科等。机器人手术系统除具备VATS的微创基本优点外，其硬件系统远优于VATS，包括3D高清成像，高倍数放大，符合人体工程学用仿真机械臂及多自由度转腕功能(endowrist)等，通过人机交流还原了开放式手术中术者眼与器械、手与器械的同步运动，将微创外科技术提高到了一个新的境界。我院自2010年10月引进第二代达芬奇机器人系统以来，共开展各类胸部手术已超过300台，其中早期肺癌手术近120例，现就我院机器人手术系统使用经验并结合国、内外使用情况做一介绍。

1 机器人系统与VATS的区别[1，8，9]

机器人和VATS二者均在内窥镜辅助经胸壁3～4个洞孔(port)进行操作，由于二者间硬件上的不同而存在极大的差异。VATS主要包括窥镜、成像系统，术者及助手立于患者身旁，通过杠杆原理将器械胸壁洞孔进入胸腔由手进行操作，窥镜仅提供术中光源及二维镜像，尤其进行深部精细操作及缝合重建时较为困难。而机器人系统由操控台、双目高清窥镜、机械臂(三臂或四臂)、7个自由度的转腕器械组成。因此，机器人系统的双目视频镜头提供了真正3D高清镜像，术者的视野与正常手术无异；由机器臂固定镜头，集固定、变焦等功能为一体，放大倍数达10倍以上，不需助手扶镜；仿真机械臂末端关节具有7个自由度及双轴向的转腕功能，可完成人手在狭小空间不能完成的动作，包括深部精细分离及缝合重建等，其灵活及协调性远超VATS；另外机器人6 Hz的动态过滤器可消除人手的抖动；集视频、操作指令为一体的操控台，术者可远离手术台进行手术操作。

2 机器人肺叶切除术麻醉、体位及机械臂设置[1，3]

麻醉及体位：可选用双腔支气管管插或单腔气管插管+术侧支气管封堵。将手术台反向安放，即患者的头侧位于手术台的尾端，以便机器人主机位于患者的头侧摆放。患者呈90°侧卧位，要求肩胛骨顶端与臀部呈一直线，腋下垫高，以利胸廓外展。目前肺叶切除时胸壁洞孔的位置相对恒定，有三臂和四臂二种方法，三臂法相对简单且节省一机械臂可减少耗材费用，现简要介绍如下：包括左、右机械臂和窥镜臂，另加一辅助操作孔。基本原则要求窥镜孔与左、右臂呈三角排列，各自间隔6～8 cm，以避免操作过程中机械臂间的相互碰撞。以右胸为例，通常于腋中线第8～9肋间(相当于膈顶水平)切开皮肤 1.2 cm，经肋骨上缘分离进入胸腔放置鞘卡，置入30度窥镜，胸腔内充CO2，保持胸腔内压力8～10 cmH2O，使肺充分萎陷，探查胸腔内有无粘连及肺部肿瘤与术前评估是否一致等。于腋后线第6～7或第7～8肋间切开皮肤8 mm，该切口与窥镜切口间距约四横指(6～8 cm)，经肋骨上缘置入鞘卡，此为左手臂；另于腋前线第6～7肋间切开皮肤8 mm，置入鞘卡，此为右手臂。辅助孔通常设于腋前线膈顶水平，用于助手送入抓钳帮助牵引显露、吸引及送入腔镜器械等。左侧肺叶切除胸壁打孔的位置与右侧大致相同，只是由于左侧心脏的影响，光源孔应在腋中线偏后2 cm。

3 机器人肺切除学习曲线

机器人肺切除作为一项新的技术开展，其初始阶段有一学习曲线，包括熟悉机器人各机械部件及操作，适应机器人操作环境，术者、助手、麻醉及护士的整体协调等[3]。虽然具有VATS基础和无VATS基础者学习曲线有所不同，但总体上机器人的学习曲线较VATS要短[10]。Chang等发现[11]，经8～10小时的机器人训练，体内打结速度要快于具有腔镜基础的医生在腔镜下的打结速度；经14小时训练后，其打结速度可进一步提高。Melfi[12]、Ghragozloo[13]和Veronesi等[3]均一致认为具有开放胸部手术经验的医生，经20例机器人肺叶切除手术后即可达到熟练水平。而VATS的训练，通常需经30～50例手术后才能达到熟练水平。但对原有较好VATS基础者开展机器人手术，则可缩短机器人的学习曲线，一般经5～10例肺切除后就能较好地掌握此项技术。我们对机器人肺癌手术的体会，初期5～10例主要为手术、麻醉及器械护士团队的配合，包括体位、机位摆放及装机等，对具有较好开放肺叶切除经验的医生而言，经过10例以上肺叶切除的手术过程，基本具备熟练肺叶切除的能力，并随手术例数的增加，熟练程度进一步提高。值得重视的是，由于机器人术者通常不洗手在操孔台操作，助手应有常规开胸的应急能力，同时掌握如何迅速撤机的流程，手术间常规备有开胸包，以便发生各种意外情况时可快速中转开胸。

4 机器人操作的便利及安全性

机器人应用于肺癌手术已有10年的时间，尤其近5年来，机器人肺切除的报道逐渐增多。但早期报道机器人肺叶切除手术时间偏长。2002年Melfi[12]报道初期5例机器人肺叶切除，手术时间在2.5～5 h；2003年Ashton等报道[14]手术时长达530 min(包括支气管镜、纵隔镜及病理检查时间)，2006年Park等报道[15]肺叶切除平均手术时间218 min(155～350 min)。早期报道机器人肺切除时间偏长可能与学习曲线有关。2011年Dylewski等报道[16]200例解剖肺叶切除的经验，其中3例中转开胸，手术平均时间缩短至90 min，术后死亡率及并发症率分别为2%和26%。Lee等[2]报道机器人右上肺叶切除平均172 min，较VATS(134 min)明显延长，但下肺叶切除时两者间无明显差异(140 min vs 123 min)。Jang等[17]比较同一术者在初期开展机器人和VATS手术时，机器人和VATS肺叶各为40例的数据比较，发现机器人组术后并发症率低于VATS(10% vs 32%)，随着VATS经验成熟，二组间手术并发症率大致相同。由于机器人自身硬件的优势及操作的便利性，随着机器人手术经验的进步积累，缩短机器人解剖肺切除手术时间仍有较大的空间。我们的经验，经过初期20例肺叶切除后，单肺叶切除+淋巴结清扫大部分可在2小时内完成，而50例手术后，机器人手术的优势将更为明显。

机器人肺癌手术的并发症率在10%～39%，最常见的为房颤、长时间漏气、肺炎及呼吸功能不全等，与常规开胸手术比较，其各种并发症明显减低，而与VATS手术大致相近[18]。Kent等统计的数据[6]，2008～2011年美国33095例肺癌手术中(常规手术20238例，VATS12427例，机器人430例)，机器人手术比例从2008年的0.2%上升至2010年的3.4%，死亡率0.2%，住院时间5.9d，并发症率43.8%，均低于常规开胸的2.0%、8.2d和54.1%；与VATS手术比较，死亡率、并发症及住院时间均无差异，提示机器人肺切除术与VATS手术相当，具有较好的安全性。

5 机器人早期肺癌手术的肿瘤学因素

解剖性肺切除+淋巴结清扫是保证早期肺癌疗效的核心因素，并对患者准确病理分期。虽然VATS手术开展已超过20年，对其肿瘤学的彻底性仍有争议，未将其作为早期肺癌治疗的标准术式，欧、美国家采用VATS治疗早期肺癌的比例不足50%[19]。Boffa等对2001～2010年STS数据库11500例早期肺癌手术治疗资料显示[4]，开胸组N1淋巴结病理阳性上调率为9.3%，VATS组为6.7%(P< 0.001)，N2淋巴结上调率两组相近。Licht对2007～2012年丹麦国家肺癌数据库1513例I期肺癌手术治疗结果的分析表明[5]，VATS手术占47%，常规开胸占53%，虽然两组间5年生存率无差异性，淋巴结清扫站数相同，但常规开胸组N1和N2淋巴结阳性上调率分别为13.1%和11.5%，明显高于VATS的8.1%和3.8%(P< 0.001)。由此可见，VATS淋巴结清扫彻底程度不如常规开胸手术。Wilson等对3个中心2009～2011年302例I期肺癌机器人肺切除淋巴结清扫的资料比较，发现机器人对病理淋巴结分期上调达平均达10.9%，其中N1淋巴结上调占6.6%，N2占4.3%，其淋巴结清扫效果优于VATS，与常规开胸相近[20]。

机器人肺叶切除术时淋巴结清扫优于VATS，并达到传统开胸手术相同的效果，可能二者间操作技术不同有直接关系。VATS对肺裂直接分离较为困难，尤其对肺裂发育不全时，通常采用无裂技术(fissureless technique)，即在肺门部血管及支气管处理完毕后以切割缝合器行叶间裂进行切割，由此容易带来叶裂间及支气管残端淋巴结清扫的不足[5]。而机器人术者则可采用机器人器械直接进行叶间分离，并将肺门血管旁及支气管旁清扫，其操作流程及方式与开胸手术相同[21]。

6 机器人对术后患者生活质量的影响

VATS手术与开胸手术相比可减轻术后患者的疼痛。VATS与机器人手术比较，虽然两者间具有诸多的相似性，但VATS手术过程中，其胸壁洞孔处为器械杠杆支撑点，术者进行胸腔内操作时器械不同方向地往复转动，可造成洞孔处肋间神经肌肉磨擦及挫伤，因此术后疼痛者并不少见。而机器人则为机械臂末端Endowrist在胸腔内转动完成操作，明显减少了对神经肋间肌肉的损伤而减少术后疼痛。Louie等对机器人与VATS肺切除比较，两组间手术时间，术后并发症，失血量及术后住院时间均无差异，但机器人组术后镇痛药物使用时间及体能恢复时间较VATS组明显缩短[22]。

7 结语

虽然机器人与VATS同为内窥镜辅助、经胸壁洞孔完成的胸部微创手术，二者间仍存在一定不同。VATS用于早期肺癌的治疗已有20年的时间，临床应用已积累了一定的经验，与常规开胸手术比较，可减少创伤应激、减轻术后疼痛、减少输血、缩短术后ICU留置及住院时间，有利于患者术后的早日康复及接受后继的抗肿瘤等相关治疗，对有经验的术者及大容量的手术中心，其手术安全及便利性毋庸置疑，远期疗效也与常规开胸手术相近，可否替代或作为早期肺癌治疗的标准术式，仍需经前瞻性、多中心及随机对照研究进一步证实。机器人手术应用时间不长，其硬件及手术器械的优越性在早期肺癌的手术治疗拥有广阔的前景，3D视野、高倍数放大、多臂协调及Endowrist的特有功能，为深部手术精细化、复杂重建等创造了极大的便利性。机器人手术系统的诞生并不是完全取代VATS的存在，而是现代高科技技术在临床外科的具体应用，将内窥镜辅助的微创技术提高至一个新的境界。

近5年来手术机器人系统在早期肺癌手术治疗获得了长足进步，除了手术的安全性及便利性达到VATS及开胸手术相同的效果外，其在肿瘤学的可靠性显示出独有的优越性，随着机器人早期肺癌手术经验的积累及病例数的增加，在早期肺癌治疗中的地位将得到进一步的验证。目前多数文献报道除手术机器人系统手术费用高于VATS外，不论在手术便利性、安全性、肿瘤切除可靠性及术后早期康复等方面，机器人均优于VATS。但最近Paul等统计美国2008～2011年2498例机器人与37595例VATS肺叶切除的结果显示[23]，机器人肺切除除费用高于VATS外，心血管并发症及术中出血并发症亦均高于VATS(分别为23.%vs20.0%和5.0%vs2.0%，P< 0.05)。但手术机器人系统无论硬、软件及器械等各方面均优于VATS，无疑是微创手术技术的进步，并将微创胸部手术推向了更高的平台，特别是同时从事VATS和机器人手术者，更能从具体的操作及实践中感悟及甄别出手术机器人系统与VATS间的异同及微创手术的真谛。

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Application of robotic surgery system in the treatment of early-stage lung cancer

LIDe-min

(DepartmentofCardiothoracicSurgery，NanjingGeneralHospital，NanjingMilitaryAreaofPLA，Nanjing210002，China)

The robotic surgical system for surgical resection of early-stage non-small cell lung cancer is the one of new techniques of minimally invasive surgery in the last decade.Compare to the traditional video-assisted thoracoscopic surgery(VATS)，the technique provides more intuitive movements，greater flexibility，higher definition 3-dimentional vision，and the Endowrist instrument system in addition to the advantages of minimally invasiveness.Through man-machine communication，its seven degrees of freedom and two degrees of axial rotation replicate the synchronous movement of eye and hand in open surgery.This raises the minimal invasive surgical technique to a new level.The article reviewed the recent advances of robotic surgical system in the treatment of early non-small cell lung cancer.

Robotic surgery；Minimally invasive surgery；Early-stage lung cancer；Video-assisted thoracoscopic surgery

李德闽，男，主任医师，教授，硕士生、博士生导师。国际微创心胸血管外科学会会员，中国医师协会心血管外科分会委员，中国医师协会机器人外科分会委员，江苏省胸心血管外科专业委员会副主任委员。主要研究方向：体外循环脏器保护、冠心病外科治疗、胸部微创手术

R655.3

A

1672-6170(2015)01-0008-04

2014-10-21)