机器人手术的应用与展望

王国斌

·述 评·

机器人手术的应用与展望

王国斌

用微小创伤完成外科治疗是外科医生追求的目标。近20余年来，腹腔镜外科手术的优势越来越明显，成为微创外科最引人瞩目的标志。先进科技的发明和应用为腹腔镜手术的进步起到了巨大的推动作用，例如摄像系统分辨率的提高使腹腔镜下解剖的精细程度不断提升，一定程度上弥补了触觉缺失带来的影响，使得解剖分离过程中的层面维持、神经保护得以实现。腹腔镜设备和器械的每一次革新，都为腹腔镜手术带来突破性进展。

达芬奇机器人手术系统是应用于微创外科手术相关科技的又一个划时代革新，2001年通过FDA批准进入临床应用后，外科手术开始步入机器人手术时代。

一、现有机器人手术系统简介

在达芬奇机器人手术系统之前，FDA曾于1994年批准了一种持镜机械臂Aesop，可以由手术者声控腹腔镜的进退、摇摆和旋转等运动。2000年批准过手术机器人Zeus系统，后来因公司合并而未再生产。2001年获得美国FDA批准的射波刀机器人系统因为可以达到定点清除肿瘤的功能，也被认为是一种外科机器人系统。

达芬奇机器人手术系统由医生操控系统、床旁机械臂系统、成像系统3部分组成。床旁机械臂系统包括1个镜头臂和3个独立的机械臂。达芬奇机器人摄像系统应用融合在一根光学视管内的双镜头采集图像，通过成像系统以3D立体画面呈递给手术医生。机械臂自身可以自由旋转达540°，同时可通过马达驱动手术器械的前端关节进行多个维度的运动，这种微腕(EndoWrist)能力加上机械臂的旋转进退运动，使得每条机械臂都能实现7个自由度的活动，灵活程度远远超过了常规腹腔镜下手术器械的活动能力，达到甚至超过了开放手术时人手的灵活程度。而机械臂在完成这些复杂活动的同时，可以保证穿刺鞘管的腹壁段稳定在一个固定的空间位置，因此可以减少腹壁穿刺孔道的损伤，同时起到提拉腹壁，增加腹腔空间的作用。医生操控系统是手术者操控达芬奇机器人的人机交互平台，这部分设备可以远离手术台，手术者可以通过2个目镜观察到三维手术画面，以及机器人的各项参数。脚控转换开关可以转化3条机械臂的激活状态，使其中两条臂处于当前操控状态下，由两手各控制一个操纵杆来支配手术器械的活动，电刀、超声刀等能量输出由脚踏开关控制。摄像镜头的进退摆动和旋转等动作可由术者自己灵活控制。

目前，达芬奇机器人最常用于腹腔、胸腔外科手术，也用于口咽、甲状腺手术等。国内外报道被最多用于前列腺癌根治手术，在狭小手术野空间内需要复杂操作的手术，应用机器人具有较大优势。普通外科领域内，达芬奇机器人手术已用于几乎所有腹腔镜手术[1]。

二、机器人手术的优缺点

达芬奇机器人手术继承了腹腔镜手术几乎所有优点，与开放手术相比，具有创伤小、恢复快、美容等优势。与普通腹腔镜手术相比，达芬奇机器人手术有一些优点：①逼真三维手术视野，图像空间立体感真实，没有夸张的纵深感。镜头由机械臂扶持，可以保证稳定的图像，减轻画面抖动带来的眩晕和疲劳。②操纵杆模拟识别手术者行为，一方面消除动作的杠杆转换过程，另一方面可以过滤无意识抖动，分离、缝合等动作更精准。传统腹腔镜手术中，外科医生的手上动作与观察到的腹腔内动作成杠杆关系。这种动作与视觉相反关系需要一个适应和协调过程，加上二维图像的原因，大大降低了动作速度，严重限制了缝合、打结等外科基本技术的应用。而在机器人手术中，术者不必进行任何反常转换，直接根据清晰三维的术野图像，轻松顺手地完成各种动作，复杂操作就如同开放手术一样得心应手。与腹腔镜手术相比，人手的无意识震颤不仅没有被长杆器械放大，反而被机器人系统过滤，明显增强了手术精细程度。③达芬奇手术机器人的微腕专利技术，提供了超过人手灵活能力的7个自由度的动作，这种微腕结构位于器械的头端，体积远小于人手，因此可以保证在狭小空间内，完成超过人手灵活能力的精细动作。④医生操控平台与手术台分离，远程控制。因此可以实施远程会诊手术，手术者也可以在更舒适的环境和姿态下完成复杂手术。达芬奇手术机器人拥有的优点，从不同的方面促进了复杂、困难手术微创化的转变。

由于手术机器人的人机交互系统去除了腹腔镜手术的杠杆效应，因此，机器人手术的操作培训，比腹腔镜手术要容易很多，也不一定需要腹腔镜手术基础[2]。

机器人外科手术也有很多急需改进的地方，例如：①设备和耗材费用高昂；②准备时间费时,需要助手手动更换机械臂；③机械臂还需要进一步小型化；④与腹腔镜手术一样缺乏触觉，而且没有力反馈；⑤手术医生与手术台分离，存在通讯延迟、障碍等风险，这类风险问题对团队的整合提出了更高要求。

三、机器人手术系统在我国应用现状

国内最早应用于临床的手术机械系统是持镜机械臂Aesop，我院曾试用于胆囊切除和结直肠切除术。这套持镜系统实际上是固定在手术台上的一只机械臂，可以由术者声控操纵腹腔镜的前后左右移动和旋转等，优点在于节省一名助手，持镜也比人操作更稳定，但用于复杂手术时并没有优势。

国内第一套手术机器人是深圳人民医院购置的Zeus系统，这也是此型号手术机器人国内唯一一台。目前国内大部分达芬奇手术机器人为2009年上市的第三代Si系统(da Vinci Si)，截止2015年9月，国内达芬奇手术机器人约40台，单独或者与腹腔镜手术联合用于大多数胸腹腔外科手术。在普通外科腹部手术领域内，机器人手术系统已用于几乎所有手术，单中心机器人腹腔镜下胃癌手术已超过1 000例，也启动了手术机器人应用于胃肠肿瘤手术的前瞻性随机对照研究，安全性与短期效果比较的回顾性临床病例报道已有很多。

但限于设备和耗材的昂贵价格，目前开展机器人手术的医院还并不多，已开展射波刀机器人系统治疗的医院更少。

四、展望

未来的机器人手术系统将随着工业技术的进步，朝着更小、更轻便、更稳定方向进化。我们有信心在不远将来看到这样一些关键技术的进步：①在摄像系统中加入显微成像技术，或者更高级的荧光靶向、代谢成像等技术，让手术者能够更精细地辨别血管、神经等重要结构，更精确地辨别病变范围；还可以设定报警技术，避免误伤，让手术更微创、更安全；②在手术器械上装备精细传感器，通过计算机分析反馈，让医师能够得到比人手更准确细致的力量、质地等感知；③在人机交互界面，整合影像学系统，方便影像导航，让手术医师掌握超视界的解剖形态，对手术规划了然于心，对每一步操作都胸有成竹，这一功能对复杂手术，例如解剖结构变化了的再次手术等特别有价值。

现有商业化的手术机器人产品，目前还只有一家，要想机器人手术设备在我国得到广泛应用，必须让设备国产化，使手术成本大大降低后才能实现。

在手术效果方面，机器人辅助手术相对于腹腔镜手术并没有获得绝对优势。例如在结直肠肿瘤切除手术、胃癌切除手术方面，较多临床研究都证实了机器人手术有一些方面的优势，但在手术时间、总体费用方面存在劣势，在肿瘤治疗效果方面也没有明显差别[3-4]。因此，对待机器人辅助手术，我们应该客观理性态度，并期待着这一新生技术的快速成熟。

1 Shah J,Vyas A,Vyas D.The History of Robotics in Surgical Specialties.Am J Robot Surg,2014,1:12-20.DOI:10.1166/ajrs.2014.1006.

2 Moore LJ,Wilson MR,Waine E,et al.Robotic technology results in faster and more robust surgical skill acquisition than traditional laparoscopy.J Robot Surg,2015,9:67-73.DOI: 10.1007/s11701-014-0493-9.

3 Kim CW,Kim CH,Baik SH.Outcomes of robotic-assisted colorectal surgery compared with laparoscopic and open surgery:A systematic review.J Gastrointest Surg,2014,18:816-830.DOI: 10.1007/s11605-014-2469-5.

4 Coratti A1,Annecchiarico M,Di Marino M,et al.Robot-assisted gastrectomy for gastric cancer: current status and technical considerations.World J Surg,2013,37:2771-2781.DOI: 10.1007/s00268-013-2100-z.

430022 武汉，华中科技大学同济医学院附属协和医院胃肠外科

王国斌，Email:wgb@whuh.com

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10.3969/j.issn.1003-5591.2016.01.001

2016-01-08)