腹腔镜胃癌手术的技术新进展与启示

林周盛，陈新华 (南方医科大学：第二临床医学院,南方医院普通外科,广东 广州5055)

0 引言

从开放手术到腹腔镜手术,消化道外科手术实现了质的飞越。从腹腔镜胆囊切除术,到腹腔镜肠癌手术,再到腹腔镜胃癌手术；从腹腔镜早期胃癌手术,再到腹腔镜进展期胃癌手术——腹腔镜手术的适应证不断扩大,并且逐渐通过研究证实了其安全性和有效性。大量循证医学证据已经表明腹腔镜胃癌手术和开放手术相比,具有手术切口小、术中失血量少、术后疼痛和炎症反应轻、胃肠功能恢复快、术后住院时间短、美容效果好等优势,而且肿瘤学疗效与开放手术相当［1－4］。

腹腔镜外科之后衍生的第三代外科技术——机器人手术外科,并没有在腹腔镜手术基础上实现革命性改变。达芬奇机器人手术系统于2000年获得FDA批准用于临床,在2002年首次应用于胃癌治疗［5］。达芬奇机器人手术系统具有清晰的三维视野、更加灵活的人工关节设计、自动滤除颤抖功能等,在进行复杂手术时,较腹腔镜手术具有很大优势。然而机器人手术目前存在操作臂体积大、移动差、触觉反馈效果差、术前连接准备时间长等缺陷,其手术高费用问题也一直难以解决,限制了其临床应用,使其发展极其缓慢,如何平衡其优势和缺点,以获得更好的经济学效益,值得关注。由于目前机器人外科技术并无在腹腔镜技术基础上实现新的质的突破,腹腔镜胃切除手术新研究方向和进展主要聚焦于腹腔镜手术上的医疗人力资源节约、技术精准化和自动化。

单孔和减孔腹腔镜胃切除手术目前已经日趋成熟,正在被积极进行相关高级别循证医学验证,并同步完善相关硬件配套设施；在腹腔镜手术微创基础上,精准化和个体化的探索也正在有条不紊的进行,如基于影像学术中实时导航技术、纳米碳注射和吲哚氰绿(indocyanine green,ICG)的淋巴结示踪技术、前哨淋巴结导航手术(sentinel node navigation surgery,SNNS)等组织器官层面上的导航,以及光学相干断层扫描(optical coherence tomography,OCT)和多光子成像(multi-photon imaging,MPI)技术等组织和细胞形态学层面上的导航,为精准化和个体化微创外科勾勒了美好的蓝图；腹腔镜手术的人工智能自动化更是为腹腔镜外科提供了无限可能,目前处于初步设想时期。回顾腹腔镜胃癌手术的发展之路,可以展望,随着人工智能的发展,这些技术在腹腔镜胃癌手术上的应用一定会实现。

1 单孔和减孔腹腔镜手术技术

随着腹腔镜技术的成熟、微创理念的深入、相关器械的改进以及医生手术技艺的提高,医生和患者也进一步追求更加微创化的腹腔镜手术,微创腹腔镜手术已逐渐从最初的多孔(3至5孔)发展至单孔或减孔腹腔镜手术。单孔腹腔镜手术(single-incision laparoscopic surgery,SILS)是在腹壁的单切口置入单孔操作平台,通过多个套管分别置入腹腔镜及操作器械完成手术［6］。由于脐部存在自然褶皱,术后切口美观、瘢痕小、创伤轻,目前SILS多选择脐周做切口,即经脐单孔腹腔镜技术(transumbilical singleincision laparoscopic surgery,TUSILS)［6］。

1992年,Pelosi等［7］首次开展了全世界第一例单孔腹腔镜子宫切除术。随后单孔腹腔镜技术陆续在胆囊切除、阑尾切除、肾上腺切除等方面进行尝试与应用［8－10］。 2008年,单孔腹腔镜技术在结直肠手术方面的应用也首次得到报道［11］,此后便在结直肠手术的治疗方面得到了迅速的发展,到目前已有多项前瞻性随机对照试验(randomized controlled trial,RCT)的结果证明了单孔腹腔镜行结直肠癌手术与传统腹腔镜手术相比,在安全性与有效性等方面没有明显差异［12－15］。而SILS在胃癌方面的应用较晚,直到2011年Omori等［16］才首次报道了单孔腹腔镜手术在早期胃癌方面的应用,他们成功对7例早期胃癌患者行单孔腹腔镜远端胃切除术,术中无一病例需要中转为传统多孔腹腔镜手术或开腹手术,也无围手术期严重并发症或死亡病例出现。

此后,一些单中心小样本量的研究逐渐对单孔腹腔镜手术在早期胃癌各种术式与不同淋巴结清扫方式中 进行 尝 试 应用［17－20］。 2014 年,Ahn 等［21］对50例行单孔腹腔镜远端胃切除术和50例行传统多孔腹腔镜手术患者进行对比研究的结果显示,单孔腹腔镜手术与传统多孔腹腔镜手术相比,两者手术时间(144.5vs140.3 min,P＝0.561)和淋巴结清扫数(51.7±16.3vs52.4±17.9,P＝0.836)无明显差异,而单孔腹腔镜手术术中出血量(50.5±31.5 mLvs87.5±79.6 mL,P＝0.007),手术当天疼痛评分(6.1±1.4vs6.9±1.5,P＝0.015),术后 1天疼痛评分(4.6±1.0vs5.5±1.4,P＜0.001),肠外镇痛药使用(0.8±1.0vs1.4±1.0,P＝0.020)和术后5天C反应蛋白水平(4.57±6.26 mg/Lvs8.51±5.25 mg/L,P＝0.008)均明显较低。2016年,Omori等［22］的研究也得出了类似的结果,提示SILS对早期胃癌具有较高的安全性与有效性,但目前还缺乏大样本高质量前瞻性临床试验对单孔腹腔镜胃癌手术有效性与安全性的研究。

虽然目前SILS在早期胃癌的应用有了初步的发展,但单孔腹腔镜手术本身仍存在许多不足之处,需要进一步研究并加以改进。SILS的手术器械都需要通过唯一的单切口进入腹腔,器械之间容易发生相互碰撞,扶镜手也需要更加集中精力以提供较佳的手术视野,避免影响主刀操作［23］。另外,由于SILS缺少了传统多孔腹腔镜手术操作时的“三角关系”,对于腹腔器官组织的牵拉显露较为困难,导致手术难度增加［23］,加之胃癌手术的解剖层面复杂,处理血管数目多,清扫淋巴结范围广泛,本身难度就较大［24］,因此单孔腹腔镜胃癌手术对医生手术技术的要求极高。较传统腹腔镜手术而言,年轻医生学习掌握SILS的学习曲线也大大延长［6］,这对于单孔腹腔镜胃癌手术的应用与推广来说是一个不小的挑战,在很大程度上阻碍了单孔腹腔镜胃癌手术相关研究的开展,减慢了单孔腹腔镜技术在胃癌应用上的发展。

鉴于目前SILS还存在以上不足之处,有部分学者更提倡推行减孔腹腔镜手术在胃癌手术上的应用,认为其更具有较高的可学习性与易推广性。减孔腹腔镜手术是指在SILS脐部单切口的基础上,增加一处长5 mm或12 mm的操作孔辅助完成手术,即“两孔法”［6］。减孔腹腔镜手术在结直肠手术上已经有了许多研究,证明了其安全性与有效性［25－28］。 早期胃癌治疗上,关于减孔腹腔镜远端胃切除的研究［29－31］和减孔腹腔镜全胃切除的研究［32－33］都逐渐在开展中。在这些研究结果中,尽管对于减孔腹腔镜胃癌手术在手术时间、术中出血量、淋巴结清扫数目方面是否优于传统腹腔镜手术并没有得出一致的结果,但这些研究结果都证实了减孔腹腔镜胃癌手术在安全性与有效性上并不亚于传统腹腔镜胃癌手术［29－34］。

单孔或减孔腹腔镜手术在微创效果上更加极致,使腹腔镜手术对患者的机体和心理创伤进一步降低,人力资源成本节约的改进也是极为关键的。就目前而言,想要推动单孔或减孔腹腔镜手术在胃癌治疗上的应用得以快速发展,除了医生技术水平的提高,相关配套器械的研发也需要进一步推进。

2 微创基础上精准化和个体化手术

近年来,针对腹腔镜手术存在管状视野、缺乏触感和纵深感,而且胃周血管走行复杂,解剖变异较多,易导致术中因淋巴结清扫而引起血管损伤的严重并发症的缺点。出现了基于影像学术中实时导航技术、纳米碳注射和 ICG 的淋巴结示踪技术［35－36］、SNNS等组织器官层面上的导航［37］,以及OCT和MPI技术等组织和细胞形态学层面上的导航,使微创手术更加精准化、个体化,在根治的基础上最大限度减少患者的创伤。

Marescaux等［38］于2004年报道了首例基于增强现实的腹腔镜肾上腺手术导航技术,通过术前对拟手术部位进行CT三维重建,术中在患者实体上设立标定点以光学技术采集实时体位信息,并与三维数据进行图像融合,从而引导术中导航。此后,增强现实的导航手术逐渐应用至肝脏、甲状腺等实质脏器的腹腔镜手术中［39］。但由于腹腔镜胃肠手术具有血管解剖复杂、场景多变以及脏器易形变不固定等特点,光学跟踪技术对其虚实图像匹配性较差,对基于光学跟踪的腹腔镜胃肠手术导航技术目前国内外均鲜有人报道。陈韬等［40］在基于光学跟踪系统的技术上,利用仿真手术模型对腹腔镜胃肠手术术中动态导航进行了探索。他们以腹腔镜胃癌手术中最关键的胰腺器官为对象,先通过计算机辅助技术对胰腺及其周围血管进行虚拟三维模型重建并将其3D模型打印出来作为仿真手术模型,继而通过光学跟踪系统对虚拟手术场景坐标进行标定,并在仿真手术场景上对3D模型、训练器镜头和腔镜器械等进行标定,获得仿真手术场景中标记点的坐标,最后进行虚拟手术场景和仿真手术场景的跟踪匹配,实现了虚拟手术场景手术器械跟随仿真手术场景手术器械实时同步精确移动的效果。虽然目前这种技术还处于通过仿真模型进行探索的过程,但其可能带来胃癌腹腔镜手术精准性与安全性的极大提升,具有巨大的发展潜力,值得进一步研究和探索。

纳米碳注射和ICG技术、SNNS等淋巴结示踪技术在现有腹腔镜微创手术基础上进行微转移检测可以实现选择性保留功能胃切除、个体化缩小淋巴清扫和术后精确病理分期,从而为早期胃癌提供更加合理的个体化治疗策略,但由于胃癌淋巴结转移途径错综复杂,而且存在跳跃转移等情况,目前该类技术主要应用于早期胃癌的试验阶段；实时三维层析光学成像的OCT在消化道肿瘤外科领域具有巨大应用潜力,有望作为早期筛查、淋巴结光学活检、精确手术导航、术中指导切除范围的新技术,但距离实际应用还有漫长的路程需要摸索；MPI能够提供实时的胃肠道组织结构和细胞形态学的信息,可应用于胃肠道肿瘤的光学活检,可原位、实时评估肿瘤浸润深度、转移情况和外科手术切缘有无癌残留,有望使胃肠道肿瘤外科提升到基于细胞组织学的精准层次,但临床应用仍然处于初步探索阶段。

3 人工智能（artificial intelligence， AI）自动化

AI是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学,已成为全球新一轮科技革命和产业变革的着力点。近年来,AI医疗已迅速进入人们视野并在智能影像、智能病理、智能决策等方面得到应用,在外科领域也已逐步成为一项可普及、可推广的技术。当人工智能与其他互补性技术结合时,可生成集成解决方案,如全自动机器人手术,已在神经外科、腹外科、胸外科、骨科、血管外科、整形外科等多个领域得到了广泛的应用［41－48］。

在腹腔镜技术本身自动化方面,最近以色列的Medical Surgery Technologies(MST)医疗器械研发公司已经研发出一套 AutoLapTM腹腔镜定位系统——基于先进的图像分析软件平台驱动,图像引导系统通过虚拟屏幕覆盖界面和无线控制单元与外科医生进行交互。AutoLapTM系统的操作臂将可跟随手术工具的运动,实时无缝地将腹腔镜引导到所需位置,从而使术野保持最佳视角和距离。外科医生通过使用手指或基于工具的无线控制单元接合和分离系统来维持系统操作的完整指令。此外,高级软件还提供额外的功能,为外科医生提供完整和自然的外科手术控制和最佳视野,并最大限度地减少手术过程中的用户交互。该系统提高了手术台的人体工程学、舒适性和协调性。日本也有简易的腹腔镜镜子支架,可在一定程度上起到节约人力资源成本,消除由于助力疲劳、手颤、分心和沟通不畅造成的不精确和突然的运动。国内方面,陈新华等也正在对腹腔镜自动化相关成套基础设备和系统进行积极探究和专利申请,从基础硬件设施装备,如适用于单人操作的腹腔镜手术器械(201821117290.8)、腹腔镜镜托(201721290336.1),到从术前影像坐标定位、图像识别和语音控制等多个维度进行专利申请,形成一套系统,致力于在单孔/减孔胃切除手术基础上实现更加极致的精准智能和节约医疗人力资源的“单人腹腔镜胃切除手术”。

4 启示与展望

回顾胃肠外科技术发展历程,我们可以得到启示,不断追求微创化、精准化和人力资源节约化的趋势不可阻挡。在目前腹腔镜常规手术蓬勃发展的基础上,随着手术技艺的提高和设备的改善,单孔和减孔腹腔镜手术也将逐渐通过高级别循证医学的验证成为常规手术,根治基础上最大限度减少患者创伤的精准化和个体化腹腔镜手术,在多学科技术协助下也将一步步实现。同时,学者们也开始探索和尝试腹腔镜智能自动化,而随着人工智能时代的到来,智能自动化微创外科也将成为必然。