心血管外科达芬奇机器人手术浅谈

(青岛大学附属医院心脏外科，山东 青岛 266003)

随着达芬奇机器人的广泛应用，微创手术逐渐成为主流，达芬奇机器人也逐渐渗透入临床各学科当中。并且因其住院时间短、创伤小、恢复快等优势而广受病人好评。达芬奇机器人技术已成为现阶段医院医疗水平及医学发展的代表。本文对达芬奇机器人的诞生、组成、在心外科的应用以及达芬奇的手术过程做一简要综述。

1 达芬奇机器人的诞生

1920年，捷克斯洛伐克的CAPEK首次在他的剧本中提到“机器人(robot)”这个词语。1959年，在被誉为“机器人之父”的美国科学家JOE ENGELBERGER的不懈努力下，世界上第一台机器人从此诞生，并首先应用于工业领域[1]。随后，机器人技术不断发展，逐渐扩展到农业、军事等各个领域，并逐步向医学领域渗透[1]。1989年，在政府和军方的共同支持下，美国Computer Motion公司成立，随后开发出了“伊索”(AESOP)手术系统和“宙斯”(ZEUS)手术系统，并分别于1994年和2001年应用于临床。1995年，Intuitive Surgical公司建立，研发出了“达芬奇”(da Vinci)手术机器人系统，并且于2000年正式获批应用于临床[2]。1998年，首例达芬奇机器人辅助下二尖瓣成形术取得成功。经过4年的发展，达芬奇机器人技术正式应用于各类心脏手术当中[3-5]。使心脏外科进入了微创手术的新时代。

2 达芬奇机器人系统的构成

达芬奇机器人系统由手术机械臂、视频系统、操作系统和手术操作器械4部分构成[6-7]。

2.1 手术机械臂

达芬奇机器人共有4支机械臂。其中主臂持内窥镜，其余3臂通过更换器械完成电凝、电切、缝合、修剪、拉钩等操作。手术时，机械臂位于床旁，助手及器械护士在机械臂旁工作，负责完成打孔、摆放机械臂、牵拉、吸引、打结、更换手术器械等工作。由于助手对机械臂的观察更加直观，能够最早发现问题，因此助手应具有机械臂的优先控制权。

2.2 视频系统

包括高强光源、手术辅助设备、图像处理系统及摄像系统。视频系统可将手术视野扩大10～40倍，并以三维立体图像的形式呈现在主刀医生视野中。高清放大系统有利于主刀医生及助理医生更清晰地辨认组织结构，更好地完成游离、缝合、打结等操作，提高手术的精准度及手术效率[8]。

2.3 操作系统

操作系统是医生完成外科手术的控制中心。操作系统位于手术室一角，主刀医生远离手术台，通过三维高清镜头观察手术视野，通过双手控制手柄、双脚控制脚踏板来完成手术台上各器械的活动与操作。主刀医生的操作与机械臂及器械操作同步进行，从而增加手术医生操作的灵巧性与协调性。操作系统中的活动比例缩放功能，能够有效消除医生手部的颤动和无意识活动，从而增加手术的精准性，避免手术失误及副损伤。

2.4 手术操作器械

手术机械臂中装入操作器械即可进行操作。手术操作器械具有转腕功能，包括7个自由度，能够有效完成关节臂的上下、左右、前后运动及机械手的开合、旋转、关节弯曲等动作。手术操作器械沿垂直轴和水平轴分别可做360°和270°旋转，并且关节的活动度均大于90°，远超人手的活动范围，使手术具有更高的灵活性和精确性。

3 达芬奇手术系统的基本应用

达芬奇手术系统已被广泛应用于临床各学科之中，包括普外科、泌尿外科、妇科、胸外科、心脏外科、小儿外科、耳鼻喉外科、甲状腺外科、口腔科、头颈外科等领域，并几乎涵盖了以上学科的所有的基础手术[9]。在心脏外科，达芬奇手术系统可应用于二尖瓣修补/置换术、房间隔/室间隔缺损修补术、心脏包块切除术、冠状动脉旁路移植术以及心包包块切除术等。2008年，中国人民解放军总医院购入国内第一台达芬奇机器人，正式应用于心外科手术，并取得了心外科手术类型世界排名第一的优异成绩[10]。2010年，该院又成立了国内首个达芬奇机器人心脏手术培训中心，促进了中国心脏外科达芬奇手术的发展。我院于2014年开展达芬奇机器人手术技术，并分别于2016年、2017年心外科达芬奇手术量达到全国第一。

4 达芬奇机器人的手术过程

4.1 病人选取

由于缺少专门的小儿达芬奇器械，选取病人一般要求体质量大于40 kg，并且要排除高龄、肥胖、凝血功能障碍、大血管疾病、主动脉瓣疾病、严重肝功能不全、严重肾功能不全、严重心脑血管并发症、严重肺动脉高压或呼吸功能不全和因二次手术等原因造成的胸腔组织黏连等病人。

4.2 病人体位

病人体位既要方便手术操作，又要避免对病人造成损伤。手术医生及助手站于病人的胸部切口侧，床旁机器人位于对侧。为了更好地暴露手术视野，通常在病人胸部切口侧肩背部垫一个胸垫，使病人冠状位与手术台呈15°～25°夹角[11]；胸部切口侧胸壁与床沿平齐，手臂用中单固定，位置低于腋后线的水平。尽管病人与手术台呈一定角度，主刀医生仍会要求将手术台向对侧倾斜，以更好地暴露手术视野。由于病人胸部被抬高，麻醉医生一般给病人头部垫一垫子，使下颌与胸骨中线平齐，从而避免手术台倾斜过大引起病人头部过度扭动，导致臂丛神经牵拉损伤。

4.3 血管通路

达芬奇手术的血管通路，不仅需要外周静脉置管，也需要用于测压和注射药物的中心静脉置管。通常选择在病人的左桡动脉插动脉测压管。原因如下：①手术体位导致右侧手臂略低于腋后线，使手腕和肘部略弯曲，有时可致回血，导致动脉波形不准，并且体外循环时难以调整该部位。虽然有缺点，右侧桡动脉置管也是可以备用的选择。而且应用血管内阻断时可以通过右侧桡动脉检测无名动脉是否受阻[11-12]。②手术时经股动静脉插管建立体外循环，术中存在一侧插管困难改用对侧的可能，应尽量避免经股动脉置入动脉测压管。

4.4 电除颤

由于达芬奇机器人手术属于微创手术，手术切口小，除颤板无法插入胸腔内，主刀医生和麻醉医生通过体表贴除颤电极贴来完成电除颤和电复律。电极贴通常贴于右侧肩下部和左侧胸侧壁，两电极贴连线通过心脏长轴，使电流更好地通过心脏[13]。因为电流同样经过肌肉，为了防止电烧伤，在电除颤时应将达芬奇机器人器械撤出病人体内。同时进行短暂的通气，使胸腔内压力及二氧化碳气体量减低，从而降低电阻抗，增加电除颤的成功率。如果不能进行体外除颤，也可应用儿科器械插入胸腔内充当电极板进行除颤。

4.5 麻醉与镇痛

尽管达芬奇手术获得了很高的评价[14]，但因为切口创伤的刺激、术中机械臂牵拉、术后引流管刺激等原因，病人术后仍有明显的切口疼痛。有研究表明，达芬奇手术的术后疼痛程度与常规开胸术后并没有太大不同[15]。麻醉医生通常会应用一些静脉药物、局部麻醉药物进行镇痛。虽然胸部硬膜外镇痛可能被视为一种理想的术后镇痛方法，但这种方法并不普及。术前或术后应用肋间或者脊椎旁神经阻滞能够达到很好的镇痛效果[16]。

4.6 单肺通气

达芬奇心脏手术是通过单侧胸壁小切口进行操作，因此，体外循环前后应给予单肺通气。术中使单侧肺塌陷的方法有两种，一种是应用带有支气管阻塞器的单腔气管插管，另一种是应用双腔气管插管。为避免手术后更换气管插管，一些外科医生更倾向于应用支气管阻塞器的单腔气管插管。但应用单腔气管插管更容易使病人在体外循环停机后发生供氧不足[12]。相关研究结果表明，体外循环停机以后，单肺的氧合指数(PaO2/FiO2)可能会比手术前减少超过50%[12]。体外循环后的单肺通气过程当中，通常会出现供氧不足的情况，可能是因为塌陷肺的血流量增加，导致了通气肺的通气/灌注比例严重失调所致[12]。

体外循环过程中，操作侧胸腔持续通入二氧化碳气体，以减少胸腔中的空气含量。这样，在体外循环停机后，可以避免空气进入左心系统[14]。然而，二氧化碳吹入量增加也会使胸腔内压力增高进而导致静脉回心血流受阻[11]。为避免上述情况，应尽量控制二氧化碳流量在2～3 L/min，或者控制胸腔气压低于1.33 kPa[11]。为有效避免胸腔内压力过高，有些外科医生提出在胸腔内置入一个18 G的静脉导管作为二氧化碳进出的通道[11]。不管采用哪种方法，都应尽量保证手术期间血流动力学的稳定，避免静脉回心血流受阻。

4.7 冠状动脉旁路移植术手术过程

4.7.1手术切口 达芬奇机器人辅助冠状动脉旁路移植术通常取左侧第四肋间锁骨中线外侧2 cm置入镜头套筒针，二氧化碳通过镜头臂套筒吹入胸腔内，第二、第六肋间锁骨中线外侧1 cm置入套筒针作为机械人左、右臂器械进入的通道。

4.7.2手术方式 达芬奇辅助冠状动脉旁路移植术最常见的治疗方案有4种：非体外循环下全机器人冠状动脉旁路移植术、体外循环下全机器人冠状动脉旁路移植术、达芬奇机器人辅助下乳内动脉游离+胸壁小切口冠状动脉旁路移植术以及杂交手术[17]。①非体外循环下全机器人冠状动脉旁路移植术：乳内动脉游离完成后，在左侧肋下或剑突下打孔[18]，通过此孔置入心肌固定器。固定器中包含打水装置，能够在缝合时更好地暴露靶血管。由于操作复杂，此类手术目前多用于单支病变的冠状动脉旁路移植术。②体外循环下全机器人冠状动脉旁路移植术：体外循环建立过程与二尖瓣体外循环建立过程基本一致。体外循环可使双肺压缩、心脏排空以更好地暴露手术视野，心脏停跳时血管吻合也更加简便，降低了手术难度。③达芬奇机器人辅助下乳内动脉游离+胸壁小切口冠状动脉旁路移植术。是目前较为流行的手术方式。乳内动脉游离备用后，撤除机器人手术系统并终止二氧化碳气胸。而后通过内镜确定血管吻合的位置，并使用腰椎穿刺针穿过胸壁以标记小切口的位置[19]。使用软组织牵开器暴露手术视野并用心肌固定器稳定血管，用标准的非停跳旁路移植术完成血管吻合。④杂交手术：适用于多支病变的冠心病病人。冠状动脉旁路移植术与经皮冠状动脉介入治疗在杂交手术室中同期进行，通常先进行机器人辅助下乳内动脉-前降支冠状动脉旁路移植术，而后行经皮冠状动脉介入术。其优点主要是住院时间短，术中可评估桥血管通畅度以及在经皮冠状动脉介入失败时行补救性搭桥手术治疗[20]。其缺点主要有手术时间较长、花费较高、肾损伤、出血及急性支架内血栓形成等[21-22]。对于非前降支病变引起的急性冠状动脉综合征病人，美国心脏学会推荐先行冠状动脉旁路移植术，这也是应用最多的杂交手术方式[22]。这样可以在血管造影下评估桥血管的通畅性，并且在介入手术过程中，前壁心肌也得到了充分保护。

4.7.3打结方法 虽然达芬奇机器人灵活度很高，但应用达芬奇器械进行体内打结依然非常耗费时间。因此出现了2种新的打结方法。①主刀医生通过机器人完成缝合操作后，由助手应用特制打结器于体外进行打结。这种方法既准确又迅速，并且对线的损伤比机器人打结小[23]。②主刀医生可以应用镍钛合金线夹代替打结操作[24]。现在国外大部分缝合都应用镍钛合金线夹，并且逐步应用于开胸手术中[23,25]。但在国内，这项技术仍未普及。

4.8 二尖瓣手术过程

4.8.1建立体外循环 达芬奇辅助下二尖瓣手术通常选择通过股动脉、股静脉建立体外循环。术前常规行计算机断层血管造影(CTA)检查，以排除主动脉夹层以及假性动脉瘤等大血管疾病。部分医院应用多普勒超声检查来确定病人是否患有以上疾病[26]。髂动脉及股动脉粥样硬化也属于手术的禁忌证[27]。

体外循环静脉管一般应用20～28F管道，从股静脉经下腔静脉置入右心房。插管前进行食管超声检查确认是否存在心房水平分流。应用食管超声确定静脉管是否插入右心耳或者经卵圆孔进入左心房[28]。静脉管的位置取决于静脉回流情况，同时跟医生的习惯有关。主要有3种方式：①单管回流。单管回流时，通过食管超声确定静脉管的顶端进入到上腔静脉与右心房连接处，或者位于上腔静脉以上几厘米。需要注意的是，当左心房拉钩拉起左心房时，静脉管可能因为牵拉作用而从上腔静脉退回右心房。因此，应尽量将静脉管深入上腔静脉3～5 cm。②加入上腔静脉管回流。为保证静脉回流，有时会经右侧颈内静脉将上腔管置入上腔静脉，上腔管型号一般选用15～18F。基本与开胸手术体外循环方式相同。③加入主肺动脉管回流。从颈内静脉将特殊的上腔静脉引流管置入主肺动脉内，辅助体外循环机引流。一般将其置入肺动脉瓣与肺动脉分叉之间的主肺动脉内。

为了保证血液回流，一般在静脉管中接入负压装置。尽管用到的静脉管管径较细，但-5.33 kPa的负压足够维持术中静脉回流与动脉供血之间的平衡[29]。体外循环的动脉管是通过股动脉插入的，通常应用导丝或游离出股动脉后置入18～24F动脉管。主动脉管顶端到达腹主动脉或髂动脉近心端。应该确认动脉管进入腹主动脉，而不是进入对侧髂动脉。

4.8.2心脏停跳 心脏停跳的方式有多种，包括顺行灌注、逆行灌注和混合灌注等。顺行灌注又分为2种。第一种是血管外阻断。将灌注管经过胸壁插入近心端升主动脉，这种方法跟传统开胸手术的方法基本一致。第二种是血管内阻断。应用一个长100 cm，管径10.5F的管道，通过股动脉插管进入主动脉根部。这种管道末端有一个气囊，气囊进入升主动脉后充气使其膨胀，阻断血流，相当于血管内的阻断钳。管道的末端存在顺行灌注的管道，可以使停跳液进入冠状动脉。气囊的定位是非常重要的，如果气囊阻塞冠状动脉或者无名动脉，就会出现严重的并发症，如脑灌注不足等[11-12]。因此，有必要通过食管超声检查进行气囊的正确定位。也有主刀医生主张从双侧桡动脉置管，以防止气囊阻塞无名动脉[11-12]。这2种顺行灌注的方法都要求主动脉瓣结构及功能基本正常。主动脉瓣轻度以上反流被认为是顺行灌注的相对禁忌证。逆行灌注可以通过经皮置入冠状静脉窦导管来实现，通常选用右侧颈内静脉作为穿刺点，并通过食管超声和压力检测来定位。在进行逆行灌注时，要保持冠状静脉窦的压力维持在4.0～5.33 kPa，当压力大于6.67 kPa时，则需要改变逆灌管的位置或者降低输出流量。

4.8.3手术切口 达芬奇机器人辅助二尖瓣手术通常是经右侧腋前线第四肋间切一6 cm小口作为镜头进入口及操作口，二氧化碳通过镜头臂套筒吹入胸腔内，右侧腋前线第二、第六肋间置入套筒针作为机器人左、右臂器械进入的通道，胸骨旁第五肋间置入套筒针作为拉钩器械进入的通道。二尖瓣的解剖结构决定了经右侧胸壁操作更具合理性[14]。

4.8.4手术方式 最常见的二尖瓣病变手术治疗方式有2种：二尖瓣置换术和二尖瓣成形术。二尖瓣置换术主要分为3类[30]。①传统的二尖瓣置换术。切除病变二尖瓣瓣膜及其瓣下腱索，置入二尖瓣生物瓣或机械瓣。②保留二尖瓣全部瓣叶的二尖瓣置换术。二尖瓣原始腱索、乳头肌、瓣环不做处理，将二尖瓣前叶做简单处理，进行二尖瓣置换。这种方法保存了二尖瓣生理结构的完整性，维持了心脏结构的连续性，减少了左室破裂的发病率，有利于心脏功能的快速恢复。但这种方法也存在局限性，即当二尖瓣狭窄时，狭窄的二尖瓣不仅限制血流通过，还限制置换二尖瓣的瓣叶活动度，因此合并二尖瓣狭窄的病人不适合此种手术方法。③保留二尖瓣后瓣叶的二尖瓣置换术。切除二尖瓣前瓣及腱索，保留后瓣叶，进行二尖瓣置换。这种方法不仅能够在一定程度上维持心脏的原有结构，而且能够保证心脏的收缩功能[31]。但此种方法同样存在缺陷，不仅对主刀医生的技术水平有很高的要求，而且可能出现瓣膜功能障碍、左室流出道梗阻等风险。

二尖瓣成形术主要分为3类[32]。①腱索成形术。主要应用人工腱索和腱索转移的方法，适用于腱索延长、断裂及乳头肌断裂等原因引起的二尖瓣关闭不全。该种方法对瓣叶的处理最小，最大程度地保留了瓣叶的原始结构与功能。但也存在手术难度大、适应范围狭窄等缺点[33]。②瓣叶成形术。主要包括三角形切除成形、楔形切除成形、瓣叶穿孔修补、双孔化成形等手术方法。手术方法的选择不仅要根据病人瓣膜的病理生理改变，还取决于主刀医生的习惯与技术水平。③瓣环成形术。可单独应用于二尖瓣瓣环扩大的病人，亦可与以上二尖瓣成形术结合使用。由于达芬奇机器人能够提供放大10倍的手术视野，使手术灵活度和准确性进一步提高，从而降低了二尖瓣成形的手术难度，进而促进了二尖瓣成形手术的发展。

5 展望

达芬奇机器人技术是一次新的技术革新，使人们正式迈入心脏外科手术的微创时代。达芬奇机器人手术因其创伤小、住院时间短、能够提供更好的生活质量等优点而广受医生和病人的青睐。同时，达芬奇机器人技术也带动了其他技术的革新，如镍钛合金线夹、血管内阻断等技术相继诞生，并逐步向普通手术中推广。但不得不承认，达芬奇机器人技术也存在其不足：达芬奇器械过于笨重、所需耗材及花费的增多、手术时间延长、缺乏触觉反馈等。随着科学技术的发展与手术团队的不断磨合与努力，相信这些问题在不久的将来都将得以解决，我们也将迎来达芬奇手术的新时代。

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