手术机器人在肝胆胰外科的应用现状与展望*

廖敏学　综述　彭 勇　审校

(1. 川北医学院，四川 南充 637000； 2.川北医学院第二临床医学院·南充市中心医院肝胆胰外科, 四川 南充 637000)

手术机器人的发展与人类信息与精密机械制造技术的发展息息相关。20世纪80年代中后期, NASA 的Scott Fisher博士和斯坦福大学整形外科的Joseph Rosen医生最早提出了手术机器人这一概念[1]。1985年, 工业机器人技术在外科领域的应用被首次报道——一台机械臂被用于脑活检[2]。1992年, Robodoc(综合手术系统)被用于髋关节置换手术[1, 2]。1997年, Intuitive Surgical, Inc的达芬奇(The da Vinci )机器人手术系统在比利时完成一台胆囊切除术[3], 这也是目前应用最为广泛的手术机器人系统。目前除达芬奇手术机器人系统外, 还有韩国多所大学各自开发的手术机器人系统、德国 WISA RoMed 手术机器人、以色列SpineAssist手术机器人系统以及中国自主开发的手术机器人系统等投入使用[4]。以上均为技术成熟的主从(Master-Slave)式手术机器人系统, 其特征为全程需要外科医生的干预。目前手术机器人已被用于泌尿外科、胃肠外科、胸外科、妇科、神经外科和骨科等[5-9]。眼科也已有运用手术机器人的报道。但在机器人手术领域, 以胸腔及腹腔机器人手术运用最为广泛、成熟。与胸腹腔镜不稳定的2D视觉和有限而不灵活的器械运动相比, 手术机器人具备一些独特的结构, 能更好地为手术服务。以应用最为广泛的达芬奇(The da Vinci )机器人手术系统为例：这一系统具有4条病人侧手术机械臂, 每条机械臂上的机械腕具有7自由度；除医生操纵台及成像系统位于手术区域外，还配有立体3D摄像头, 具有能放大10～15倍的3D视野, 能让外科医师实现更精准的操作[10]。此外, 一些新技术, 如机器人术中超声、微多普勒血管扫描、水离、最小热扩散CO2激光微消融、吲哚青绿(ICG)术中荧光成像及共聚焦显微镜技术等的引入, 能让病灶得到更精准的切除[11-13]。以上有利条件在理论上符合精准外科(precision surgery)的理念, 有利于患者的治疗与恢复。此外, 机器人手术也大大降低了外科医生的疲劳程度, 并大幅度减少职业暴露的可能性。

已有较多证据证实了机器人手术的安全性和有效性, 甚至在复杂的肿瘤切除外科手术中也是如此[11-13]。有学者认为，使用实时灌注评估的机器人辅助食管切除术是传统开放食管切除术安全有效的替代方案, 其能在R0切除的基础上收获足够供活检使用的淋巴结, 并能缩短住院时间[5]。另外一项研究表明，接受机器人手术的子宫内膜癌患者(包括老年和肥胖患者)术后均能显著减少对阿片类镇痛剂和非阿片类镇痛剂的需求量[15]。在已大量开展的机器人辅助前列腺癌根治术方面, 已有循证医学证据证实其除手术时间外的围手术期指标及生化复发率优于经耻骨后路前列腺癌根治术[7]。但在绝大多数领域, 目前关于机器人手术高质量的研究, 特别是多中心大样本的随机对照试验(RCT)较少, 需要更多高质量的证据阐明机器人手术的利弊。下面就手术机器人在肝胆胰外科的应用, 特别是2015～2017年5月的新进展做一综述。

1　手术机器人在肝脏外科的运用

在肝脏外科方面，机器人手术尚处于探索阶段。据2012年的全球癌症统计, 肝癌是欠发达国家男性第二大癌症死亡原因, 仅中国就占病例和死亡人数的50%左右[16]。1992年首次实施的腹腔镜部分肝切除术[17]被视为肝脏疾病治疗方面的一个巨大进步。2008年路易斯维尔声明[18]认为腹腔镜已可作为肝左外叶切除的标准治疗。然而腹腔镜存在一些自身难以克服的缺点, 相比之下。 腹腔镜手术的两个主要限制(视觉和人体工程学限制)理论上已经被机器人系统完全克服[10]。另有报道显示，利用精准肝切除(precision liver resection)的理念及技术进行肝切除, 可取得良好的效果[19]。机器人肝切除术理论上符合这一概念。2003年, Giulianotti等[19]首次报道机器人肝切除术。经过近14年的发展, 手术机器人在肝脏外科的运用范围已由最初的肝脏左外叶切除术扩展至扩大右半肝切除加胆道重建、解剖性肝切除、结直肠癌肝转移切除、活体肝移植供肝切取乃至经腹膜后法同时进行机器人肝切除术和部分肾切除术等[21-25]。截至2015年, 仍严重缺乏高质量的证据证实机器人肝切除术在实际运用上的优点[26]。但在此之后, 一些质量较高的研究成果陆续被发表, 初步证实机器人辅助肝切除术确有其独到之处。

Chen等[27]进行了一项配对比较。机器人手术组和开放手术组各81例新诊断的HCC病例, 在倾向得分匹配(PSM)下以1：1的比例进行比较。机器人肝切除术中转率仅1.6 %, 并发症发生率为4.4%。在PSM方面, 两组的大量肝切除(major resections)率和肝硬化率相当。与开放组相比, 机器人组需要较长的手术时间, 住院时间较短, 术后患者控制镇痛剂量较低。机器人组3年无病生存率和3年总生存率均与开放组相当。机器人肝切除术可应用于肝硬化肝病患者的大量切除, 术后疼痛少, 住院时间短, 不影响肿瘤结局。Daskalaki等[28]收集了 68例机器人和55例开放性肝切除术的围手术期和术后数据显示：机器人组的平均估计失血量(438 vs 727.8 ml;P=0.038)、并发症发生率(22% vs 40%;P=0.047)、Clavien III / IV并发症发生率(4.4% vs 16.3%P=0.043)、ICU的长期停留时间(2.1 vs 3.3d;P=0.004)降低。此项研究也显示，机器人住院时间短于开放手术(6 vs 9.2 d,P=0.011)。Lai等[29]则比较了机器人(n=100)与腹腔镜(n=35)部分肝切除术的围手术期指标和长期肿瘤结局。相对腹腔镜组, 机器人组有明显更高的肝大量切除(27% vs 2.9%)及肿瘤位于上后段(29% vs 0%)率；机器人组的平均手术时间更长, 失血量、并发症和死亡率、R0切除率、5年总生存期和无病生存期两者之间差异无统计学意义。自1992年Azagra等[29]报道了第一例肝解剖切除术后, 经过20余年的发展, 目前肝解剖切除术已表现出了比较明显的优点。一项Meta分析表明, 因NAR肝功能储备差, 解剖性肝切除术后患者生存率和无病生存率(DFS)似乎优于非解剖性切除术(NAR)[31]。目前已有学者成功运用机器人进行了解剖性肝切除术[31], 但机器人手术用于这一方面的报道仍然较少, 更缺乏与开放或腹腔镜解剖性肝切除术的对比研究, 极其需要高质量的证据对这方面进行探索。近2年出现了较多关于机器人肝切除术的研究[11, 24, 32-34], 得出的结论与上述相似：机器人肝切除是安全可行的, 可用于大量肝切除及解剖性肝切除, 在肿瘤位置难于切除时有一定优势；虽手术时长于开放及腹腔镜手术, 但住院时间短, 术后恢复快；恶性病变的中期、长期结局与腹腔镜及开放手术类似。有学者认为，后段的病变切除和靠近主要血管的切除似乎是机器人肝切除术最好的指征[33]。2016年9月修订的中国肝细胞癌外科治疗方法的选择专家共识[35]则认为，机器人手术应选择病变位于2、3、4b、5、6段；病变一般≤10 cm, 不影响第一和第二肝门的解剖患者。有丰富经验的医师可逐步开展半肝切除、肝三叶切除和1、7、8段肝切除。但目前有研究结果不支持机器人手术用于肝门部胆管癌(HCa)[36]。

手术机器人卫生经济学方面的研究也是一个热门话题。在肝脏外科方面, 大多数研究认为，机器人手术成本高于开放及(或)腹腔镜手术。但也有研究结论与之相反。如Salloum等[37]研究认为机器人肝左外叶切除术(R-LLS)虽围手术期成本较腹腔镜肝左外叶切除术(L-LLS)高, 但术后总费用R-LLS组平均为4065欧元, 而L-LLS组平均5459欧元。Qiu等[38]进行研究则发现腹腔镜手术成本大于机器人手术(P=0.001), 而Daskalaki等[39]在一项有CFA参与, 独立公司进行财务分析的单中心成本研究中发现, 平均总费用(包括再入院费)机器人手术为37 518美元, 开放手术为41 348美元。这与通常的印象相反。机器人肝切除术的并发症发生率、ICU入住时间和住院时间均少于开放性切除术, 可能是机器人手术平均成本降低的原因。

2　机器人手术在胰腺外科的运用

2003年, Giulianotti等[20]首次报道13例机器人胰腺手术。由于手术技术、解剖部位、吻合重建的复杂性, 导致胰腺的腹腔镜手术过程繁琐、手术时间长、中转开腹率和术后并发症发生率相对较高。理论上机器人手术能克服腹腔镜的一些缺陷, 让胰腺手术更容易在微创环境下完成。目前机器人手术已被用于中段、全胰、涉及血管的扩大切除及保留十二指肠胰头切除术[40-42]。2010年Giulianotti等[21]发表了一项包含134例机器人辅助胰腺手术的回顾性研究, 之后又有多项RAPD对比开放胰十二指肠切除术(OPD)的研究[43-46]。这些研究证明RAPD是安全的, 失血量较少, 术后恢复较快, 术后并发症和死亡率比开放手术有所减少或相当, 收获淋巴结数量较多或相当, 住院时间更短。2015年后, 新的研究结果开始发表, 尽管样本量较之前研究有所增多, 但与之前研究结论并无显著差异, 其中包括Chen等[47]发表一项包含180例患者的前瞻性研究及Boggi[49]的研究对远端胰腺切除术, 特别是良性和边缘性肿瘤的患者而言, 脾脏保存(SP)有较大意义。Chen等[50]在一项队列研究中证实，机器人辅助远端胰腺切除术(RADP)的SP率显著大于腹腔镜方法(LDP);手术时间、失血量、住院时间短于LDP。这与2015年前的研究结论相似[51]。Zhou等[52]进行一项对RADP和LDP短期结局的Meta分析表明，在纳入的7项非随机研究中, 与LDP相比, RADP脾脏保存率较高, 手术时间延长, 估计失血量降低, 住院时间缩短。两组间输血、开胸手术、R0切除率、收取淋巴结总数、并发症及严重并发症发生率、胰瘘及严重胰瘘发生率、入住ICU时长、总成本、30d死亡率无明显差异。Goh等[52]的研究结果也表明，相比LDP, RADP的脾血管保留率增加, 中转率降低。但也有研究认为，RADP相对LDP并未表现出真正的优越性[54]。目前已有手术机器人用于胰腺T4期肿瘤的报道。Ocuin等[54]将手术机器人用于远端胰腺+腹腔干切除术。与开放手术相比, 机器人手术时间减少(316 vs 476 min), 估计失血量(393 vs 1736 ml)和输血率(0% 对54%)明显减少, 无中转。R0切除率为82% vs 79%。中位总生存期对比无统计学意义(P>0.05)。也有学者对良性或交界性胰腺肿瘤的机器人和开放摘除术进行对比, 机器人手术创伤小, 手术时间更短, 失血量更少, 伤口愈合更快。表现出一定优势[56-57]。

大多数研究中机器人手术时间较长, 但也有研究[56-57]表明, 在胰腺手术不同术式中机器人手术时长可短于开放或腹腔镜手术, 这可能与术者操作熟练程度有关。如前所述, 在几乎所有研究中, 机器人胰腺手术的估计失血量均小于开放或腹腔镜手术；大多数研究显示，机器人胰腺手术较后二者住院时间短, 恢复快；在围手术期指标和术后短期指标方面优于后二者或与其相当。有学者认为，对于需要进行广泛重建的复杂手术(如胰腺切除术)比较适于运用手术机器人[58]。虽然目前RAPD和RADP的RCT实验设计尚存在困难, 但已有前瞻性队列研究, 可在此基础上对长期和肿瘤学结局加以关注。在RADP成本方面, 一项有同时获得MBA学位(MD, PhD, MBA)的医生参与的前瞻性的主要进行成本研究的结论[58]与其他2项临床研究[54, 59]结论相反, 或许在成本评估方面需要更多财务专业人员或有财务背景的人员参与研究全过程。有学者认为应就总体成本效益, 而不单就手术而言计算手术机器人的卫生经济学价值[40]。

3　机器人手术在胆囊及胆道的运用

近2年手术机器人在胆囊切除术中的运用聚焦于单孔机器人胆囊切除术(SIRC)方面。究其原因, 正如一项RCT(NCT01932216)[60]的结论， “SIRC为女性患者提供了无与伦比的安全感, 提高了美容和体形满意度。”因此, 同已有报道的经脐入路[61]和经阴道入路[62]腹腔镜胆囊切除术一样, SIRC的美容效果比较显著。但作为新生事物, 有必要对其安全性进行评价。有学者报道了27例接受SIRC的患者, 由于器械等技术因素, 中转和不良事件均不理想, 发生7例胆囊破裂及5例切口疝[63]。一项包含150例患者的社区环境或非选择性手术中的安全性研究表明, SIRC实行选择性和紧急胆囊切除术均是安全有效的[63]。另一项包含465例病人的多中心研究也证实SIRC的安全性, 且无中转[65]。一项回顾性研究对63例单切口腹腔镜胆囊切除术与51例SIRC的短期指标进行比较，SIRC组无中转数而SILC中转2例；SIRC组手术时间、术后胆汁溢出及胆漏均少于SILC组, 但无统计学意义(P>0.05);SIRC组术后疼痛量表评分显著降低[66]。

但SIRC与经典4口腹腔镜胆囊切除术(CLC)相比, 结局指标还需进一步分析。一项包含30例患者的, 评估CLC与SIRC患者短期结局的双盲RCT认为SIRC虽有美容优势, 但不能显著降低切口疼痛。两组均无中转，两例SIRC患者发生伤口感染, 其中一例发生切口疝[66]。一项针对SIRC与CLC的大样本研究显示，两者总手术时间、中转开放手术和平均随访时间长度无统计学差异(P>0.05)；机器人组患者的平均住院时间较短, 但伤口感染率和切口疝发生较高[68]。但也有研究认为，SIRC虽消耗较多医疗资源, 但术后并发症明显低于CLC。目前仍有新的RCT试验正在进行中。理论上, 机器人精度高, 有利于细微结构解剖, 在需要精细操作的胆道手术中具有一定优势。目前已有手术机器人应用于良恶性胆道病变的探索。有学者报道，在I型先天性胆管扩张的治疗中应用手术机器人[70]。也有关于利用手术机器人施行胆总管十二指肠吻合术、晚期恶性胆道梗阻的姑息性肝空肠吻合术和医源性胆总管损伤后Roux-en-Y肝空肠吻合术的报道[71-73]。但机器人手术在胆道外科报道病例数都比较少, 证据强度不高, 需要进一步探索。

4　机器人手术的未来

首先, 通过术中即时影像学、细胞及分子生物学检查, 机器人手术可实现对病变部分更精确地识别和切除, 这对治疗一些恶性肿瘤尤其重要。其次, 通过手术机器人和互联网、卫星通信等远程通信技术的结合, 外科医师可在千里之外对患者施行手术, 这能让偏远地区的患者获得高水平的医疗(就技术水平而言, 早在2001年就已完成跨大西洋的手术[74])。在战争, 大规模的自然灾害等场合, 理论上只要能在当地部署足够的手术机器人, 就能集合全国乃至全世界的外科力量进行大规模的救助。其实, 当年Internet之父——DARPA决定投资手术机器人并为其提供技术支持的目的, 就是实现更有效的战地医疗。只是由于美国将预设战场转移到城市等原因, 这一已在动物模型上试验成功的系统才未投入部署[1-2]。

另外, 有研究发现利用力-触觉反馈系统后, 可能更利于以合适力量捏取人体组织或其他物体, 避免影响手术进程[75]。虽然力触觉反馈在医学上的应用尚存在很多困难, 离投入临床尚有一段距离[76]；但最近上海交通大学的学者已在试验中成功实现了手术机器人的力触觉反馈[77]。有证据证明VR技术能显著提高手术训练的效能[78]。未来结合力触觉反馈、VR技术、高分辨率影像技术及计算机建模, 可能实现复杂手术的模拟“预手术”, 降低手术风险。

目前手术机器人仍然需要人类全程操控。也许终有一天, 随着人工智能及大数据、云计算等技术的进步, 手术机器人可收集并交换全球手术数据供分析处理, 自动纠正外科医师的误操作, 甚至实现全程无人操作。

5　小结与展望

肝胆胰外科手术中的手术机器人技术以精确和微创为特点, 在传统腹腔镜手术的基础上进一步发展, 扩大了腹腔镜手术的优势, 扩展了以腹腔镜为代表的微创技术在某些领域的适用范围, 克服了传统腹腔镜的一些不足, 代表了外科的发展方向。目前手术机器人的应用范围逐渐增宽, 其相较传统开放手术及腹腔镜手术的优势也随着操作人员技术的不断熟练和专为机器人手术设计器械的不断完善而凸显。目前机器人手术尚存在一些缺陷。如手术机器人的造价较高, 限制了机器人手术在欠发达国家的普及。手术机器人的专用器械虽较前有所发展, 但尚不完善, 某些手术急需一些符合机器人手术特点的器械。手术机器人力-触觉反馈系统的缺乏, 让手术机器人精确的特点不能完全发挥, 在不太熟练的操作者手中甚至会造成一些不良后果。手术机器人操作人员的培训目前只能在少数中心进行, 限制了其进一步推广。另外, 由于机器人手术较开放手术尚属于新生事物, 其暂时较高的造价使其普及尚不及腹腔镜, 造成目前机器人手术高质量的前瞻性研究以及大样本量的研究较少。但是以上缺憾正随着时间的推移不断改善。有足够理由相信, 机器人手术会有更广阔的前景。