机器人微创技术在结直肠肿瘤手术中的应用

王福奇,杨帅玺,袁维堂

郑州大学第一附属医院结直肠肛门外科 郑州 450052

2000年6月，达芬奇机器人手术系统被美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration, FDA)批准用于外科手术，目前已在心胸外科、普通外科、泌尿外科、妇科等多个领域广泛应用。机器人手术系统这一里程碑式的技术使外科手术发展到可远程操控的模式。 中国大陆2008年7月开展了首例机器人手术，之后这一微创技术得到迅速发展，中国大陆已是全球手术数量和质量提升速度最快的地区之一。机器人手术系统具有可在狭小空间内操作的优势，在普外科领域多应用于肝、胆、胰腺、结直肠肿瘤手术。郑州大学第一附属医院2013年引进达芬奇机器人手术系统，我科自2014年10月开展首例机器人手术以来，已完成了500余例手术，其中大部分是结直肠肿瘤手术。本文结合自身的经验和文献，从机器人手术的特点、手术方式的创新、手术安全性和有效性等方面，对机器人微创技术在结直肠肿瘤手术中的应用进行了总结，对结直肠肿瘤领域机器人手术的应用前景进行了展望。

1 机器人手术系统的构成和特点

1.1机器人手术系统的基本组成机器人手术系统从整体结构来说，分为三部分(图1)。第一是操作控制台，其是机器人手术系统的核心组件，主要由计算机系统、操作手柄和输入、输出设备等组成，是外科医生进行远程手术操作的控制平台。第二是多自由度的机械手臂，通常有4个具有7个自由度的机械手臂，包括3个操作机械手臂和1个腹腔镜控制手臂。机械手臂经光纤传输系统接收操作控制台的信号，经计算机智能分析、加工、处理后，转化成稳定精准的手术操作动作。第三是高清三维影像系统，术者可利用操作台左右眼视角图像形成三维立体高清手术视野，不仅可以获得类似开腹的直观视觉，还可以在保证高清的基础上缩放手术视野。

1.2机器人手术系统的操作流程手术开始前，医生通过机器人控制监视器设置手术器械动作的幅度、张开角度，器械闭合后锁定参数及操作机械手臂的活动范围等。系统设置完成以后，医生坐于远离手术台的操作控制台，在实时三维高清图像的协助下操纵手柄，同步控制操作机械手臂进行微创手术[1]。

1.3机器人手术系统的特点相比于传统的开腹手术，机器人微创技术具备腹腔镜手术的诸多优点，如创伤小、康复时间短、并发症少等。与传统腹腔镜微创技术相比，机器人手术系统也具有鲜明的优势。①手术视野优势：相比于腹腔镜的平面视野，机器人手术系统特有的同步三维高清成像可获得开腹手术般直观的视觉感受，便于术中操作和定位；在保证高清的前提下拥有10～15倍的图像放大功能，同时可灵活切换视野角度，提高术者手术精准度，便于精细操作[2]。②操作优势：机器人仿真机械手腕经计算机智能分析，可过滤人手自然颤动。机械手臂可进行7个自由度的转动，较人手操作更加灵活、多变和精准，可在狭小空间内完成复杂操作，帮助外科大夫完成高难度手术。机械手腕配有多种手术器械，可满足多种操作需要[3-4]。③术者手术优势(图1)：机器人微创手术打破了传统的手术模式，外科医生无需无菌操作，可在远离手术台的相对轻松宽敞的环境中坐位完成手术，减少了医生的体力消耗，有利于完成复杂的长耗时手术[5]。④远程优势：机器人操作系统的诞生使手术会诊进入到远程操控时代，通过光缆同步传播手术图像以及操作信号，主刀医师可远程控制机械进行手术。

图1 机器人手术系统的基本组成(左)及操作(右)

2 机器人微创技术在结直肠恶性肿瘤中的应用

随着腹腔镜技术的普及，以传统腹腔镜为代表的微创理念已在结直肠肿瘤手术领域得到广泛认可。机器人微创技术具有更高的稳定性和灵活性，在结直肠癌，尤其是低位直肠癌手术中有着独特的优势。

2.1机器人手术的围术期安全性围术期并发症是影响结直肠癌患者手术效果的重要因素。多项研究[6-8]结果显示，机器人微创技术用于结直肠肿瘤手术是安全可行的，手术的创伤性更小，术中出血量比传统腹腔镜手术更少[9-11]。Mirnezami等[12]认为，虽然结直肠肿瘤机器人手术时间更长，费用更高，但能够减少住院时间、术中失血量和中转开腹率。一项有关结直肠癌手术的大样本研究[13]结果显示，机器人辅助手术的中转开腹率低于腹腔镜。Wilkie等[14]对213例择期结直肠癌手术(机器人手术59例，腹腔镜手术154例)的资料进行了回顾，结果显示，与腹腔镜手术相比，机器人手术的手术时间和住院时间更长，重症监护更频繁，耗材成本更高，但是手术的安全性更高。Cui等[15]的研究结果显示，相对于腹腔镜，机器人微创技术应用于直肠癌保留括约肌手术中失血量更小，转化率更低，住院时间更短，术后并发症更少。Lee等[16]的研究结果显示，在括约肌间切除术中，机器人手术和腹腔镜手术的血液流失率分别为1.31%、5.59%，失血量分别为(137.2±79.2)、(173.6±95.6) mL,机器人手术的血液流失率和失血量低于腹腔镜手术。Xu等[17]关于机器人与腹腔镜右半结肠切除术的荟萃分析结果显示，机器人手术时间较长，但总体并发症发生率较低，肠功能恢复也较快，失血更少。Zarak等[18]、Solaini等[19]的研究证实，与腹腔镜手术相比，接受机器人右半结肠切除术的患者肠道功能恢复得更快。Zhu等[6]对284例接受结直肠癌根治术患者的手术资料进行了回顾，其中机器人手术104例，传统腹腔镜手术180例；机器人手术组术后肠道通气时间更短。Esen等[20]认为，对于肥胖的结直肠肿瘤患者，因骨盆操作空间有限，腹腔镜辅助下直肠癌根治术的操作难度较大；机器人手术系统由于可以在狭小空间和角度中完成精细操作，在肥胖结直肠恶性肿瘤患者全直肠系膜切除术中具有更大的优势。而Bayraktar等[21]对比了肥胖和非肥胖直肠癌患者机器人辅助下直肠癌根治术的资料，结果显示两组手术具有同样的安全性和有效性。张海荣等[22]对腹腔镜和机器人辅助下直肠癌根治术的资料进行了对比，与腹腔镜手术比较,机器人手术的术中出血量更少[(100.3±43.7) mLvs(150.3±68.2) mL],首次排气时间更早[(49.3±12.4) hvs(58.6±12.5) h]，尿管拔除时间更早[(3.0±0.7) dvs(4.8±0.9) d],但手术时间偏长[(217.3±57.8) minvs(187.9±23.1) min]。

2.2机器人手术的有效性结直肠癌具有高度侵袭和快速转移性，肿瘤根治性切除是治疗的关键，因此正确客观地评价机器人微创辅助下结直肠癌的根治性是推广机器人手术的必要前提。Kim等[23]的资料显示，在肿瘤根治切除方面，机器人手术的淋巴结检出率、远端切缘阳性率、局部复发率和患者长期生存率方面与传统腹腔镜、开腹手术相近，在降低环周切缘阳性率方面具有优势。资料[24-26]显示，对于局部晚期行扩大根治术和侧方清扫的病例，机器人手术能够达到良好的效果(图2)，5 a局部复发率为 3.6%。Fransgaard等[13]报道应用机器人辅助下直肠癌根治切除术706例，获得了与腹腔镜手术相同的R0切除率。一项前瞻性多中心研究[27]证实，50例接受机器人辅助下直肠癌根治术的患者均达到了根治性切除标准。Park等[28]的研究结果显示，133例接受机器人微创手术的直肠癌低位前切除术患者，生存率和局部复发率与84例腹腔镜手术者相近。一项大规模的研究[29]结果显示，传统腹腔镜和机器人辅助结直肠癌根治切除术的术后无病生存率差异并无统计学意义。近来Polat等[30]的研究纳入了378例Ⅰ～Ⅲ期结直肠癌患者，其中206例(129例结肠癌和77例直肠癌)行机器人手术，172例(138例结肠癌和34例直肠癌)行传统腹腔镜手术；结果两组患者的术后转移率、生存率、手术时间、住院时间和严重术后并发症发生率差异均无统计学意义。ACS-NSQIP数据库中的资料[31]显示，在基于倾向性评分匹配的分组基础上，机器人、腹腔镜和开放性直肠癌切除术在环切缘阳性或平均淋巴结清扫方面差异无统计学意义。同时，也有多项研究[32-34]结果显示机器人手术能够降低直肠癌切除术环周切缘阳性率。Spinoglio等[35]比较了机器人与腹腔镜右半结肠切除术患者(每组101例)的5 a总生存期和无病生存期,结果差异并无统计学意义。综合来看，机器人手术系统在结直肠恶性肿瘤手术的安全性和效果上与传统开腹手术和腹腔镜手术相当，甚至在减少出血量、加速康复方面更具优势。

图2 侧方淋巴结清扫

2.3机器人微创手术盆腔植物神经的保护作用近年来，结直肠肿瘤的诊疗技术不断革新，患者的生存率和生存时间显著改善，如何最大程度减少手术并发症、改善患者生活质量是后续治疗的关键。结直肠癌根治术中大范围的淋巴结清扫及全直肠系膜的切除可损伤盆腔植物神经，严重影响患者的泌尿生殖功能。机器人微创技术的精细操作，可在保证肿瘤根治切除的前提下，最大程度地保护患者(尤其是低位直肠癌患者)的盆底自主神经和输尿管，大大提高了直肠癌患者的保肛率，有效地保护了盆腔植物神经[9，36]。 盆腔自主神经是由交感神经和副交感神经纤维组成的混合神经丛(图3)。交感神经腹主动脉丛下行至肠系膜下动脉根部形成肠系膜下丛，其部分纤维下行形成上腹下丛，上腹下丛约在骶骨岬水平分为左、右腹下神经，此神经受损易引起射精功能障碍。来自骶2～骶4前支的盆腔内脏神经汇合腹下神经形成下腹下丛，此段神经损伤容易引起阴茎勃起功能障碍[37]。不难发现，直肠癌根治术中在肠系膜下动脉根部、骶骨岬前方、直肠侧韧带处、直肠前间隙及邓氏筋膜与前列腺的分离处最容易损伤盆腔自主神经[37]。

图3 肠系膜下丛(A)和腹下神经(B)

与腹腔镜手术相比，机器人手术系统提供了10～15倍的视野放大，视野更清晰，可精确定位自主神经，在骨盆狭小空间内游离组织时避免损伤神经，从而减少术后并发症的发生，改善患者生活质量。有研究者[3]对直肠癌根治术的患者行前列腺功能以及勃起功能评分，结果显示，机器人组患者排尿功能和性功能恢复速度优于腹腔镜组。Park等[38]的回顾性研究结果显示，机器人辅助直肠癌根治术患者术后3个月和6个月性功能改善较腹腔镜患者更显著。其他类似的研究[39-40]也显示，机器人全直肠系膜切除术患者术后勃起功能障碍的发生率有所降低。Kim等[41]评估了直肠癌根治术患者的术后排尿功能，与传统的腹腔镜手术(n=30)相比，机器人手术(n=39)组术后3个月排尿功能即可恢复，但是1 a后两组排尿功能没有明显差异。有研究者[38-39]发现，机器人直肠癌根治切除术组患者术后3个月时国际前列腺症状评分低于腹腔镜组，但术后6个月和12个月时两组无明显差异，说明机器人手术能够改善患者早期前列腺功能。此外，Li等[42]的研究发现机器人手术可以降低尿潴留发生率。然而，很少有研究评估机器人与腹腔镜直肠癌根治切除术对女性性功能障碍的影响。

3 机器人微创技术在结直肠肿瘤领域应用的拓展及前景

在结直肠外科领域，机器人手术最先应用于直肠癌手术，随着机器人手术系统的改进和技术的成熟，机器人手术逐渐应用于左半结肠、右半结肠和全结肠手术。利用机器人操作灵活性的优势，术者可以顺利完成各种缝合，如荷包缝合、肠吻合等。另外微创技术的应用使得消化管重建可以在腹腔内完成，若切除标本自阴道等自然腔道取出，机器人下缝合阴道切口非常容易，这样可以做到腹部无辅助切口，获得更微创、更美观的效果。近几年来作者拓展了机器人手术，相继开展了机器人直肠脱垂悬吊术、盆腔脏器悬吊术、盆底加固术、骶前肿瘤切除术等(图4)。

A：切除的标本；B:腹部无切口

在结直肠外科领域，随着机器人微创手术系统的日渐完善，机器人手术的推广应用是精准外科未来的发展趋势。机器人手术系统一个最大的优势，就是能在狭小的操作空间中进行灵活的操作，可以更精确地进行组织分离和缝合，有效地降低术中组织损伤，有助于患者的术后快速康复[43]。当然，任何事物都具有两面性。机器人微创手术存在其自身的缺点。首先，机器人手术费用高昂，系统维护费用也很高，这给机器人手术系统的普及带来一定困难。其次，因外科医生没有与人体组织直接接触，主刀医生失去了触觉反馈，不能直观地感受病变组织的质地、大小等特征。此外，尽管目前应用的机器人手术系统(如达芬奇手术机器人)具备一定的操控性和灵活性，但距临床的实际需要还有一定距离，还需要进一步改进和完善。最后，关于机器人手术的大型循证医学证据仍然比较匮乏，机器人手术的远期疗效仍待进一步随访。

展望未来，随着科技进步，机器人手术系统将会更灵活、更精巧、更智能、更易操控，预期在不远的将来，大部分外科手术将在机器人辅助下完成。随着5G信息技术的发展，机器人微创技术远程医疗的应用前景将更加广阔。地震、海啸等灾难救援，战争医疗，偏远地区远程医疗协助等都将成为可能。