腹腔镜手术技术平台的现状与发展趋势

郑民华，马君俊

（上海交通大学医学院附属瑞金医院外科 上海市微创外科临床医学中心，上海 200025）

微创外科的发展本身即是一场创新与变革。其通过手术视角的改变，将外科手术引入一个全新的视野，并推动外科技术与理念发生革命性改变。时间跨入21世纪这一全新年代。当新兴技术不断涌现，腹腔镜外科也被冠以“传统”之名时，创新必然再次成为关注的主题。回顾腹腔镜手术30余年的发展历程，每一次设备技术的迭代更新都带来手术技术的发展与进步。从单晶片到三晶片摄像系统，从标清到高清的视觉系统，从腹腔镜到机器人手术，给人以“技术进步引领外科手术发展”的感觉，但到底是技术引领抑或术式引领外科手术发展。本文对基于微创手术平台技术的发展历程与创新趋势作一展望与思考。

超高清腹腔镜对微创手术质量提升的意义

20世纪90年代，腹腔镜显示画面的解析度仅为352×288。许多腹腔内的精细结构，如神经、淋巴结等很难在这样的清晰度下辨识。随着电子光学技术的不断发展，腹腔镜摄像系统逐渐发展为小高清、全高清(1080P)水平。21世纪的最初10年，腹腔镜系统的信号转换设备，逐步拥有DVI、HD-SDI、HDMI等全高清(Full HD)数字视频输出端口。其转换出的视频达到的最高分辨率为 1920×1080，即1080P格式，从而将腹腔镜摄像头拍摄的画面信号以全高清的形式展示在手术者面前。世纪之交的这次视觉提升，使腹腔镜下的解剖结构更清晰。配合当时超声刀的出现，腹腔镜手术由原先更多针对良性病灶的切除，向各种恶性肿瘤的根治性切除推进。在这种良好的视觉条件下，配以超声刀等外科能量平台，淋巴结清扫、止血等操作均已不存在技术障碍，从而触发整个微创外科新一轮的理念革新。微创手术从良性疾病的手术，迈入恶性肿瘤根治的时代。在此10年间，腹腔镜技术逐步应用于普外科各个专业的恶性肿瘤手术，且在胃肠手术为代表的多个专业领域臻于成熟。微创理念已深入人心，开启了肿瘤外科领域治疗理念的转变与革新。微创技术的这些进步，在客观上，跟相关设备和平台的发展与创新是分不开的。

近年来，4K显像技术应用于腹腔镜摄像显示系统中，将像素进一步提升至4096×2160水平。这一等级的高分辨率显示，可弥补常规高清腹腔镜在影像描述上的不足，增强对术野细节的描述。此外，4K显像兼具广色域的特性，使画面色彩分辨更细腻，从而将更清晰真实、优于裸眼所见的手术视野呈现于大屏幕，改善了手术医师对视野的识别度和操作感。由于4K腹腔镜视野下对神经、血管、系膜、淋巴与脂肪组织等的辨识度增加，在此基础上的精细解剖游离可对“膜解剖”创造更好的客观视觉条件，从而为减少术中出血、保护重要神经功能、精确判断淋巴结清扫范围与界限等提供基础。因此，4K腹腔镜系统较传统HD腹腔镜系统辨识度更高，操作错误发生率更低[1-3]，可协助手术医师轻易辨认重要解剖结构与周围组织关系。如在直肠手术中，肠系膜下神经丛、上腹下神经丛、腹下神经、盆神经丛和神经血管束等易损伤的神经结构在4K视野的解剖过程中显示更清晰[4]，与周围结缔组织结构易区分、辨别，有助于术中保护神经，从而在根治性手术的同时更多保护泌尿、生殖功能。

由此可见，4K超高清腹腔镜的应用，使微创手术通过放大清晰的视野，为膜解剖、神经保护等理念的落实提供了客观的视觉依据，从而使肿瘤根治手术向更精准的功能保护迈进。

3D腹腔镜对微创手术精准操作的意义

具有三维成像(3D imaging)功能的腹腔镜系统在20世纪90年代即已用于腹腔镜手术，但受当时设备和技术等客观条件的限制，3D图像分辨率低下，使用者易产生视觉疲劳和不适感，严重影响其在临床的推广。进入21世纪后，3D技术的不断发展使以往视觉上的缺陷获得极大改善。目前市场上使用的3D腹腔镜是1080P分辨率的，而2020年有望上市的4K分辨率3D腹腔镜更值得期待。应用3D腹腔镜系统进行手术操作，能获得更明显的视野纵深感和更强的空间定位，模拟的视觉感受更接近人双眼成像的立体真实视觉，因此手术操作更便利。即使是无腹腔镜经验者，亦易掌握。因此，学习曲线可能更短，易为无腹腔镜手术经验者接受[5]。

在许多具体操作中，3D腹腔镜均具有优势。如在解剖层面的寻找过程中，3D视野提供立体的视觉判别能力，有助于精准指导层面的深浅、纵向的拓展等，对于手术安全以及精准清扫淋巴结都具有重要意义，客观上推动腹腔镜肿瘤根治手术进入“膜解剖”阶段[6-7]。在腹腔镜下完成需精细定向的操作，如手工缝合、打结，精细吻合，以及消化道重建时，立体视野的优势更明显。对缝合时持针器械的过针换手、持针器打结时三维立体判断都有重要的帮助。这些视觉上的优势，不但在针对主观感受方面的研究中初步证实[4,8]，还通过一系列临床数据，体现出手术安全性的优势。一项包括18项研究(其中5项为随机对照研究)的大宗荟萃分析表明，3D腹腔镜可降低腔镜下缝合操作的手术并发症发生率[5]。因此，3D腹腔镜的应用，在某种程度上促使全腹腔镜消化道重建技术被更多外科医师接受，从而使全腹腔镜手术的应用日趋广泛，成为微创外科的新热点。

新形势下微创技术平台的发展

跨入21世纪20年代，去年底至今席卷全球的一场疫情，在给工作和生活带来巨大影响的同时，也促使思维理念发生改变。疾病防控的需求，使工作、生活的物理空间受到隔离，但线上交流成为新的热点。腹腔镜微创手术的可视化优势，原本已使培训和推广变得直接和便利。在新形势下，线上网络授课与手术直播成为近期微创外科学术交流的重要形式。搭载5G技术这一东风的网络线上培训体系能否为微创技术的进一步推广助力？另一方面，在此次新冠肺炎疫情的背景下，防疫机器人为代表的远程医疗服务开始受到关注。其能进入污染区域，代替医师进行长期的高风险医学救治服务。如由钟南山团队与中科院沈阳自动化所研制的智能化咽拭子采样机器人即是代表性成果。外科手术机器人在5G时代的远程化手术是否会有更多的突破，值得期待。

(一)5G时代的虚拟现实与微创外科技术培训

2016年5月，本院率先在国内通过虚拟现实(virtual reality，VR)技术网络直播了3D腹腔镜结肠直肠癌的根治手术，成为当时微创外科领域新的热点话题之一。其优势如下：在远离手术室的会议现场，只需一个手机加一副插入式VR眼镜即可实现对手术室近距离全视角的观摩：观摩者通过这一技术设备，可从手术者的视角参与整个手术进程中，身临其境，可称为微创手术中的“上帝视角”。但当时采用的是4G(第4代)移动通信技术。无线网络速度是其技术瓶颈，造成手术室现场画面以及腹腔镜手术画面在输送过程中易出现不畅。随着5G(第5代)移动通信技术进入实质性应用阶段，2019年，本院尝试以5G技术作为网络输送平台，对微创外科手术进行VR直播，取得良好的效果。未来，5G与VR技术的联合，为微创外科的远程教学培训、学术交流等，提供先进、优质的实践平台和新颖的培训模式。

(二)5G时代的机器人远程手术

2001年，位于纽约的手术医师，通过宙斯机器人系统，为远在法国斯特拉斯堡市的病人实施了横跨大西洋的软组织切除手术。这种“远程手术模式(telesurgical control)”是医师完全掌控的 “主从操作”，病人端机械臂完全复现手术医师在控制台上的操作。这种模式可将医师从手术床旁解放出来，实现精细的微创操作。近10余年在国内备受瞩目的达·芬奇机器人属于同一类。但目前的机器人手术更多的仍是本地手术，而非真正意义上的“远程手术”。进入5G时代后，远程机器人手术再次成为关注焦点。5G通信技术基本消除了时延对远程手术的影响，让手术医师获得近乎本地操作的实时感。2019年，国内、外先后成功开展多例此类活体动物实验。但医师的所有手术感知全部来自网络反馈，因此出于安全性考虑，当时仍以动物实验为主。如要真正实现安全的异地连续“主从操作”，机器人系统需要具备以下能力：在稳定高速通信的前提下，具备抵抗网络恶意攻击的能力、通讯中断的即时恢复能力等，从而保障通信数据的正确性；并具备足够的现场感知反馈能力，以确保手术医师据此作出最合理的即时判断。这些仍是远程手术模式真正应用于临床前必须突破的瓶颈。

设备器械进步之外的思考

对于恶性肿瘤而言，单纯的微创手术本身并不带来长期疗效的改变。疾病转归自有其规律。只有针对其发生、发展规律，采取相应的手术方式和治疗措施，才可能合理而有效。以结肠直肠癌的外科治疗为例，30余年来，在手术技术上，正因为对其肿瘤病理学客观规律的认识，才使外科医师体会到遵循全结肠系膜切除 (TME)或全直肠系膜切除(CME)的原则，可更多地保证肿瘤学疗效。只有建立在这些根治原则和术式基础上的微创技术及其技术平台，如腹腔镜和机器人，才能使病人得到更优化的治疗。

因此，仅依靠先进的技术，病人不一定获益。对于肿瘤，外科手术只是局部治疗，更多治疗方法的出现将给微创外科的发展带来深远影响。30年的发展显示腹腔镜仍是主流的微创手术平台。但不管微创技术平台如何创新，唯有明显改善治疗效果的技术平台才具有真正的发展前景。