机器人手术在头颈、耳鼻喉区域的发展现状

章杲威 李春洁

口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院头颈肿瘤外科 成都 610041

头颈、耳鼻喉区域空间狭窄，成分复杂，重要解剖结构较多，是呼吸、咀嚼、吞咽及语言等功能的基础。传统的口腔颌面外科手术受限于空间、视野等因素，往往操作比较困难，需要较大的开放入路才能进入深层结构，安全地切除病灶[1]；然而较大的开放入路往往会导致吞咽、语言等功能受损并严重影响美观。近年来，机器人手术以精细、微创等优点逐渐受到外科医生的青睐，外科医生还可以通过机器人系统实现术前设计、术中引导、远程控制。当前的机器人手术系统依然受人工直接控制，但是可以强化外科医生的感知与操作，如提供清晰的视野，进入狭小的空间，消除术者手部震颤，提高手腕灵活性等[2]。经口机器人手术（transoral robotic surgery，TOR）已经广泛应用于治疗口咽、喉咽和喉部的良恶性疾病。它的应用还扩展到阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征、甲状腺和甲状旁腺疾病以及颅底病变的治疗。此外，耳后入路机器人手术以及自主机器人手术等技术也有应用。使用机器人辅助手术代替传统口腔颌面手术可以避免额外的侵入性操作，实现精准治疗，减少对美观和功能的影响。本文对近年来头颈、耳鼻喉区域机器人手术的发展进行综述。

1 经口机器人手术

1.1 口咽部

da Vinci手术系统TOR于2009年首次被美国食品和药物管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准用于治疗早期口咽癌（T1—T2），如今已广泛应用于临床。与传统手术相比，经口机器人手术在治疗口咽癌患者时具有显著优势：避免了唇部切口与下颌骨劈开，能显著减少对美观的影响；降低了感染风险并促使更快的恢复；能够保存器官功能，改善患者术后生活质量；提高无病生存率[3-4]。TOR也是治疗阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征的一种有效方法[5]。外科医生使用机器人系统辅助经口舌根切除术、会厌喉成形术，同期进行咽括约肌成形术和鼻中隔成形术，作为替代持续气道正压通气的一种方法[6-7]。

1.2 鼻咽、喉咽和喉部

随着技术的不断改进，TOR的适应证已经发展为鼻咽、口咽、下咽、喉等各部位的良恶性病变[8]。现有的da Vinci手术系统因其体积庞大、器械无法弯曲、缺少头颈部专用器械以及无法同时使用多个器械等问题在口腔颌面部手术中的应用受到限制。柔性单臂手术机器人是专为头颈部手术设计的手术机器人。新型的da Vinci SP手术系统将1个立体双目摄像机和2个6 mm仪器整合在一根25 mm柔性圆管内，具有良好的灵活性、视野和可操作性，适用于整个上气道的微创手术[9-11]。21例患者接受了da Vinci SP手术系统TOR，进行鼻咽和口咽部分切除术、舌根切除术、喉部分切除术以及咽后淋巴结切除术。所有患者均未出现机器人相关的不良事件，平均设置时间为7 min，平均手术时间61.1 min，平均住院时间10.4 d[12]。Chan[12]等认为，这种新型的柔性机器人系统应用于头颈部手术是安全可行的。

Medrobotic Flex系统是另一种柔性单臂机器人，可以同时使用2个柔性仪器，并能提供触觉反馈。2014年，Flex系统在欧洲获得CE（Conformite Europeenne）认证，并进行了Flex系统首次在患者身上的经口外科手术[13]。2015年，Flex系统又获得了FDA批准，可以应用于TOR。从2014年7月至2015年10月，Lang等[14]使用Flex系统为72例患者进行了TOR，其中31例进行了诊断并活检，41例行病灶或肿瘤切除术，所有患者均未发生严重的机器人相关不良事件。Lang等[14]指出：使用Flex系统进入喉部操作时依然会受到一定限制，在部分患者上依然无法清楚地看到声带；1例患者术中出现中度出血，无法使用柔性机器人止血；12例患者术中出现机器人响应迟滞的现象。此外，Flex系统TOR与经口激光显微手术相比，在治疗声门上型喉癌时，在24个月无病生存率、局部复发率等方面表现得更为优秀[15]。目前，Flex系统在欧洲、新加坡[16]、美国[17]、澳大利亚[18]等地均已开始应用。

1.3 咽旁间隙

咽旁间隙位于咽腔侧方的咽上缩肌与翼内肌、腮腺深部之间。传统颈部入路对咽旁间隙上半部暴露有限，对较大的或者位于颅底附近的咽旁间隙肿瘤的治疗通常需要联合入路，包括翻开唇颊瓣、下颌骨劈开，经腮腺或颞下窝入路。由于视野受限，传统方法钝性分离肿瘤具有较高的神经血管损伤和肿瘤破裂溢出风险。TOR切除咽旁间隙肿瘤具有良好的三维视野，可以实现精细的解剖，减少并发症的发生。多形性腺瘤、神经鞘瘤、副神经节瘤、脂肪瘤、海绵状血管瘤、腺癌等TOR手术均已见于报道[19-21]。

TOR对咽旁间隙的侧面和后部暴露依然有限，无法安全地切除较大的或者靠近颈动脉的肿瘤[20]。此外，da Vinci手术系统缺乏触觉反馈，不易完全摘除肿瘤，可能引起肿瘤包膜破裂，加大肿瘤复发的风险。Duek等[22]提出颈部入路内镜联合TOR治疗位置较高或大型的咽旁间隙肿瘤，仅增加一个皮肤小切口，使用内镜分离肿瘤与颈部神经血管，机器人系统则经口完整切除肿瘤。8位患者均未发生包膜破裂、内容物溢出等现象。Duek等[22]认为：颈部入路内镜联合TOR能提供更好的视野与可操作性，对肿瘤包膜保持最小压力，在保证美观的情况下安全切除肿瘤，适用于切除大型良性的或位于颅底的小型咽旁间隙肿瘤。

1.4 舌下腺与颌下腺

TOR还可用于治疗舌下腺与颌下腺区域的病变。Walvekar等[23]报道了TOR切除双侧舌下腺囊肿，未发生舌神经与颌下腺导管的损伤；但是，在手术效果以及复发率等方面与传统手术的差异还需进一步验证。

颌下腺结石也可以通过机器人手术取出。大于5 mm的颌下腺结石无法仅使用涎腺镜取出，通常需要辅以激光、超声碎石，甚至采用手术切除颌下腺。因为颌下腺与舌神经解剖关系密切，经口手术有较大风险伴发舌神经损伤。Capaccio等[24]通过TOR为两名患者取出颌下腺实质深部的结石，并保留了颌下腺；其中8 mm涎石完整取出，15 mm涎石分块后取出。Razavi等[25]报道了TOR辅以涎腺镜探查治疗22例患者的颌下腺结石，其手术成功率为100%；涎腺镜检查显示腺体组织结构保存完好，术后未出现持续性舌神经损伤或因导管狭窄而复发涎腺炎等不良反应。TOR具有清晰的视野，仅需较小切口就能取出大型颌下腺结石，避免摘除颌下腺，并降低颌下腺导管、舌下腺和舌神经损伤的风险。不过，因为缺少触觉反馈，术中仍需要人工辅助定位结石。

1.5 皮瓣移植

机器人也被用于辅助修复先天性或医源性的口咽部组织缺损。机器人不仅有与显微镜相媲美的视野，还具有在狭窄空间更好的可操作性，在缝合皮瓣时具有明显的优势。面动脉黏膜肌皮瓣是带蒂皮瓣的一种，可以用于修复腭部、口底部和鼻中隔缺损。Bonawitz等[26]报道了5例患者，在机器人辅助下切除口咽癌的同时，使用面动脉黏膜肌皮瓣修复软腭缺损。5例患者均成功关闭缺损，无严重并发症，术后3例出现轻微伤口裂开。Tsai等[27]使用前臂桡侧游离皮瓣修复了14例患者的口咽缺损。相比于传统手术组，机器人组的病灶处于更深的位置，而两组在术后并发症发生率方面无明显差异。此外，股前外侧游离皮瓣、鼻中隔皮瓣也有报道[28-29]。

机器人手术在微血管吻合领域也具有可观的前景。在使用前臂桡侧游离皮瓣重建口咽缺损时，Lai等[30]在机器人辅助下吻合了2条动脉和15条静脉。与标准显微镜下手工吻合的13条动脉和13条静脉相比，采用手术机器人吻合的供体血管直径明显小于显微镜下手工吻合的供体血管，机器人手术时间延长约10 min；术中无并发症发生，血管通畅率为100%，术后皮瓣全部存活。Lai等[30]认为：机器人辅助微血管吻合，血管通畅率与标准显微镜下手工吻合相当，但是当血管直径≤1 mm时，机器人器械无法伸入塌陷静脉腔内提起血管壁进行缝合，因此很难用于切除血管外膜。

1.6 腭裂手术

腭裂手术因口腔空间狭小，视野受限，往往操作比较复杂，机器人辅助腭裂手术逐渐受到关注。Nadjmi[31]对10位患者（9~12月）行改良的Furlow法腭裂整复术，未发生术中以及术后并发症。机器人辅助腭裂手术的手术时间相对较长，但术后住院时间减少，恢复较快。Khan等[32]模拟机器人辅助腭部与咽后壁的咽成形术，证明了TOR在腭裂手术中的可行性，由此Khan等[32]认为直径5 mm的器械在腭裂手术中灵活性更好。Podolsky等[33]在高仿真腭裂模拟装置上分别使用da Vinci Si与da Vinci Xi手术系统模拟腭裂手术，结果显示：模拟腭裂手术时da Vinci Xi手术系统在避免器械相互碰撞、内镜移位以及仪器复位等方面均优于da Vinci Si手术系统。但是机器人辅助腭裂手术依然面临着缺少触觉反馈、器械过大、器械相互碰撞频繁等问题。

2 耳后入路机器人手术

2.1 颌下腺摘除术

颌下腺摘除术通常用于治疗反复发作的颌下腺腺炎、颌下腺结石、颌下腺瘘以及颌下腺肿瘤等疾病。传统手术切口靠近下颌骨下缘，术后形成瘢痕影响美观。采用耳后发际线切口摘除颌下腺可以避免瘢痕对美观的影响。Singh等[34]通过耳后—发际线入路为14例患者进行机器人辅助颌下腺摘除术。与传统颈部入路手术相比，机器人辅助手术明显提高了美容效果，但是手术时间更长且术后引流量更多。

2.2 颈淋巴清扫术

传统的颈淋巴清扫术需要较大的颈部切口以充分暴露淋巴组织，术后形成的瘢痕严重影响美观与功能，使患者的生存质量降低。耳后入路选择性颈淋巴清扫术的手术时间更长，但是局部并发症、手术部位感染发生率低于传统手术，肿瘤预后方面（淋巴结数量、无病生存率）与传统颈淋巴清扫术手术无明显差异[35]。Ji等[36]对机器人辅助耳后入路单侧颈淋巴清扫术与传统颈部入路单侧颈淋巴清扫术进行对照研究（机器人手术38例，传统手术75例，包括选择性颈淋巴清扫术和改良根治性颈淋巴清扫术），结果显示：相比于传统手术，机器人手术早期颈部水肿和感觉丧失发生率较低，而术后美容效果显著提高。然而，机器人手术术后短暂性周围神经麻痹的发生率较高，且会出现耳后切口边缘部分皮肤坏死的现象。

耳后—发际线切口可用于下颌骨节段切除术以治疗口腔癌。Rao等[37]采用耳后—发际线切口治疗了3例牙龈癌，耳后切口联合经口途径可以实现下颌骨后部节段切除和游离腓骨瓣的移植，并在机器人辅助下完成选择性颈淋巴清扫术。所有患者软组织和骨边缘未发现肿瘤，术后平均住院时间为7 d，均得到良好的美观效果。需要注意的是，耳后入路颈淋巴清扫术时解剖结构出现的顺序与传统手术相反，需要将皮瓣保持在一个合适的厚度，避免皮瓣过薄而坏死或过厚影响清除[38]。随着口腔癌患者的年轻化，对美观重视程度增加，这种改良的切口具有可观的应用前景。此外，耳后入路切除腮腺肿瘤同期机器人辅助颈淋巴清扫术也有见于报道[39]。

3 自动化机器人手术

3.1 机器人颌骨重建

机器人系统自动化也是医疗机器人领域值得关注的一个方面。Zhu等[40]开发了一个集合导航系统与机器人系统于一体的下颌骨重建机器人系统，它可以根据外科医生输入的手术计划自动就位腓骨瓣，重建下颌骨。在体外模型中，使用机器人系统、导航系统和徒手技术的平均偏差分别为1.221、1.581、2.313 mm；在动物实验中，对应的数字分别为1.769 7、1.784 7、2.081 5 mm[40]。尽管结果显示机器人手术和导航手术在精确度上几乎没有差别，但Zhu等[40]认为：在实际手术中，机器人手术和导航手术之间的区别很可能是非常明显的。因为人体下颌骨结构复杂，不可能以任意角度摆放颅骨；而机器人能够牢牢夹住下颌骨，并保持其位置。值得注意的是，该机器人系统在进行下颌骨重建术前需要在下颌骨植入钛钉辅助导航，且术中仍需要手动固定钛板。

机器人系统在正颌手术中的应用也有受到关注。Woo等[41]在体外模型上模拟了机器人自主复位上下颌骨的过程。在16个模型中，切牙区与颏部的平均误差分别为（0.87±0.5）、（1.29±0.73）mm。误差主要来自于机器人系统、光学跟踪系统以及CT图像三者之间的配准。使用光学跟踪系统引导的机器人系统能够避免因上颌窦壁过短或过薄而无法使用3D打印导板的问题。现有的基于红外的光学跟踪系统成本较高，普及受到限制。Ahn等[42]认为：增强现实（augmented reality，AR）技术在上颌骨复位过程中的应用是可靠的。Ahn等[42]比较了结合立体相机的AR导航系统与现有的基于红外的光学跟踪系统在Le FortⅠ型截骨术后上颌骨复位过程中的跟踪精度，结果显示：基于红外的光学跟踪系统的平均误差为0.058 4 mm，AR导航的平均误差为0.059 6 mm，基于红外的光学跟踪系统和AR 导航系统的平均精度分别为98.83%和98.81%，两者无明显差别。该结果表明了AR导航系统在正颌手术中的可行性，在保证相似的手术精度的同时能够显著降低成本。

3.2 机器人截骨术

机器人在截骨方面的应用也受到了部分学者的关注。Chao等[43]设计的机器人系统在3个腓骨模型上共进行了18次截骨术，与术前设计相比，截骨段的平均长度变化为（1.3±0.4）mm，平均角度变化为4.2°±1.7°。该结果证明了机器人截骨术用于游离腓骨瓣重建下颌骨的可行性。Augello等[44]开发了一款机器人引导的冷消融激光骨刀系统，即CARLO系统。该系统由小型Er：YAG激光系统、具有触觉感知的机器人以及导航系统三部分组成，能够实现自主激光截骨。Augello等[44]使用CARLO系统在6具尸体的上颌骨、下颌骨以及腓骨进行截骨（包括下颌骨不规则截骨、腓骨截骨、Le FortⅠ型截骨和下颌骨正中劈开），切割宽度仅为0.5 mm，在所有切口中均未发现任何炭化或过热迹象，未见软组织损伤。Augello等[44]认为：CARLO可以安全地进行精确的截骨术，不受形状约束，具有更高的灵活性。

4 现状与展望

机器人系统在耳鼻咽喉头颈外科的应用正处于一个高速发展阶段。传统的口腔颌面手术受限于空间狭窄、视野不清以及侵入性操作较多等因素，往往对功能与美观产生较大的影响。机器人辅助手术在口腔颌面外科的优势已经受到广泛关注，其优势包括以下几点[3-4,45]：1）内镜具有较高的分辨率与放大倍数，能提供高清晰的三维图像；2）具有运动缩放和震颤过滤功能，允许精密解剖，避免危险动作；3）手术机器人器械比较灵活，无需或者仅需一个小切口就可以进入狭小复杂的空间，避免了更多的侵入性操作，单臂柔性机器人可以进行鼻咽、口咽、喉咽、喉部等部位的微创手术；4）采用耳后或者经口入路的机器人手术能够在不影响预后的情况下保持喉咽功能，同时减少对美观的影响；5）机器人手术术后愈合快，住院时间明显缩短。

尽管如此，机器人手术的普及与临床应用依然受到多方面因素的限制[3-4,14,46]。首先，手术机器人系统价格昂贵，还需要定期维护以及不断升级，单次使用成本较高。相比于开放手术，机器人手术费用明显增加，超出了大多数患者的承受能力；同时，外科医生需要较长的学习时间方能进行熟练的机器人手术。其次，da Vinci手术系统与腹腔镜较为相似，最初应用于普外科、胸外科及泌尿外科手术；而头颈、耳鼻喉区域解剖结构复杂，空间狭小，软硬组织之间关系密切，手术过程中可能需要使用动力系统以及能量系统，现有的手术器械无法满足手术需要，限制了手术机器人系统在头颈、耳鼻喉区域的应用。受限于口裂大小，在经口入路机器人手术的过程中，刚性的机械臂相互之间往往会产生碰撞，无法模仿手腕关节运动进行精确、灵活地操作。从解剖上看，从口腔到喉咽部是一条弯曲的路径，刚性的机械臂难以到达喉咽部进行手术，即使是可弯曲的柔性手术机器人，目前也无法完全暴露声带、声门等部位。再次，缺少触觉反馈仍然是手术机器人系统亟待解决的问题，这使得外科医生无法轻易控制操作时的力度；不过具有丰富操作经验的手术医生可以通过三维影像调整操作力度，减少缺少触觉反馈的影响。最后，因为手术切口较小，机器人手术的视野受限，术后局部的出血无法及时处理可能引起严重后果。以上种种因素都影响了机器人手术在头颈、耳鼻喉区域的推广。

尽管手术机器人系统仍有不足，但机器人手术在头颈、耳鼻喉区域仍有着可观的前景。未来的机器人系统可能会在模块化、可视化、自动化、人机交互、导航、小型化、触觉反馈等方面进一步发展。将动力系统（如电钻、电锯等）和能量系统（如激光、电刀、微波、超声等）小型化、模块化，使之作为一种器械集成于手术机器人系统中，可以将机器人手术的适用范围进一步扩大；通过集成增强现实和虚拟现实工具，外科医生可以获取超越人眼的感知和视角；机器人、机械臂以及器械的小型化可以增加手术系统的可操作性，使手术更加微创化；触觉反馈已经在部分机器人中得到应用，可以辅助手术医生调整操作力度，避免不必要的损伤；自主手术机器人可以对数据进行学习，实现更精准、个性化的手术治疗。机器人手术依然处于发展阶段，随着新技术的引入，未来的机器人手术也将更微创、更精准，应用更加广泛。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。