机器人手术系统在胸部肿瘤手术中的应用

朱鸿宇，李明

胸部肿瘤是包含肺癌、食管癌、纵隔肿瘤等在内的一类胸外科常见疾病，以肺癌为代表，其发病率及死亡率均位居各类肿瘤的前列。胸部肿瘤的手术方式近年来也发生了翻天覆地的变化，传统的开放式手术切口长、创伤重，患者的并发症也较多，恢复周期长。电视辅助胸腔镜技术在减轻胸部手术创伤、加快患者康复、减轻患者疼痛等方面体现出极大的优势，目前绝大多数的胸部肿瘤手术首选胸腔镜来完成。但是胸腔镜存在一些固有的缺陷，二维的影像会失真，镜头需要助手操控，且人工持镜不稳定，手术器械像“筷子”不能进行关节活动，这些缺陷提高了手术难度，学习曲线也较长。达芬奇手术机器人的问世，一定程度上弥补了胸腔镜的一些缺陷，特别是近十年来，机器人手术在我国越来越多的胸外科中得到开展。

自达芬奇手术机器人问世以来，经历了多次升级换代，目前我国主要引进的是第四代达芬奇手术机器人Xi，是目前公认的技术较为先进、应用较为成熟的综合性医用机器人系统。达芬奇机器人的优势主要集中在以下几点：①提供三维立体手术视野，画面可放大10倍以上，成像更为清晰、真实；②机械臂固定镜头且由主刀医生操控，减少了画面的晃动；③Endo Wrist可以在7个自由度上自由旋转，完全模拟人手腕的活动，而且消除手部的生理颤动，使操作更加精细；④直观同向的操作方式更接近开放手术，学习曲线比胸腔镜短；⑤主刀医生坐姿操作，无需洗手上台，减轻了手术疲劳感；⑥实现远程手术，可以让优质医疗资源覆盖更广的人群。凭借这些优势，达芬奇机器人在胸外科常见的肺癌根治术、食管癌根治术以及纵隔肿瘤手术中均体现出较好的应用价值。

1 达芬奇机器人辅助肺癌治疗

近年来随着低剂量CT等筛查技术的进步，肺癌特别是早期的非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)检出率明显提高。对于早期患者，采取肺段切除或者肺叶切除术可达到根治效果，根据NCCN指南推荐，对于NSCLC的治疗首选电视胸腔镜手术(video-assisted thoracoscopic surgery，VATS)或包括机器人辅助手术(robot-assisted thoracic surgery，RATS)在内的微创外科治疗。VATS应用于NSCLC治疗已有20余年，比传统开胸手术创伤更小，康复更快，围术期及长期生存都更为理想。但是其自身的二维视野、“筷子”式操作增加了手术难度，特别是在狭小的空间内的一些精细操作难以完成。2002年，Melfi等[1]首次将机器人应用于肺切除手术并取得令人满意的效果，随后机器人胸外科手术在全球范围内进入探索阶段。我国自2009年起将机器人用于肺癌根治术，经过几年的发展，RATS肺癌根治术技术逐渐成熟，应用的医院越来越多，手术量快速增长。

RATS肺癌根治术的适应证与VATS基本相同，多选择早期肺癌，不过随着应用范围的扩大，机器人在局部晚期的肺癌中也成功运用。目前RATS肺段和肺叶切除术的操作方式主要有以下几种。第一种是Park等[2]在2006年首次提出的三臂三孔法，在腋中线第4或第5肋间隙作1个3～4 cm的主切口(实用切口)，另作2个1.0～1.5 cm切口作为镜头端口和第二器械操作口，不注入CO2，从前至后分离肺门，重现了VATS肺叶切除术的步骤。Veronesi等[3]对此术式进行了改进，使用3 cm入口的第四臂置于后方，固定肺以获得良好的手术视野暴露。第二种是由Cerfolio等[4]在2011年提出的四臂五孔法(CPRL-4)，他们将四只机械臂放置在腋中线和脊柱旁线之间的同一肋间隙(通常是第7肋间隙)，切口之间最小间距为9 cm，使用CO2胸腔内灌注，采用从后到前的入路进入肺门，四臂法相对三臂法减少了手术中更换器械的时间。由于手术量的增加，需要加入助手辅助操作孔来提高手术效率，三臂四孔法(机器人三臂+辅助操作孔法)逐渐成为主流的操作方式。国外最早由Dylewski等[5]在2011年使用的三臂+辅助操作孔法(CPRL或CPRL-3)，在主肺裂上方的第5或第6肋间隙上作摄像头入路，在同一肋间隙上另外作2个切口，在第11肋骨末端位置作1个8 mm辅助切口，穿过第10肋间隙，可作为吸引和吻合器的通道，扩大后可作为标本取出通道，CO2灌注形成人工气胸，可改善手术视野、方便手术操作。目前，国内主流操作方式为机器人三臂+辅助操作孔法。不同胸外科团队之间镜头孔、机械臂入路和辅助操作孔的位置存在一定差异，上海胸科医院罗清泉教授团队报道的入路方式应用较广，首先在腋后线第8肋间作1个12 mm的镜头孔，然后在腋中线第7肋间和肩胛下线第9肋间分别作8 mm的切口作为机械臂入路，3个孔之间距离8～10 cm左右，在腋前线第4肋间作1个4 cm辅助操作孔(位置根据手术部位及患者体型进行调整)，助手利用此口进行肺的牵拉、暴露手术视野、切割吻合以及提取标本等一系列操作，该入路方式的切口位置类似胸腔镜手术，辅助操作孔的位置与胸腔镜手术主操作孔位置一致，实用性较强，有胸腔镜手术经验的医生容易学习[6]。

达芬奇Xi系统一项重要改进是增加了摄像头荧光显影技术，笔者发现这项功能与肺段切除手术的关键技术需求非常匹配，并成功运用到肺段切除术中，RATS肺段手术也成为我院的特色手术。术中离断靶段肺动脉后，静脉注射荧光剂吲哚菁绿，利用机器人荧光显影模式可以快速、清晰的识别出段间平面，较既往常用的通气萎陷法和选择性支气管通气法具有明显优势:有效提高了肺段切除术的精准性、便捷性，降低了手术难度，减少了术中等待时间。手术器械方面，笔者选择马里兰双极镊，既可以将其作为能量器械类似于超声刀用于组织结构的精准点凝，同时兼具分离钳、持针器、打结器等效器械完成分离、撑开、钳夹、缝合和结扎等外科基本操作，而且双极器械热效应局限在两个电极之间，比单极器械更为安全。在肺段切除术中，笔者利用马里兰双极镊来结扎所有的靶血管。通过这一种器械功能的充分挖掘，术者可以高效、流畅、经济的完成机器人手术操作。

相比VATS超过100例的学习曲线，RATS肺叶切除术的学习曲线在20例左右，机器人操作技术更容易掌握和推广。对于肺癌的治疗效果，多项研究从手术死亡率、术后并发症、住院时间、淋巴结升期、长期生存等方面证实RATS比VATS更有优势。Emmert等[7]对2011至2016年间10项解剖性肺切除术的研究进行Meta分析，发现与VATS相比，RATS手术时间无明显差异，引流时间和住院时间有缩短的趋势，手术30 d病死率也更低。Kent等[8]利用倾向得分匹配法对33 095例接受VATS、RATS或开放手术的患者进行回顾性研究，发现与VATS及开放手术相比，RATS组在病死率、住院时间及并发症发生率方面均更优。罗清泉教授团队对连续1 075例接受肺叶切除术的早期NSCLC患者进行了回顾性研究，发现RATS组比VATS组清扫的淋巴结数量更多(9.70个vs.8.45个)，术后第1天胸腔引流量更少(230.91 mlvs.279.79 ml)，胸管留置时间和住院时间更短[9]。李鹤成教授团队进行了一项对比RATS和VATS肺叶切除术疗效的单中心、随机对照试验，研究纳入了2017年5月至2020年5月之间320例接受肺叶切除术的肺癌患者，研究发现两组围术期结果相似，而RATS组清扫淋巴结的总数和探查淋巴结的站数均显著多于VATS组[10]。在术后疼痛方面，Louie等[11]发现接受RATS肺叶切除术的患者，比VATS组术后疼痛感觉更轻、镇痛药物使用时间更短、更早的恢复正常活动。淋巴结升期是评判肺癌根治术质量的一项重要指标，Wilson等[12]进行的一项多中心研究发现，RATS淋巴结升期的比例较VATS有很大的提高，达到了与开放手术相似的效果。RATS在难度较高的肺袖式切除术中的应用，也被证明是安全的可靠的，矫文捷教授团队回顾性分析了连续67例RATS支气管袖式切除的患者，手术时间、出血量、并发症、住院时长等指标与开放手术相当，且没有出现中转开胸以及围术期死亡的情况[13]。在长期疗效方面，Park 等[14]回顾性分析了325例行RATS的早期NSCLC患者，ⅠA期、ⅠB期和Ⅱ期患者5年总体生存率(overall survival，OS)分别为 91%、88%和49%，表明RATS肺癌根治术的长期生存与开放手术和VATS相类似。杨浩贤教授团队的一项回顾性研究对比了开放手术、VATS和RATS三种手术方式治疗早期NSCLC的生存结果，发现5年OS和无病生存率(disease free survival，DFS)均无明显差异[15]。Veronesi等[16]对一项多中心试验进行了回顾性研究，纳入了223例接受RATS肺叶切除术的ⅢA期肺癌患者，3年生存情况与开胸手术相仿，且辅助治疗组与未辅助治疗组之间生存无明显差异。

综上可见，机器人不仅可应用于早期肺癌的治疗，而且可以安全可靠的应用于局部晚期肺癌的治疗。与传统开放式手术相比，手术创伤有所减少、围术期的安全性有所提升，而长期生存方面与之相仿。与VATS相比，手术操作的舒适度和精细程度有所提升，可以完成一些VATS难以完成的复杂手术，在淋巴结清扫方面有所提升，长期生存方面相类似。虽然与开放手术和VATS相比，目前尚无证据证明RATS可以改善肺癌患者的预后，且手术费用有所提升，但是作为一项技术上的革新，凭借对围术期的安全性、手术精细度以及术者舒适性的提升，未来仍有代替传统胸腔镜的潜力。

2 达芬奇机器人辅助食管癌治疗

食管癌是消化系统常见的恶性肿瘤，手术治疗是目前治疗早期及局部晚期食管癌的主要手段。微创食管手术(minimally invasive esophagectomy，MIE)在1992年首次提出，由Cuschieri等[17]利用胸腔镜完成经右胸入路的食管癌切除术(McKeown术式)。相较于传统的开放手术，MIE正逐渐成为主流的食管癌手术方式。

为了证实MIE相对于传统开放食管手术的优越性，2项随机对照试验相继开展。①TIME试验在欧洲的5个医学中心展开，纳入115例食管癌患者，结果显示MIE组比开放手术组术后肺部感染发生率更低(9%vs.29%)，出血量更少，住院时间更短，声音嘶哑发生率更低，生活质量更高，MIE组的R0切除率和淋巴清扫数量与开放组相当[18]。长期生存方面，MIE组与开放组3年中位生存期无统计学差异[19]。②MIRO试验是一项多中心随机对照试验，207例患者被随机分为开胸手术组和MIE组(腹腔镜和右侧开胸混合Ivor Lewis手术)，结果证实MIE组术后并发症特别是肺部并发症的发生率更低，长期生存方面似乎更有优势[20]。以上2项临床研究表明MIE比开放手术拥有更好的围术期效果，在长期生存方面至少达到相似的效果甚至可能更优。

随着MIE的开展量逐年增加，一些问题也逐渐显露出来，MIE的学习曲线较长，吻合难度大，吻合口瘘发生率和再次手术率也更高。达芬奇机器人的问世，对食管癌的治疗提供了一个新的选择方案。自2003年Horgan等[21]首次报道利用机器人辅助完成食管癌根治术(robot-assisted minimally invasive esophagectomy，RAMIE)以来，RAMIE的开展量也是逐年增加。从现有的研究结果来看，RAMIE的可靠性和安全性与腔镜MIE和开放手术相似，机器人可提供放大10倍以上的三维立体视野，高自由度的内腕技术搭配多种器械，在清扫淋巴结和吻合方面更有优势，并且自动过滤消除术者手部的抖动，使得手术操作更加精细。目前RAMIE的术式主要包括RAMIE-McKeown和RAMIE-Ivor Lewis两种，其中RAMIE-McKeown术式被认为是易于食管重建的首选手术方式，主要用于中上段食管癌，在淋巴结清扫特别是上纵隔及颈部淋巴结清扫方面具有优势，亚洲国家更倾向此术式；而RAMIE-Ivor Lewis在中下段食管癌的治疗中作为首选，且吻合口瘘的发生率似乎更低，欧美国家更倾向于使用此术式。

ROBOT试验是目前唯一比较RAMIE和开放食管切除术的随机对照试验，该研究表明RAMIE术后并发症发生率更低(59%vs.80%)，心肺并发症的发生率也更低，手术失血量更少，术后疼痛更轻，术后短期生活质量和功能恢复情况都更好，长期生存方面与开放手术相似[22]。目前比较RAMIE与腔镜MIE疗效的两项随机对照试验(REVATE研究和RAMIE研究)正在进行中，现有的研究结果多来自回顾性队列研究。一项纳入了1 862例食管癌手术患者(RAMIE和腔镜MIE各931例)的Meta分析显示，RAMIE的R0切除率、住院时间、并发症发生率、淋巴结清扫数量上均与腔镜MIE无明显差异，但是术中失血量和喉返神经损伤率比腔镜MIE更低[23]。Harbison等[24]对725例食管癌微创手术患者进行回顾性研究(100例RAMIE和625例腔镜MIE)，发现RAMIE组术后心脏疾病、肺部感染、吻合口瘘、出血等并发症的发生率和术后30 d病死率均与腔镜MIE无明显差异。由上海胸科医院李志刚教授团队牵头，国内多家医疗机构参与的“机器人对比传统胸腹腔镜辅助下食管癌根治术的前瞻性、多中心、随机对照研究(RAMIE研究)”近期发表了初期研究结果，发现RAMIE比腔镜MIE手术时间更短，而失血量、中转开胸率、R0切除率、90 d病死率以及术后并发症方面均无明显差异，淋巴结清扫方面，RAMIE手术提高了接受新辅助治疗患者的胸部淋巴结清扫数量(15个vs.12个)和双侧喉返神经旁淋巴结清扫数量(右侧3个vs.2个，左侧2个vs.1个)，以及左侧喉返神经旁淋巴结清扫率(79.5%vs.67.6%)。该研究的初期结果证实了机器人用于食管癌根治术的可靠性、安全性[25]。总的来说，现有研究表明RAMIE术后并发症的发生率和围术期病死率与腔镜MIE具有可比性。对于处理手术过程中的意外事件如胸腹腔粘连剥离、气道损伤修复、术中止血等，RAMIE处理的效果要优于腔镜MIE。长期生存方面，RAMIE与腔镜MIE相比总体生存率无明显差异，两种微创术式与开放手术相比有改善预后的趋势。

食管癌容易发生淋巴结转移，因此淋巴结清扫是食管癌根治术的重要组成部分，其中喉返神经旁淋巴结的清扫情况影响到食管癌根治术的质量。Deng等[26]的回顾性研究表明RAMIE相较于腔镜MIE增加了清扫淋巴结的总数量(21.9个vs.17.8个)以及右侧喉返神经旁淋巴结的清扫数量(2.1个vs.1.2个)。Chao等[27]的一项单中心回顾性研究发现RAMIE清扫的左侧喉返神经旁淋巴结数量多于腔镜MIE(5.32个vs.3.38个)，而喉返神经损伤率有降低的趋势。也有一部分研究表明RAMIE清扫的淋巴结数量与腔镜MIE无明显差异，但是总体上RAMIE在淋巴结清扫特别是喉返神经旁淋巴结清扫上更具优势。

机器人应用于食管癌治疗的可靠性以及安全性已得到广泛证实，凭借着精细的操作，机器人在食管癌手术中的吻合、淋巴结清扫以及处理术中意外事件方面的优势逐渐展现出来，而且RAMIE的学习曲线比腔镜MIE短，手术的效率和舒适度都更高。不可否认，目前RAMIE仍处于探索阶段，在围术期效果和长期生存方面与传统腔镜MIE相比优势并不显著，需要更长时间的随访数据以及设计更合理、规模更大的研究队列来给出答案。笔者相信随着RAMIE技术的不断进步和成熟，未来食管癌患者可以得到更高质量的外科治疗。

3 达芬奇机器人辅助纵隔肿瘤治疗

纵隔肿瘤是胸外科常见的一类疾病，目前的治疗原则是以手术为主的综合治疗，但是因为纵隔内空间狭小，解剖结构复杂，邻近大血管及心脏等重要脏器，纵隔手术操作空间小，难度高。在胸腔镜技术未普及前，纵隔肿瘤一般采取开放手术以获得最大限度的手术视野，但是开放手术会破坏胸骨、胸壁的完整性，创伤大，失血量多，术后疼痛明显，围术期并发症较多。随着胸腔镜技术的迅速发展，VATS成为大部分纵隔肿瘤的首选术式。VATS纵隔肿瘤手术与开放手术相比，创伤更小，失血量更少，并发症发生率更低，患者恢复更快。而胸腔镜存在一些缺陷，如二维视野失真，狭小空间内器械容易互相干扰，“筷子”式器械难以绕过重要脏器等，这些都提高了手术难度。达芬奇机器人的出现解决了腔镜的诸多缺陷，凭借三维视野、高度灵活的器械、自动过滤手部颤动等技术，为纵隔肿瘤手术提供了一个更加微创、精准、安全的选择。

RATS在纵隔肿瘤切除术中得到越来越广泛的应用，手术的适应证与VATS类似。前纵隔最常见的肿瘤是胸腺瘤，自2001年Yoshino等[28]完成首例RATS胸腺瘤切除术以来，机器人被广泛应用于胸腺切除术中。手术入路可以选择右胸入路、左胸入路和双侧入路。右胸入路是国内RATS胸腺切除术的主流入路，其优势在于避开了主动脉弓和心脏，右侧膈神经和上腔静脉更容易辨别，手术视野暴露更佳，对于右手为优势手的术者更便于操作，该术式学习曲线也较短。左胸入路的优势在于方便清扫左侧膈神经下方、左侧心前区及心膈角脂肪组织，该入路方式一般较少采用，适用于肿瘤偏左或者左侧胸腔合并其他病变需要一同处理。双侧入路可以更彻底的清扫双侧前纵隔脂肪组织，但是也延长了手术时间。一项对比RATS和VATS切除Masaoka I期胸腺瘤围术期疗效的研究显示，RATS组在手术时间、失血量方面与VATS组无明显差异，但是引流量更少、住院时间更短，而且无患者中转开胸手术[29]。一项纳入2 558例接受胸腺瘤切除术患者的回顾性研究显示(其中RATS组300例，VATS组280例，开放手术1 978例)，3组的阳性切缘发生率、淋巴结清扫数量、30 d再入院率和围术期病死率方面均无差异。然而，RATS组比VATS组中转开胸率更低，与开放手术组相比，住院时间有缩短的趋势，长期生存方面，3组之间5年OS无明显差异[30]。总的来说，RATS胸腺瘤切除手术的安全性和可靠性已被证实，机器人可以帮助术者更精准、安全的进行手术操作，但是现有的研究显示，RATS在围术期效果和长期生存方面的优势似乎并不明显。在中纵隔肿瘤治疗中，机器人技术在切除支气管囊肿和心包囊肿等手术中也得到成功应用[31]。后纵隔肿瘤多为神经源性肿瘤，开放手术操作空间小、视野难以暴露，而胸腔镜器械不够灵活、操作难度较大，操作不当容易造成神经损伤，而机器人可以更精准、安全的完成手术。一项回顾性研究纳入了48例接受RATS纵隔肿瘤切除术的患者(包括前、中、后纵隔肿瘤)，研究显示5例患者出现早期术后并发症，2例患者出现局部复发，中转开胸手术1例，无患者围术期死亡，证实了RATS纵隔肿瘤切除术的可靠性[32]。总的来说，机器人在各类纵隔肿瘤手术中均得到成功运用，其精细操作的优势在纵隔狭小的空间内得到展现，但是其围术期效果和长期疗效仍需更大规模的研究来证实。

4 总结与展望

机器人作为微创外科理念下的新技术，本质上是对传统腔镜技术的一种改进，手术适应证与胸腔镜基本一致。其主要优势体现在更清晰的手术视野，高度灵活的手术器械，自动过滤手部颤动等方面，使得游离血管、缝合、淋巴结清扫等操作更加精细、安全，在处理疑难患者时更具优势；另一方面，更舒适的手术姿势，更接近开放手术的直观式操作，比腔镜更短的学习曲线，使得机器人技术在胸部肿瘤的治疗中更容易推广。笔者对机器人辅助手术的最直观感受，就是兼备了腔镜手术的微创和开放手术的安全便利，是“腔镜下的开放手术”。不可否认的是，当前机器人装机费用昂贵、耗材费用较高，导致机器人手术的成本比腔镜手术更高，这一定程度上限制了机器人手术的发展。此外，现有的研究证实了机器人手术的可靠性和安全性与胸腔镜手术相当，其技术上的巨大优势并未得到充分展现，围术期效果和长期疗效的优势仍需要大规模、多中心的前瞻性研究来证明。

机器人辅助手术这一理念诞生于上个世纪，初衷是为了给战场上的士兵进行远程手术，但是过去的通讯技术难以支持远程手术，如今我国5G网络技术走向成熟，信号覆盖面积越来越广，数据传输速度越来越快，跨越一千多公里的远程手术已经实现。未来的通讯技术将会更加先进，将广大患者与国内甚至国外的专家联系起来，患者无需长途奔波，在当地医院便可接受到国内外专家的会诊手术，甚至由多名专家隔空合作完成手术，对医生而言，无需离开工作单位便可对偏远地区的患者进行手术，医疗资源分配不均的现状将会得到很大改善，并且实现优势互补。达芬奇机器人是目前公认的最成功的手术机器人，但是随着“图迈”、“妙手”等国产机器人的研发成功并装机使用，外国公司的技术垄断终将被打破。笔者相信：未来随着机器和耗材成本的降低以及国产机器人的登场，机器人手术将不再昂贵，而且机器人技术和通讯技术也将不断进步，在外科手术中发挥出越来越重要的作用，机器人手术将会是未来外科发展的方向。