小儿机器人手术的进展及展望

卞红强 孙桂林 郭宏溪

1495年艺术家列奥纳多·达·芬奇,超越时代设计的一个仿人型机械随笔梦想,经过人类多年不懈设计与改进产生了现代机器人。1999年1月由美国Intuitive surgical公司发布一款外科手术机器人系统,2000年经FDA 批准在普通外科手术中使用[1]。全球手术机器人装机数量不断增加,目前累积约七千余台机器人装机,合计完成一万余台机器人手术量。机器人手术系统的应用让外科医生再次开启了对生命的认知、探索、实践,同时具有进入智能化的划时代意义。

一、小儿外科机器人手术的应用

成人泌尿外科、心胸外科、妇产科、普外科等各专业机器人手术操作的逐渐成熟,机器人系统的迭代优化,推动了小儿外科机器人手术的开展。2001年Meininger等[2]首次报道儿童机器人成功应用于10岁女孩胃折叠手术,标志小儿外科智能化及微创化手术时代的开始。但随后很长时间内于小儿外科机器人发展缓慢,Najmaldin等[3]通过12类不同儿童手术共50例的早期经验,表明了儿童机器人手术的安全性,其中最小患儿年龄4个月。

传统手术转为内窥镜手术标志着外科微创手术理念的启动,微创使得大部分手术简化,部分手术最终达到与传统开放手术相同甚至更佳的疗效,腹腔镜于复杂器官手术中应用仍然受到一定限制,各种内窥镜操作钳前端一般为360°旋转操作,呈二维平面图像,手眼协调性降低,机械尖端的触觉感消失,操作空间相对有限,术中根据病情需调整病人体位弥补使用角度,长时间操作增加术者疲劳感等。机器人辅助腹腔镜因其在复杂器官手术中灵活、精准的独特优势应运而生。小儿组织的脆弱性和空间的有限性,更加需要精细灵巧的手术系统,机器人智能化及微创化手术系统于小儿外科中使用恰到好处,最终会推动小儿外科的迅速发展。

机器人手术系统由外科医生控制台系统、床旁机械臂系统(灵活操作7个自由度的新型技术+滤颤功能)、成像系统(可10倍以上放大+高清三维立体成像)三部分组成。其拥有3D的视觉及7个自由度(垂直轴360°,水平轴720°旋转即对人体手臂的完美模拟)的灵活机械臂解决了手眼协调性,主刀操控台让医生犹如拥有一双可延伸且更加精细的手,舒适的操作环境更利于手术的顺利进行。如果说腹腔镜、胸腔镜、宫腔镜等让手术医生从另一个视角进行手术犹如发现新大陆,那么机器人让手术医生看清了这片土地上拥有的沟壑,充斥着艰难险阻,其精准性使得血管、淋巴结、神经等解剖结果更加精准显示,切割、止血、缝合、打结等操作更便捷,对于盆腔、腹膜后较深处或狭小空间的操作更具优势。清晰的视野,消除手术震颤信号,机器人的精准性、灵活性、稳定性已超越人类。机器人手术系统对组织损伤小,出血更少,更加适合在儿童狭小的空间内进行操作。目前机器人缺点及不足之处在于:(1)价格昂贵,维护成本高,普及需要时间;(2)不能为术者提供直接的触觉反馈,触觉的缺失导致现阶段具有较强的视觉依赖性,大部分操作是术者的经验操作;(3)装机时间较腹腔镜长,目前整体手术时间无优势,患儿麻醉风险增加。

二、目前小儿机器人在各亚专业的应用现状

近5年来,不仅综合性医院内小儿外科开展小儿机器人手术,部分儿童专科医院也逐渐引入机器人设备开展机器人手术,小儿外科机器人手术数量突飞猛进,小儿外科各亚专业病种大幅增加。

1.小儿泌尿外科:小儿泌尿外科最早开展的机器人手术:肾盂成形术是手术量最多的机器人术式,目前公认小儿机器人手术的最佳适应证,已成为多家医疗机构大龄儿童治疗肾盂输尿管连接处梗阻标准术式,与腹腔镜手术相比其效果更优、并发症更少,特别是在复杂重建手术中,优势更明显[4-6]。借助机器人高清成像系统能更好地分辨正常肾脏组织与病变组织界限,灵活操作臂在狭小空间操作更顺畅,弥补传统手术空间限制,对于复杂型部分肾切除可保留更多正常肾组织,选择性肾肿瘤切除时易分辨界限,同时利于淋巴结清扫,输尿管再植术、输尿管-输尿管吻合术、肾盏输尿管吻合术、膀胱阑尾造口术、膀胱憩室切除术、膀胱扩大术或膀胱颈部重建术、输尿管膀胱再植术、可控性尿流改道术、肾盂切开取石术、膀胱颈悬吊术等复杂型手术也可完成,但数量相对少,需扩大样本证实有效性或实用性[7-9]。机器人运用于泌尿外科手术目前报道最小年龄8天,通过Trocar位置的变化充分应用机器人空间性已突破机器人使用年龄限制[10],但后腹腔空间狭小,目前在泌尿系统疾病后腹膜途径应用较少[7]。对于小儿泌尿手术机器人解决了腹腔镜时空间限制;减少了周围组织神经血管损伤;保护了正常肾组织及输尿管;降低了手术操作难度,克服了传统腹腔镜手术的技术缺陷,将越来越广泛的应用于小儿泌尿外科。

2.小儿普外科:达芬奇机器人在小儿普外科首先开展的手术是胃底折叠术[2]。腹腔镜下胆总管囊肿切除术在国内外技术已非常成熟,脐部单孔全程腹腔镜操作也有报道,机器人辅助下胆总管囊肿切除+肝管空肠吻合术有其特有优势,机器人下可更好发现迷走肝胆管畸形或吻合更便捷,减少术后胆漏、胰漏等并发症。2006年全球首例达芬奇胆总管囊肿手术,2013年中国首例小儿胆总管囊肿机器人手术由中国香港大学黄元等[8]完成。2006～2018年全球陆续报道达芬奇小儿胆总管囊肿手术约100例左右,多为国外文献报道。2019～2022年期间,总共报道约400例左右,其中中国占80%以上。达芬奇手术机器人系统的双极电凝和单极电凝协同操作,对于胆总管囊肿手术中分离和止血有特别的优势,大于3个月或体重5 kg以上患儿可考虑机器人辅助胆总管囊肿根治术,但达芬奇超声刀止血功能与传统腹腔镜并没有更大的优势,建议避开大龄且大囊肿患儿[11-12]。可能因装机时间及手术者熟练程度不同,目前机器人手术与腹腔镜或传统手术相比,手术时间长,但术后并发症更少,住院时间缩短[13]。机器人先天性巨结肠根治术对于盆腔深部组织解剖更精细,对周围神经及括约肌的保护更有优势。Kasai 手术、肝母细胞瘤切除术、胆囊切除术、脾脏切除术、经肛门直肠拖出术治疗先天性肛门闭锁、阑尾切除术、腹股沟斜疝修补术、胰腺肿瘤切除术等手术均有报道行机器人辅助下手术治疗[14-17]。小儿普外机器人手术主要以胆总管囊肿及巨结肠为主,其余手术报道数量相对较少,其可行性和安全性还没有大宗样本量的证实。可以肯定的是,对于普外科而言,机器人技术使外科医生更便捷地进行复杂的手术,而这些手术在腹腔镜器械下可能是相对困难的或难以完成的。

3.小儿心胸外科:2002年Le等[18]报道了机器人动脉导管未闭手术的可行性,随之机器人逐渐在小儿心胸外科使用。目前国内外成功开展手术中,肺叶切除术、纵隔肿瘤切除术、膈疝修补术三者最为常见,零散报道有机器人下肺囊肿/肿块切除、肺段切除、食管裂孔疝修补术、膈膨升、膈肌折叠、食管闭锁、食管狭窄、交感神经断离、后纵隔神经源性肿瘤切除[19]。有报道认为,体重小于15 kg的患儿因机器人套管直径与肋间隙不匹配而不能完成胸腔镜手术,心胸外科手术具有局限性,对于食管下段的手术操作选择膈腹入路更好[2]。

4.新生儿外科:新生儿体重小,达芬奇机器人公司并不推荐在新生儿开展,有专家认为,年龄与体重已不是机器人手术的绝对禁忌症[6],有研究中心表示,体重不影响手术结局[20]。有学者认为患儿体型小、体重小于10 kg不一定为禁忌证[21]。也有部分学者认为,目前机器人的体重限制可能为10～15 kg[22]。实际上,对于新生儿外科,相关手术已有多中心报道[23]。

5.小儿耳鼻喉科:小儿耳鼻喉科机器人手术目前可开展扁桃体或舌根切除术、咽部肿物切除术、甲状腺癌根治术、环状软骨成形术、部分杓状软骨切除、喉裂修补术、甲状腺或甲状旁腺切除术、腮腺肿瘤切除术、胸腺、皮样囊肿或鳃裂囊肿切除术。虽然儿童耳鼻喉头颈科可开展多种机器人辅助手术,但仍存在术野暴露困难、手术器械之间干扰的问题[24]。机器人高清放大辅助下对颈部解剖层次更清晰,局部静脉神经分界清,同时具有CO2激光功能的机械臂切割止血功能优于传统电刀,更加精准微创的理念推动小儿耳鼻喉头颈外科机器人手术的发展。

6.我国成人骨科及神经外科具有丰富机器人手术经验,在小儿骨科、小儿神经外科近3年逐渐开始报道。

三、小儿机器人手术技术的培训与提高

儿童疾病种类较成人具有明显差别,由于小儿外科机器人操作的风险,建议操作团队从出血风险较小的疾病开始累积经验后使用。目前,大部分已行小儿外科机器人手术操作时间普遍较腹腔镜操作时间长,但因新技术的扶持,机器人下操作更精确、术后并发症率降低及住院时间可缩短。

机器人技能培训纳入小儿外科住院医师规范化培训具有必要性[9]。2023年武汉儿童医院已成立小儿外科机器人培训基地,开展线上直播及线下培训课程等,增加小儿外科医师机器人技术的切磋与交流,以缩短小儿外科机器人手术学习曲线。由于机器人本身的优势适合行复杂手术,使得学习并利用机器人行小儿外科复杂手术曲线缩短,更有利于机器人在小儿外科手术中使用。

机器人可以完全取代腔镜手术吗,预计短期内不能取代。腹腔镜下腹股沟斜疝疝囊或鞘状突高位结扎术、阑尾切除术、幽门环肌切开术,这些简单、快速、成熟且对解剖组织结构要求不高的部分手术,腹腔镜在性价比上更具优势。而粘连严重的肠梗阻因为空间的有限性依然需要开腹手术。机器人手术操作复杂手术优势明显,但费用贵、费时长的问题还需要一段时间及技术与设备的提升来解决。

四、展望

在智能化时代,医生掌握机器人技术,延长手术职业生涯,可以服务更多的病人。目前,虽然没有小儿机器人的专用设备,但小儿外科医师克服各种困难,努力探索机器人的应用范畴,小儿机器人手术已经打破了生产厂家建议的年龄及体重限制,新生儿期亦可开展机器人手术,证实了机器人用于小儿外科的安全性及实用性。机器人镜头操作通道由三代的12 mm改进至四代的8 mm后,越来越适用于小儿外科手术,但是小儿专属机器人更小镜头及操作通道目前没有出现。小儿外科机器人手术仍处于初级阶段,术后并发症的统计及随访时间相对较短,机器人手术的优势和缺点,有待更多病例的积累。大数据时代,全球联网的机器人手术数据的记录和总结为未来优化手术方案和步骤的改进提供帮助,有助于不断挖掘机器人潜在优势,使其充分合理地应用于小儿外科手术。随着机器人手术技术的提高和机器人科技进一步升级换代,操作更加灵活,Trocar间距离缩小甚至单孔机器人的普及,机器人腹腔镜与传统腹腔镜共存,3D腹腔镜或将被淘汰。机器人最终在复杂小儿外科手术领域逐步完全替代传统腔镜手术。

达芬奇那古老的机器人梦想已经逐渐变成现实,未来5G技术联合机器人手术实现术者与病人之间的超远程医疗技术(距离大于3 000 km)医疗[25],将大大缩短未来地区医疗水平差距,机器人在小儿外科的应用前景值得期待。