嵇 武綜述,李 寧,黎介壽審校

達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的應(yīng)用進(jìn)展

嵇 武綜述,李 寧,黎介壽審校

手術(shù)機(jī)器人在微創(chuàng)的基礎(chǔ)上,以前所未有之優(yōu)勢將手術(shù)的精度提升到了一個(gè)全新的高度。在國外已廣泛應(yīng)用于心胸外科、泌尿外科、婦科和腹部外科等手術(shù),國內(nèi)也有數(shù)家醫(yī)院開始應(yīng)用手術(shù)機(jī)器人,取得了良好的效果。一個(gè)以手術(shù)機(jī)器人為代表、以信息化處理為標(biāo)志的新的外科手術(shù)時(shí)代即將來臨。本文系統(tǒng)介紹手術(shù)機(jī)器人的構(gòu)成、技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)展,探討存在的問題和發(fā)展方向。

手術(shù)機(jī)器人;腹腔鏡;微創(chuàng)外科

近年來興起的手術(shù)機(jī)器人技術(shù)在微創(chuàng)的基礎(chǔ)上,將手術(shù)的精度和可行性提升到了一個(gè)全新的高度,引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注,甚至有人預(yù)言一個(gè)以手術(shù)機(jī)器人為代表、以信息化處理為標(biāo)志的新的外科手術(shù)時(shí)代即將來臨[1-2]。目前,國外手術(shù)機(jī)器人已在心胸外科、泌尿外科、婦科和腹部外科等領(lǐng)域逐漸普及[3-6],國內(nèi)也有數(shù)家醫(yī)療單位陸續(xù)引進(jìn)代表當(dāng)今手術(shù)機(jī)器人最高水平的達(dá)芬奇 (da Vinci)手術(shù)機(jī)器人,并迅速投入運(yùn)用。

1 達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的構(gòu)成與特點(diǎn)

達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人由美國 Intuitive Surgical公司生產(chǎn),目前國內(nèi)購置的是第三代高清型 (da Vinci S),有三個(gè)部分組成:①手術(shù)醫(yī)師的操作主控臺。②機(jī)械臂、攝像臂和手術(shù)器械組成的移動(dòng)平臺。③三維成像視頻影像平臺。實(shí)施手術(shù)時(shí)外科醫(yī)生不與患者直接接觸,通過三維視覺系統(tǒng)和動(dòng)作定標(biāo)系統(tǒng)操作控制,醫(yī)生手臂、手腕和手指的動(dòng)作通過傳感器在計(jì)算機(jī)中記錄下來,并同步翻譯給機(jī)器手臂,機(jī)械手臂的前端安裝各種特殊的手術(shù)器械模擬外科醫(yī)生的技術(shù)動(dòng)作,完成手術(shù)操作。達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人除繼承了腹腔鏡手術(shù)微創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)外,其優(yōu)越性表現(xiàn)在[7-8]:手術(shù)器械上的關(guān)節(jié)具有多個(gè)活動(dòng)自由度,更加靈活,拓展了手術(shù)人員的操作能力,提高手術(shù)精度;在手術(shù)中手術(shù)器械可濾除人手自然顫動(dòng);系統(tǒng)末端的手術(shù)器械具有牽引、切割、縫合等多種功能,能在狹小空間操作精細(xì)手術(shù);高分辨率的三維圖像處理設(shè)備,便于外科醫(yī)生清晰精確地進(jìn)行組織定位和器械操作;術(shù)者可采取坐姿進(jìn)行手術(shù)操作,利于完成長時(shí)間、復(fù)雜的手術(shù)。

2 從外科手術(shù)的發(fā)展比較手術(shù)機(jī)器人的技術(shù)優(yōu)勢

18世紀(jì) 80年代,醫(yī)學(xué)先驅(qū) Billroth打開了患者的腹腔,完成了人類歷史上首例腹部外科手術(shù),這種傳統(tǒng)的開腹 (開胸)手術(shù)被稱為第一代外科手術(shù),一直沿用至今。20世紀(jì) 80年代,以腹腔鏡技術(shù)為標(biāo)志的微創(chuàng)手術(shù)取得突破性進(jìn)展,在許多外科領(lǐng)域取代傳統(tǒng)手術(shù),被稱為第二代外科手術(shù)。進(jìn)入 21世紀(jì),以 da Vinci為代表的手術(shù)機(jī)器人開發(fā)并迅速投入臨床應(yīng)用,以其全新的理念和技術(shù)優(yōu)勢被認(rèn)為是外科發(fā)展史上的又一次革命,也預(yù)示著第三代外科手術(shù)時(shí)代的來臨。三代外科手術(shù)技術(shù)特點(diǎn)的比較見表1。

2 手術(shù)機(jī)器人的臨床應(yīng)用

2.1 心胸外科 開放式心胸外科手術(shù)需要開胸,分離胸骨,游離肋骨,在體外循環(huán)下完成,手術(shù)創(chuàng)傷大,手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高,術(shù)后恢復(fù)時(shí)間長。胸腔鏡已用于肺葉切除、冠狀動(dòng)脈搭橋等心胸外科手術(shù),這種微創(chuàng)的手術(shù)方法不用開胸,僅需在肋間作幾個(gè)小切口,就能完成手術(shù)操作,患者痛苦小,術(shù)后恢復(fù)快。但其適用范圍有限,無法完成一些解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的手術(shù),因而開展并不普及。手術(shù)機(jī)器人最早于 1999年完成了首例冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù),2003年起用于各種心臟外科直視手術(shù)。它在不破壞胸廓完整性的前提下,能精準(zhǔn)地完成手術(shù)操作,而且適應(yīng)證范圍廣泛,幾乎涵蓋所有的心胸外科手術(shù)[9-11],如心臟外科的全腔內(nèi)心臟搭橋、心臟不停跳取乳內(nèi)動(dòng)脈、二尖瓣成形、二尖瓣置換、房間隔缺損修補(bǔ)、三尖瓣成形、心臟腫瘤切除,胸外科的肺葉切除、食管癌切除、胸腺切除和食管失弛緩癥的治療等。其中,全腔內(nèi)心臟搭橋手術(shù)和二尖瓣成形手術(shù)是手術(shù)機(jī)器人在心胸外科開展的代表手術(shù)。臨床應(yīng)用表明手術(shù)機(jī)器人的手術(shù)安全性高,療效明顯好于開放式手術(shù)和胸腔鏡手術(shù)[12-13]。經(jīng)過 10余年的發(fā)展,手術(shù)機(jī)器人在心胸外科應(yīng)用已逐步成熟,但其技術(shù)要求高,實(shí)施難度大,目前在國際上僅有為數(shù)不多的心胸外科中心能夠常規(guī)開展。國內(nèi)解放軍總醫(yī)院高長青等率先于2007年起應(yīng)用 da Vinci手術(shù)機(jī)器人治療各種心胸外科疾病,至 2009年已完成 21種共 210余例手術(shù)[14],在該領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先水平。

表1 三代外科手術(shù)技術(shù)特點(diǎn)的比較

2.2 泌尿外科 腹腔鏡技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于泌尿外科手術(shù),這一微創(chuàng)的手術(shù)方式適用于許多常規(guī)的泌尿外科手術(shù),如腎切除、腎上腺切除、輸尿管切開、膀胱腫瘤切除、前列腺腫瘤切除等。但由于泌尿系統(tǒng)解剖學(xué)上的特殊性,限制了腹腔鏡技術(shù)的普及和推廣,一些復(fù)雜的手術(shù)往往難以掌握,而且手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生率較高。手術(shù)機(jī)器人以其獨(dú)特的深部操作和精細(xì)操作的技術(shù)優(yōu)勢,在國外廣泛應(yīng)用于各種泌尿外科手術(shù)[15-16],包括前列腺癌根治、腎切除、腎盂成形、全膀胱切除、輸精管吻合、輸尿管成形、活體供腎切取等。其中,前列腺癌根治術(shù)是最能體現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢的手術(shù),手術(shù)機(jī)器人提供寬闊視野和準(zhǔn)確、靈活的控制能力,能夠清楚呈現(xiàn)組織、器官的解剖構(gòu)造和神經(jīng)血管束的走行,精細(xì)的分離有利于淋巴結(jié)的清掃,準(zhǔn)確的縫合保證了吻合的高質(zhì)量,手術(shù)中精確保留前列腺側(cè)筋膜,有利于減少手術(shù)對患者性生活的影響,術(shù)后病理檢查和隨訪都顯示了良好的腫瘤切除效果[17]。自 2000年開展首例手術(shù)機(jī)器人前列腺癌根治性切除以來,該術(shù)式在國外得到迅速推廣。目前,在北歐國家超過一半以上的前列腺癌根治手術(shù)由手術(shù)機(jī)器人完成,而在美國,這一比例更是高達(dá) 90%,已成為前列腺癌根治手術(shù)的“金標(biāo)準(zhǔn)”[18]。

2.3 婦科 以腹腔鏡技術(shù)為代表的微創(chuàng)手術(shù)方式正逐步取代傳統(tǒng)的開放式手術(shù),應(yīng)用于從卵巢囊腫開窗引流到全子宮切除和盆腔淋巴結(jié)清掃等各種婦科手術(shù)中。但是大部分的婦科手術(shù)需要在狹窄的盆腔內(nèi)完成,手術(shù)操作的視野和空間都非常有限,這使腹腔鏡器械的活動(dòng)自由度受限,且操作的動(dòng)作幅度不穩(wěn)定,難以完成一些需要精細(xì)分離、縫合及淋巴結(jié)清掃的操作,限制了腹腔鏡技術(shù)在復(fù)雜婦科手術(shù)中的應(yīng)用。da Vinci手術(shù)機(jī)器人于 2005年被美國FDA批準(zhǔn)用于婦科微創(chuàng)手術(shù),此后,該技術(shù)迅速普及。臨床應(yīng)用結(jié)果表明手術(shù)機(jī)器人手術(shù)具有更高的精確性,更好的操控性,能在骨盆中完成精細(xì)的操作,有利于功能的重建和盆腔淋巴結(jié)清掃[19]。國外報(bào)道較多的是用于宮頸癌根治手術(shù),該手術(shù)需要運(yùn)用精確的分離技術(shù)進(jìn)行韌帶切斷、輸尿管游離、淋巴結(jié)清掃等,可以充分發(fā)揮手術(shù)機(jī)器人的技術(shù)優(yōu)勢,達(dá)到理想的手術(shù)效果[20-21]。對于需要進(jìn)行比較復(fù)雜縫合技術(shù)的手術(shù),如復(fù)雜的子宮肌瘤切除術(shù),運(yùn)用手術(shù)機(jī)器人靈巧的手術(shù)臂高質(zhì)量地完成縫合,有助于減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。此外,報(bào)道的手術(shù)機(jī)器人手術(shù)還有全子宮切除、輸卵管再通吻合、卵巢切除和盆底重建等[22-23]。

2.4 腹部外科 早期手術(shù)機(jī)器人主要用于腹部外科,開展了一些比較簡單的手術(shù),但并沒有表現(xiàn)出比腹腔鏡手術(shù)更明顯的優(yōu)勢,因而未推廣應(yīng)用。近年來,隨著手術(shù)機(jī)器人在其他外科領(lǐng)域的成功開展,其在腹部外科的應(yīng)用和研究又重新活躍,迅速開展了各種手術(shù)。根據(jù)其對第二代腹腔鏡手術(shù)的影響程度,可將手術(shù)機(jī)器人腹部外科手術(shù)分為三類:①對常規(guī)開展的腹腔鏡手術(shù)基本沒有影響的機(jī)器人手術(shù),例如機(jī)器人膽囊切除、抗反流的胃底折疊、疝修補(bǔ)、闌尾切除、可調(diào)節(jié)捆扎帶胃減容和良性胃腸腫瘤的切除等。②可顯著提高腹腔鏡手術(shù)效果的機(jī)器人手術(shù),范圍比較廣泛,包括機(jī)器人肝葉切除[24]、復(fù)雜膽道重建[25]、胃旁路減重[26-27]、胃癌根治[28-29]、結(jié)直腸癌根治[30-31]、胰腺部分切除和胰十二指腸切除等[32]。③目前在腹腔鏡下難以完成,唯有手術(shù)機(jī)器人能精準(zhǔn)完成的一些手術(shù),例如內(nèi)臟動(dòng)脈瘤切除吻合、細(xì)口徑的膽管空場吻合、復(fù)雜的腹腔內(nèi)淋巴結(jié)清掃等。國外統(tǒng)計(jì)資料表明手術(shù)機(jī)器人在腹部外科的應(yīng)用仍不如心胸外科、泌尿外科廣泛,其原因在于:①腹腔鏡技術(shù)在腹部外科應(yīng)用普及、技術(shù)成熟,絕大多數(shù)的腹部手術(shù)可在腹腔鏡下完成。②常規(guī)的腹部手術(shù)難度不大,對手術(shù)精度的要求不是很高。③有些腹部手術(shù)涉及的范圍廣泛,手術(shù)機(jī)器人操作受限制。因此,合理掌握手術(shù)機(jī)器人在腹部手術(shù)的適應(yīng)證顯得尤為重要[33],通常認(rèn)為主要包括兩個(gè)方面:①手術(shù)機(jī)器人對某些特殊部位的腹部手術(shù)比較適用,如近端胃切除術(shù)、結(jié)腸肝曲和脾曲切除術(shù)、低位直腸切除術(shù)等。②手術(shù)機(jī)器人對長時(shí)間、精細(xì)的腹部手術(shù)優(yōu)勢明顯,如胰十二指腸切除術(shù)、復(fù)雜的肝臟和膽道手術(shù)、血管吻合術(shù)等。而對于比較簡單的腹部手術(shù),從效價(jià)比角度考慮,目前還是主張盡量在腹腔鏡下完成,或作為開展手術(shù)機(jī)器人手術(shù)早期的適應(yīng)性訓(xùn)練。

3 手術(shù)機(jī)器人臨床應(yīng)用中存在的問題

3.1 存在缺陷 手術(shù)機(jī)器人自身仍存在著一定的缺陷,如:觸覺反饋體系的缺失;手術(shù)機(jī)器人的器械臂固定以后,其操作范圍受限;整套設(shè)備的體積過于龐大,安裝、調(diào)試比較復(fù)雜;系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜,在使用過程中可能發(fā)生各種機(jī)械故障,如術(shù)中死機(jī)等;系統(tǒng)的學(xué)習(xí)曲線較長,醫(yī)生與系統(tǒng)的配合需要長時(shí)間的磨合;手術(shù)前的準(zhǔn)備及手術(shù)中更換器械等操作耗時(shí)較長等。

3.2 費(fèi)用昂貴 手術(shù)機(jī)器人的使用成本昂貴,表現(xiàn)在幾個(gè)方面:①購置費(fèi)用高,目前國內(nèi)第三代四臂da Vinci手術(shù)機(jī)器人的總體購置費(fèi)用在 2000萬以上。②手術(shù)成本高,機(jī)器人手術(shù)中專用的操作器械每用 10次就需強(qiáng)制性更換,而更換一個(gè)操作器械需花費(fèi)約 2000美元。③維修費(fèi)用高,手術(shù)機(jī)器人需定期進(jìn)行預(yù)防性維修,每年維修保養(yǎng)費(fèi)用也是一筆不小的開支。造成機(jī)器人手術(shù)使用成本高的原因通常被認(rèn)為是其生產(chǎn)商通過收購競爭對手和專利保護(hù)等手段在這一領(lǐng)域形成了壟斷所致,而這也成為制約手術(shù)機(jī)器人進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)重要原因。

4 前景展望

從目前的應(yīng)用結(jié)果分析,手術(shù)機(jī)器人突破了腹腔鏡技術(shù)發(fā)展的一些限制,提高了手術(shù)的精度和可行性,使腹腔鏡技術(shù)得到更高的傳承。今后可能通過設(shè)備的改進(jìn)、技術(shù)的完善進(jìn)一步成為微創(chuàng)外科的新標(biāo)準(zhǔn):①手術(shù)機(jī)器人自身的不斷完善,將向小型化、智能化和實(shí)用性方向發(fā)展,使其具備與其他影像學(xué)資料更強(qiáng)的兼容性,并開發(fā)具有觸覺反饋功能的操作系統(tǒng)和適配的操作器械[34]。②不斷開發(fā)新的產(chǎn)品,并降低使用的成本[35]。在國外該領(lǐng)域已形成壟斷的形勢下,國內(nèi)北京航天航空大學(xué)與海軍總醫(yī)院聯(lián)合研發(fā)的 CRAS手術(shù)機(jī)器人顯得彌足珍貴,目前 CRAS已完成第五代的研制和臨床應(yīng)用,但在擴(kuò)大適用范圍和實(shí)用性方面還有許多問題需要解決。積極開發(fā)國產(chǎn)的整套手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)、研發(fā)適配的手術(shù)器械,可能是在我國降低手術(shù)機(jī)器人使用成本的重要途徑。③遠(yuǎn)程會(huì)診、教學(xué)和手術(shù)的開展,雖早在 2001年,第一例通過手術(shù)機(jī)器人完成的跨大西洋遠(yuǎn)程手術(shù)已經(jīng)完成,但由于手術(shù)信號傳導(dǎo)過程中的時(shí)間延遲等問題還沒有滿意的解決方案,使這一極具發(fā)展前景的技術(shù)至今未能推廣應(yīng)用。但我們?nèi)匀挥欣碛上嘈?隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展,可能通過某種特殊的方式,將全球的 da Vinci手術(shù)機(jī)器人聯(lián)系起來,形成一個(gè)局域網(wǎng)系統(tǒng),先在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程會(huì)診、手術(shù)教學(xué),再逐步向手術(shù)機(jī)器人遠(yuǎn)程手術(shù)過渡。④在軍事醫(yī)學(xué)和急救醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用,美軍一直是手術(shù)機(jī)器人研發(fā)的積極倡導(dǎo)者和推動(dòng)者,歷經(jīng)阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭的考驗(yàn),美軍充分意識到了手術(shù)機(jī)器人潛在的軍事價(jià)值,近年來明顯加快了在該領(lǐng)域的研究步伐,重點(diǎn)是高分辨率數(shù)字信號的傳輸技術(shù)、便攜式手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng) (Trauma Pod)等。據(jù)報(bào)道已完成部分試驗(yàn)工作,有些成果即將投入實(shí)際應(yīng)用,這可能對平時(shí)、戰(zhàn)時(shí)傷員的救治將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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R616

A

1672-271X(2010)05-0427-04

2010-06-23)

嵇 武 (1969-),男,江蘇灌南人,博士,主任醫(yī)師,從事微創(chuàng)外科工作

210002江蘇南京,南京軍區(qū)南京總醫(yī)院全軍普通外科研究所

(本文編輯:黃攸生)