微型機器人在微創(chuàng)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

【據(jù)Annual Review of Biomedical Engineering 2010年4月報道】題：Microrobots for minimally invasive medicine （作者：Bradley J. Nelson等）

微型機器人的廣泛應(yīng)用將改變醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的方方面面。在過去的十年里，微型機器人實現(xiàn)了兩個特別重要的進步：達芬奇機器人微創(chuàng)手術(shù)的施行和膠囊內(nèi)鏡機器人的廣泛應(yīng)用（圖1）。微型機器人可以執(zhí)行某些困難的或看似不可能完成的任務(wù)。這些不受限制、無線控制的設(shè)備，將使現(xiàn)有的微創(chuàng)治療和診斷程序出現(xiàn)巨大變化，使患者受益很多，如縮短術(shù)后恢復(fù)時間、減少并發(fā)癥及感染風(fēng)險等。

圖1 膠囊內(nèi)鏡機器人示意圖

近年來，膠囊內(nèi)鏡機器人已經(jīng)在臨床使用，這些幾厘米的設(shè)備能適應(yīng)胃腸道的大小，接受胃腸道檢查者只需吞服一?！澳z囊”，15分鐘左右即可實現(xiàn)胃部的全面檢查。其主要由磁場精確控制系統(tǒng)、智能膠囊內(nèi)鏡、便攜記錄儀和膠囊定位器4個部分組成，通過磁場對膠囊在胃部的控制實現(xiàn)輕松舒適的胃部檢查。然而，如果人類制造出幾毫米甚至更小的微型納米機器人，就能以最小的創(chuàng)傷對人體的循環(huán)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疾病進行診治。

微型機器人在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用包括以下幾個方面：（1）靶向治療。靶向給藥在提高治療部位藥物濃度的同時降低其副作用。靶向給藥也針對特定細胞或目標基因，包括靶向放療和靶向熱療等。（2）清除異物。微型機器人可以在近距離攜帶放射性粒子摧毀腫瘤并進行組織消融，如清除血管內(nèi)壁的脂肪沉積等。微型機器人還可進行超聲消融，使用超聲壓力波摧毀腎結(jié)石?；顧z或微型切除也可以由機器人承擔(dān)。（3）可控結(jié)構(gòu)。微型機器人可以作為支架支持神經(jīng)、人造器官和血管的再生，也可以阻塞滋養(yǎng)腫瘤的血管。一個無線制導(dǎo)的微型機器人還可作為暫時的或永久的腦刺激電極。（4） 遙測。微型機器人可以從不易獲得信息的特定位置獲取有用信息。當(dāng)與遙感相結(jié)合，其可用于定位人體內(nèi)未知現(xiàn)象（內(nèi)出血等）。

總之，毫米級的微型機器人可在整個身體內(nèi)部執(zhí)行醫(yī)療任務(wù)，其中包括對心血管系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、眼科疾病、耳鼻喉疾病及婦產(chǎn)科疾病的診斷及治療。

微型機器人被設(shè)計成能工作在人體內(nèi)充滿流體的軟組織中工作，其運動必須利用適當(dāng)?shù)姆椒?，主要包括：?）螺旋推進：微型機器人的運動方向可以簡單地通過改變旋轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)。（2）翼波推進：翼波推進方式在相同驅(qū)動力下比螺旋推進器效率更高。（3）混合的方法：利用電力和一個強大的、靜態(tài)的應(yīng)用磁場來實現(xiàn)。磁共振系統(tǒng)能產(chǎn)生巨大的磁場，控制和驅(qū)動機器人有序運動。也可以通過X線透視、CT掃描、紅外線輻射跟蹤微型機器人，確定其位置及工作狀態(tài)。

微創(chuàng)技術(shù)可減少術(shù)后疼痛、住院時間、恢復(fù)時間、感染風(fēng)險及成本開支，提高護理質(zhì)量。微型機器人可作為無線生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的短期目標，其設(shè)計將基于所需要完成的任務(wù)和操作環(huán)境的類型。起初微型機器人只能執(zhí)行簡單的任務(wù)，但隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人類能夠設(shè)計和制造更為復(fù)雜的、能執(zhí)行更為精密任務(wù)的機器人，如靶向給藥、原位活檢取樣和鑒定。人類需始終記住，只要解決了定位和動力問題，微型機器人一定能在人體內(nèi)得到無限應(yīng)用。

（王 雁 譯 王錦波 校）

一種新型內(nèi)窺鏡手術(shù)機器人在臨床的應(yīng)用

【據(jù)Hepato-Gastroenterology 2015年6月報道】題：Development of a novel endoscopic manipulation system: The endoscopic operation robot ver.2（作者：Keiichiro Kume等）

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，疾病診治技術(shù)侵襲性最小化是目前微創(chuàng)技術(shù)追求的目標。以前使用的內(nèi)窺鏡手術(shù)機器人（endoscopic operation robot，EOR）ver.1系統(tǒng)，雖然可以靈活操作復(fù)雜的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，但是它還有以下局限性：（1）插入體腔內(nèi)的機械操作部分不易彎曲，無法改變鏡頭的轉(zhuǎn)矩。（2）內(nèi)窺鏡是直接安裝在機器人上，在緊急情況下，不能脫離傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)。近期，日本學(xué)者開發(fā)了一種新型EOR ver.2系統(tǒng)，克服了以上兩個不足。并在程序中加入了內(nèi)鏡培訓(xùn)模式（六個培訓(xùn)模式，供不同階段學(xué)習(xí)使用）。然而，隨著內(nèi)窺鏡治療范圍的擴大，全機器人操作的內(nèi)窺鏡操作程序變得日趨復(fù)雜，增加了內(nèi)窺鏡操作醫(yī)師的負擔(dān)。EOR ver.2系統(tǒng)的全機器人操作是內(nèi)窺鏡微創(chuàng)治療領(lǐng)域的一大突破。

比較EOR ver.1和EOR ver.2兩個系統(tǒng)進行結(jié)腸鏡檢查的結(jié)果：兩組完成檢查的成功率均為100%；EOR ver.1系統(tǒng)完成時間為（17.20±3.92） min，EOR ver.2系統(tǒng)的完成時間為（9.30±2.13） min，兩組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），說明新的操作系統(tǒng)在操作時間上有明顯優(yōu)勢。

目前EOR ver.2系統(tǒng)面臨的主要問題是熟悉內(nèi)窺鏡操作的困難和如何進行內(nèi)窺鏡標準化的培訓(xùn)。EOR ver.2的遠程操縱桿是完全不同于傳統(tǒng)系統(tǒng)的人工操縱，即使一個技術(shù)很嫻熟的內(nèi)窺鏡師也會發(fā)現(xiàn)適應(yīng)EOR理念是一件很困難的事情。另外，常規(guī)內(nèi)窺鏡檢查是手動操作，內(nèi)窺鏡鏡頭運動是通過手接觸與主機的內(nèi)窺鏡來完成，而缺乏人體的感覺反饋，可能會增加患者疼痛和穿孔的風(fēng)險。因此，未來的系統(tǒng)應(yīng)考慮加入人體感覺反饋功能，進一步提高操作成功率。

（張曉輝 譯 王錦波 校）

經(jīng)自然腔道腹腔鏡手術(shù)治療外科急腹癥

【據(jù)British Journal of Surgery 2014年1月報道】題：Natural orifice transluminal endoscopic surgery for intra-abdominal emergency conditions（作者：J. Bingener等）

以最小的創(chuàng)傷完成對疾病的最佳治療是外科醫(yī)師的永恒追求。經(jīng)自然腔道腹腔鏡手術(shù)（natural orifice transluminal endoscopic surgery, NOTES）是指將內(nèi)窺鏡通過人體自然腔道（胃腸道或女性陰道）來完成腹腔內(nèi)的手術(shù)，相對于傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)，NOTES提供了微創(chuàng)手術(shù)入路，避免了腹壁切口。尤其對于身體虛弱或免疫力低下的患者，疾病的進程和治療一般不會對其造成致命后果，但緊急外科手術(shù)卻可能會給其帶來很大創(chuàng)傷。目前腹腔內(nèi)NOTES主要應(yīng)用于急性闌尾炎、消化道潰瘍穿孔、胰腺壞死及經(jīng)皮內(nèi)鏡下胃腸造瘺等患者。

急性闌尾炎 目前，闌尾切除的幾種成功內(nèi)鏡方法主要經(jīng)由胃、結(jié)腸、陰道、膀胱路徑，任何一種路徑都可以采用單純的NOTES操作或?qū)⑵渑c腹腔鏡混合應(yīng)用。NOTES方法路徑的選擇主要取決于所入腔道是否安全封閉、感染并發(fā)癥的風(fēng)險及是否便于標本取出。與經(jīng)陰道闌尾切除術(shù)相比，經(jīng)胃和結(jié)腸途徑對手術(shù)器械提出了更高要求，需要其更加靈活及更廣闊的操作范圍。此外，有研究提出經(jīng)肛門路徑作為男性代替陰道路徑的一種方法，這也是經(jīng)腸道入路的一種。關(guān)于NOTES方法闌尾切除術(shù)的術(shù)后并發(fā)癥因手術(shù)路徑的不同而有所差異，總體的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率為0%～11.9%，其中經(jīng)陰道路徑的發(fā)生率較高，最常見的是腹腔內(nèi)膿腫和尿潴留。目前，尚無經(jīng)陰道NOTES方法對患者性功能產(chǎn)生影響的報道，但這一結(jié)論仍需大規(guī)模的研究論證。

胃腸造瘺術(shù)中導(dǎo)管的更換與消化性潰瘍穿孔 當(dāng)胃腸造瘺的導(dǎo)管需要更換時，傳統(tǒng)方法是急行剖腹探查，而NOTES方法的引入使患者免于遭受全身麻醉和腹腔鏡而直接更換。對于消化性潰瘍穿孔，微創(chuàng)手術(shù)中引入NOTES關(guān)閉潰瘍的理念與開放性手術(shù)和腹腔鏡手術(shù)相同，但其可行性仍在論證。目前只有血流動力學(xué)穩(wěn)定的疑似潰瘍穿孔患者可能適合該術(shù)式，若患者有大網(wǎng)膜切除術(shù)、上消化道手術(shù)史或潰瘍巨大，則應(yīng)放棄該方法。同時，NOTES方法證明對于疑似潰瘍穿孔患者，食管胃十二指腸鏡檢查不一定是絕對禁忌的。

胰腺壞死 開放性外科手術(shù)是治療感染壞死性胰腺炎的標準術(shù)式，傳統(tǒng)方法是將壞死灶刺破并放置引流。感染壞死的處理自2000年首次通過內(nèi)窺鏡方法實現(xiàn)以來，在引入NOTES概念后獲得更多的發(fā)展動力，外科醫(yī)師可在直視下清除壞死組織以杜絕敗血癥的發(fā)生。盡管內(nèi)鏡下病灶清除術(shù)是一個緩慢的過程，但它能在保持腹壁完整的情況下清晰地呈現(xiàn)清創(chuàng)過程，有效地避免間隔綜合征的發(fā)生。類似的方法同樣適用于醫(yī)源性穿孔、術(shù)后漏、憩室炎穿孔手術(shù)。

在過去的十年中，NOTES方法在臨床上已經(jīng)單獨或聯(lián)合應(yīng)用于傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)中，但尚未完全取而代之。對于腹部有緊急情況的患者，選用侵襲性較小的技術(shù)能夠提高臨床療效。相信隨著科技的進步及外科醫(yī)師對NOTES方法的熟練，NOTES方法將不斷進步并在臨床廣泛采用。