■ 文/王國民

王國民，教授、博士生導(dǎo)師，復(fù)旦大學(xué)泌尿外科研究所顧問。曾任復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院常務(wù)副院長，中山醫(yī)院副院長、泌尿外科主任等職務(wù)。2016年獲達·芬奇機器人杰出貢獻獎、中國達·芬奇機器人奠基人榮譽。

未來的外科手術(shù)發(fā)展，一方面要發(fā)揮人的智慧，要變革和創(chuàng)新，另一方面也要借助于各種高科技，包括外科機器人、人工智能。

20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展促進了醫(yī)學(xué)的巨大進步，它使醫(yī)學(xué)技術(shù)取得了許多革命性的創(chuàng)新成果。在微創(chuàng)外科領(lǐng)域，機器人外科手術(shù)系統(tǒng)（以下簡稱“外科機器人”）已被引入外科手術(shù)的各專科，它的技術(shù)優(yōu)勢和手術(shù)效果有目共睹，使外科手術(shù)跨入了一個完全嶄新的時代。它不僅是當(dāng)今醫(yī)學(xué)技術(shù)的進步，更是人類智慧與文明的豐富表現(xiàn)。

外科機器人的發(fā)生及發(fā)展

外科機器人的研發(fā)源于人們實際需要，比如，如何為前線戰(zhàn)士及航空母艦、潛水艇、航天空間站、月球基地上的人員手術(shù)，如何讓技術(shù)高超、富有經(jīng)驗的外科醫(yī)生為異地患者手術(shù)實現(xiàn)遠程醫(yī)療，等等。研究人員先后研制了一代代外科機器人試圖解決以上的問題，實現(xiàn)人類的機器人手術(shù)“夢”。

1994年，美國Computer Motion公司首先推出“伊索”（AESOP）外科機器人裝置，這是美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)的第一臺外科機器人裝置。該機器人裝置引入了視覺技術(shù)、語言控制技術(shù)等先進科技，單個機械臂具有6個自由度，可用于手術(shù)中扶持腹腔鏡。扶持腹腔鏡得到的圖像比經(jīng)驗豐富的助手更加精確、穩(wěn)定，可使手術(shù)者的思維與視野高度統(tǒng)一，減少與助手不同思維的干擾，使腹腔鏡手術(shù)更精細(xì)和安全。1997年，筆者在美國約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)中心做訪問學(xué)者期間，曾經(jīng)參加了“伊索”外科機器人的動物實驗和臨床觀察，2001年國內(nèi)率先引進“伊索”外科機器人輔助腹腔鏡泌尿外科手術(shù)。之后，該公司又推出結(jié)合“伊索”技術(shù)，擁有3個機械臂，7個自由度，并支持遠程手術(shù)的“宙斯”（ZEUS）機器人外科手術(shù)系統(tǒng)。2001年9月7日，美國紐約的外科醫(yī)生利用該機器人裝置為遠在6 320千米外的法國斯特拉斯堡患者成功實施了一臺膽囊切除術(shù)。這是迄今世界上唯一一次利用外科機器人完成的遠程手術(shù)。

目前全世界使用最多的外科機器人是達·芬奇（da Vinic）機器人外科手術(shù)系統(tǒng)，它由美國Intuitive Surgical公司于1998年12月研制成功，2000年7月11日經(jīng)美國FDA批準(zhǔn)上市。至今，該公司已推出四代商業(yè)化產(chǎn)品，分別是第一代（1999年）達·芬奇標(biāo)準(zhǔn)手術(shù)機器人；第二代（2006年）達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)S（da Vinci S）；第三代（2009年）達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)Si（da Vinci Si）以及第四代（2014年）達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)Xi（da Vinci Xi）。達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)由三個部分組成，即外科醫(yī)生控制臺、床旁機械臂系統(tǒng)和成像系統(tǒng)?？刂婆_與手術(shù)臺的距離為2～3米或更遠，機械臂系統(tǒng)包括3個機械臂和1個攝影臂，手術(shù)時根據(jù)需要可以選用2或3個機械臂，用于插入各種特制的手術(shù)器械。三個部分的組件由數(shù)據(jù)傳輸光纜連接成一體，實現(xiàn)其完整的操作功能。手術(shù)進行時，除主刀醫(yī)師外，僅需床旁助手、洗手護士和巡回護士各一名協(xié)助完成手術(shù)。

外科機器人設(shè)備優(yōu)勢明顯。首先，三維高清手術(shù)視野可將圖像放大10～15倍，使圖像更清晰，組織定位和器械操作更準(zhǔn)確；其次，攜帶手術(shù)器械的Endowrist仿人手腕具有7個自由度及540°旋轉(zhuǎn)，能識別和過濾手顫抖信號；最后，機器人還有合理的人體工程力學(xué)設(shè)計的控制臺。此外，達·芬奇機器人Si和Xi除了具有三維超高清手術(shù)視野、更高的分辨率、設(shè)計新穎的操控界面外，還具備雙控制臺的功能，可將攝影鏡安裝在任何一個機械臂上，同時支持單孔手術(shù)、熒光顯影等。因此，該系統(tǒng)的手術(shù)器械完全可以達到人手的靈活度和準(zhǔn)確度，并能進行人手不能觸及的狹小空間的精細(xì)手術(shù)操作。該系統(tǒng)使手術(shù)醫(yī)生學(xué)習(xí)曲線縮短，疲勞減輕，手術(shù)更安全。

外科手術(shù)的發(fā)展歷程

外科手術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段，也有人稱之為三個時代。

第一代：開放性手術(shù)時代。從19世紀(jì)有外科手術(shù)開始到現(xiàn)代的開放性手術(shù)，已有100多年歷史。人們曾面臨手術(shù)帶來的疼痛、感染、出血和手術(shù)后休克等醫(yī)學(xué)問題，現(xiàn)在全都得到了相應(yīng)的解決，并有了麻醉、消毒滅菌、顯微外科技術(shù)、器官移植、關(guān)節(jié)置換、各種內(nèi)鏡的微創(chuàng)技術(shù)等突出的成就。

第二代：微創(chuàng)手術(shù)時代。以腹腔鏡手術(shù)為代表的各種內(nèi)鏡手術(shù)在多學(xué)科進入臨床應(yīng)用。尤其是1985年德國人梅希芝·米厄（Erich Muhe）、1987年法國醫(yī)生菲利普·穆雷（Philippe Mouret）、1988年法國醫(yī)生弗朗索瓦·杜波依斯（Francois Dubois）等相繼完成了腹腔鏡膽囊切除術(shù)，一舉震驚了世界外科學(xué)界。腹腔鏡不再單純用來做檢查，而能夠?qū)⒉∽兘M織切除，從而開創(chuàng)了外科手術(shù)的新歷程。外科手術(shù)從很長的切口演變成腹腔鏡的小孔（3～4個），或單孔就可以進入腹腔做手術(shù)，甚至無須切開皮膚，僅利用人體本身的自然腔道（如食管、氣管、尿道、陰道等）就能進行手術(shù)。隨之，微創(chuàng)外科的概念也產(chǎn)生并完善，其技術(shù)在普通外科、泌尿外科、婦科、胸外科及小兒外科等領(lǐng)域迅速傳播和發(fā)展，成績斐然。人們認(rèn)為微創(chuàng)手術(shù)是繼外科學(xué)史上麻醉、消毒滅菌、臨床營養(yǎng)治療、器官移植后的一個里程碑。

第三代：機器人外科時代。20世紀(jì)90年代，外科機器人研制成功并應(yīng)用于臨床，很快被外科各?？频尼t(yī)生所接受并受到患者的青睞。2009年10月，在美國芝加哥召開的首屆國際機器人大會宣布機器人外科時代的到來。外科機器人技術(shù)被認(rèn)為是外科手術(shù)的未來發(fā)展方向，它是人類醫(yī)學(xué)外科學(xué)史上的又一個里程碑。

外科機器人的臨床應(yīng)用

至2017年6月底，達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)的全球裝機已達4 149臺，其中美國2 703臺、歐洲698臺、亞洲538臺，其他地區(qū)210臺。至2017年12月，我國裝機量為69臺，主要分布在北京、上海及各省主要城市的部分三甲醫(yī)院。2016年全球達·芬奇機器人的年手術(shù)量超過70萬例，比2015年增長15%。據(jù)統(tǒng)計，至2017年6月底，我國完成達·芬奇機器人手術(shù)共53 101例，其中泌尿外科23 432例，普通外科14 636例，胸外科6 263例，婦科5 972例。

●在泌尿外科領(lǐng)域中的應(yīng)用

泌尿外科采用外科機器人進行手術(shù)比較早，也更加普遍，主要用于前列腺癌根治術(shù)、腎部分切除術(shù)、腎癌根治術(shù)、腎盂輸尿管整形術(shù)、輸尿管膀胱再植術(shù)、全膀胱切除術(shù)和腎上腺腫瘤切除術(shù)等。自2000年由德國醫(yī)生葉切·賓德爾（Jechen Binder）完成世界上第一例機器人輔助根治性前列腺切除術(shù)后，外科機器人在前列腺癌根治術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)越來越成熟，已被認(rèn)為是前列腺癌手術(shù)的“金標(biāo)準(zhǔn)”。據(jù)統(tǒng)計，在美國，85%的前列腺癌患者采用外科機器人輔助根治性前列腺切除（RARP）。RARP與傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)比較，手術(shù)時間和術(shù)后住院天數(shù)的差異無統(tǒng)計學(xué)的意義，但它具有術(shù)中出血量少、并發(fā)癥少、手術(shù)切緣陽性率低、中轉(zhuǎn)開放手術(shù)率低、患者術(shù)后控尿能力強等優(yōu)點。2004年，美國學(xué)者馬修·格特曼（Matthew Gettman）等首次報道應(yīng)用達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)完成腎部分切除術(shù)。其結(jié)果表明，機器人可變的腕關(guān)節(jié)活動可有效地切除腎腫瘤，并進行精確的腎重建，整個手術(shù)過程的熱缺血時間低于30分鐘。同時，達·芬奇機器人在縫合技術(shù)方面優(yōu)勢十分明顯。2003年，美國亨利福特醫(yī)院的摩尼·梅農(nóng)（Mani Menon）等首次報道應(yīng)用達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)輔助全膀胱切除和尿路改道手術(shù)。筆者所在的復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院泌尿外科團隊從2009年7月至今采用達·芬奇外科機器人已完成各類手術(shù)超過1 600例，手術(shù)優(yōu)勢明顯，療效優(yōu)良。

●在普通外科領(lǐng)域中的應(yīng)用

普通外科包括肝膽胰外科、胃腸外科、結(jié)直腸外科等。目前，采用外科機器人的主要手術(shù)有肝葉切除術(shù)、胰體尾切除術(shù)、胃癌根治術(shù)、胃折疊術(shù)等減肥手術(shù)、結(jié)直腸癌根治術(shù)，也用于胰十二指腸切除術(shù)、胰中段切除、胃短流術(shù)以及食管裂孔疝修補術(shù)。

自1998年由比利時醫(yī)生雅克·希彭斯（Jacques Himpens）完成首例機器人外科手術(shù)系統(tǒng)膽囊切除術(shù)后，國內(nèi)外在膽囊切除術(shù)方面積累了大量的臨床實踐經(jīng)驗。

在肝外科手術(shù)中已有多篇利用外科機器人進行肝葉切除的報道。瓦西·塞爾邦（Vasile Serban）等人認(rèn)為，外科機器人可以安全有效地應(yīng)用于肝左葉切除治療各種肝良性、惡性腫瘤和肝腫塊的局部切除。臨床結(jié)果表明，利用外科機器人進行肝外科手術(shù)可以使操作更加精細(xì)，術(shù)中出血量少，術(shù)后住院天數(shù)減少，對肝硬化患者進行肝切除也較安全。但是，手術(shù)時間較長，可能與術(shù)者早期操作相對不熟練有關(guān)。在手術(shù)操作過程中，利用術(shù)中超聲可以準(zhǔn)確地判斷病變范圍、位置及其與主要血管的關(guān)系，有利于提高肝葉切除的準(zhǔn)確性、安全性。關(guān)于半肝切除等復(fù)雜肝臟手術(shù)的報道較少，對肝惡性病變切除的長期預(yù)后的研究尚缺乏臨床大樣本的隨機對照試驗數(shù)據(jù)。

由于胰腺解剖位置較深，且毗鄰多有重要的血管分布，以及術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率較高，傳統(tǒng)的腹腔鏡手術(shù)在胰腺外科發(fā)展緩慢，基本被認(rèn)為是“禁區(qū)”。2002年，美國蒙蒂菲奧里醫(yī)療中心的斯科特·梅爾文（Scott Melvin）等人首次將達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用于胰腺外科，揭開了機器人胰腺外科的序幕。目前，外科機器人技術(shù)幾乎涵蓋了所有的胰腺手術(shù)，并得到了專家的認(rèn)可。它可以克服傳統(tǒng)腹腔鏡技術(shù)的局限性，最大限度發(fā)揮微創(chuàng)的優(yōu)勢，在腹腔有限的空間中做到精細(xì)的解剖操作，并可以有效地控制術(shù)中出血，減少手術(shù)損傷。

2002年，日本九州醫(yī)學(xué)院橋爪誠（Makoto Hashizume）等人首次報道外科機器人胃癌根治術(shù)，適用于早期胃癌、部分局部進展期胃癌。近期觀察結(jié)果表明，外科機器人手術(shù)與傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)療效無明顯差異，但學(xué)習(xí)曲線更短，淋巴結(jié)清掃更多，消化道各種吻合方式均較腹腔鏡手術(shù)有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

●在婦科領(lǐng)域中的應(yīng)用

2005年，美國FDA批準(zhǔn)達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)可應(yīng)用于婦科手術(shù)。據(jù)統(tǒng)計，至2010年，美國95%的婦科腫瘤醫(yī)師所在醫(yī)療機構(gòu)都擁有該機器人。外科機器人已開展的手術(shù)有宮頸癌根治術(shù)、子宮內(nèi)膜癌根治術(shù)、卵巢癌根治術(shù)、子宮肌瘤剔除術(shù)以及子宮內(nèi)膜異位癥切除術(shù)、輸卵管狹窄切除再通術(shù)和骶骨陰道固定術(shù)等。在國內(nèi)，凡開展外科機器人婦科手術(shù)的醫(yī)療機構(gòu)大多已開展以上的手術(shù)，并有論文發(fā)表。采用外科機器人手術(shù)對患者可以減少術(shù)中出血量、術(shù)后住院天數(shù)以及并發(fā)癥，使手術(shù)操作更加精準(zhǔn)，更為舒適。在開腹、腹腔鏡與外科機器人的手術(shù)比較，結(jié)果顯示，三者療效相當(dāng)或外科機器人手術(shù)更優(yōu)，手術(shù)者學(xué)習(xí)曲線縮短，比較容易掌握。

●在胸外科、心臟外科及其他領(lǐng)域中的應(yīng)用

達·芬奇機器人可用于胸外科包括肺葉切除、食管癌根治術(shù)、縱隔腫瘤切除術(shù)等；在心臟外科包括二尖瓣修復(fù)/置換術(shù)、房缺修補，取乳內(nèi)動脈術(shù)、心包腫瘤切除術(shù)、室缺修補術(shù)以及不停跳冠脈搭橋術(shù)等都有應(yīng)用。其他應(yīng)用領(lǐng)域包括小兒腎盂輸尿管連接處先天性狹窄整形術(shù)，成人經(jīng)腋下/乳暈下甲狀腺切除術(shù)等。

外科機器人的未來

未來的外科手術(shù)一方面要發(fā)揮人的智慧，要變革和創(chuàng)新，另一方面也要借助于各種高科技，包括外科機器人、人工智能。雖然達·芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)已進入第三代（Si）和第四代（Xi），在硬件技術(shù)層面也有許多改進和創(chuàng)新，但是與臨床的需要尚存在距離，國內(nèi)用戶普遍反映存在設(shè)備昂貴、缺乏力反饋信息傳遞、整個系統(tǒng)較龐大等問題。未來的外科機器人在視覺、操控和整合技術(shù)方面需要創(chuàng)新，比如視覺上在內(nèi)鏡前端配備顯微鏡、超聲血流探測儀、支持更多分子追蹤顯示技術(shù)，整合即時影像識別技術(shù)和三維影像信息；操控上除了多人同時/切換操控外，可以運用遠程操控；增加語音識別或人工智能輔助捕捉記錄主刀的操控動作等。此外，還可以引入第三方技術(shù)包括術(shù)中放療、三維影像重建等。在手術(shù)方式上采用單孔途徑，尚需改進更多的手術(shù)器械，提供可彎曲的內(nèi)鏡及器械，使操作過程中銳、鈍性分離、切割、結(jié)扎、電凝及縫合更加得心應(yīng)手。

綜上，外科機器人為外科手術(shù)發(fā)展提供了一個良好的平臺，使外科技術(shù)發(fā)生了新的飛躍，患者可以獲得精準(zhǔn)醫(yī)療的效果。我們期盼未來的外科機器人向小型化、智能化和遠程化方向發(fā)展，更大地發(fā)揮外科機器人的優(yōu)勢。面對外科機器人及人工智能的發(fā)展，我們要做的，就是把控好技術(shù)未來發(fā)展的方向，讓它造福于人類。