萬廣英,鄒振亞,董康迪,周曉陽,段紅香,張曼曼,茅金寶

(1.山東第一醫(yī)科大學附屬省立醫(yī)院麻醉手術科一部,山東 濟南,250021;2.山東第一醫(yī)科大學附屬省立醫(yī)院胃腸外科)

微創(chuàng)一直以來是外科手術發(fā)展的主要方向及外科醫(yī)生追求的目標,目前腔鏡手術仍是我國主要的手術方式。標準的腔鏡手術團隊由主刀外科醫(yī)生、扶鏡手、洗手護士、巡回護士組成[1]。扶鏡手一般由低年資醫(yī)生或醫(yī)學生擔任,有時洗手護士也會擔任此角色[2]。為了給主刀醫(yī)生提供最佳手術視角,扶鏡手通常處于不利的位置,因此會違背扶鏡手的人體工程學,從而導致助手出現(xiàn)頸肩、腰背部疼痛等勞損[3]。此外,由于腔鏡手術時間較長,對于扶鏡手的體力與耐力也是一種考驗,從而導致鏡頭在手術過程中出現(xiàn)碰撞、不自覺移位等現(xiàn)象[4]。為解決這一問題,扶鏡機器人應運而生。雖然達芬奇機器人手術具備更高的穩(wěn)定性,但因缺乏力學反饋及昂貴的價格,目前尚未實現(xiàn)全面的臨床應用[5]。扶鏡機器人因較短的學習曲線、節(jié)省的費用、優(yōu)異的效果等優(yōu)勢得到國外學者的廣泛應用。本文現(xiàn)對扶鏡機器人在腔鏡手術中的應用進行總結與分析,并為其發(fā)展提供借鑒與指導。

1 扶鏡機器人的起源與發(fā)展

隨著現(xiàn)代信息技術工程的發(fā)展,腔鏡手術中鏡頭震顫、視野不穩(wěn)定等問題逐漸得到解決。相機支架最初分為被動與主動相機支架。被動相機支架是由數(shù)個金屬桿、關節(jié)連接組成,尖端有一個固定內(nèi)鏡的夾子。使用時術者將其安裝在手術床導軌上,通過手動移動支架將其固定在合適位置。主動相機支架的關節(jié)則是由電機進行驅(qū)動,目前存在多種控制方式,如語音、紅外線、圖像引導等。研究證實,與被動相機支架相比,主動相機支架可改善術中操作任務,并且不會增加手術時間,因此主動相機支架更具備臨床優(yōu)勢[6-7]。AESOPTM是美國Computer Motion公司的產(chǎn)品,也是第一個被美國食品藥品管理局批準用于輔助手術的扶鏡機器人[8],成為眾多手術機器人的前身。起初AESOPTM系統(tǒng)是通過手或腳遙控使用[9],1996年第二代AESOPTM系統(tǒng)置入了聲卡,升級為語音控制。1998年完成第一例腔鏡膽囊切除術。截至2002年,全世界使用AESOPTM已完成175 000例手術。2003年美國Computer Motion公司與生產(chǎn)達芬奇機器人的Intuitive Surgical公司合并,隨后達芬奇機器人幾乎壟斷了全球的市場,扶鏡機器人也因此未完全融入到市場與臨床中[10]。機器人手術因缺乏力學反饋及高昂的價格限制了其發(fā)展、應用,于是近年扶鏡機器人又重新引起了關注,并逐漸應用于各類腔鏡手術中,如膽囊切除、腹股溝疝修補、前列腺切除等手術,均取得較好的效果。

2 扶鏡機器人的控制模式及特點

扶鏡機器人產(chǎn)品包括多種,如FreeHandTM、EndoAssistTM、SoloassistTM、VikyTM、AESOPTM、AutoLapTM等[1,11-17]。不同的產(chǎn)品具備不同的控制模式：(1)紅外線控制模式。EndoAssistTM與FreeHandTM使用紅外線控制方式,EndoAssistTM術中需將機器人推至術者對側(cè)床旁。術者頭上佩戴一個紅外線發(fā)射裝置,在屏幕上放置紅外線傳感器,以接收醫(yī)生的動作,術者按下腳踏開關則可做出平移、傾斜、變焦等動作。此外,EndoAssistTM有一個力傳感器作為安全保護功能,如果術中遇到過大的阻力會立刻暫停設備。FreeHandTM比EndoAssistTM使用更方便,FreeHandTM體積相對較小,可固定在手術床兩側(cè)的導軌上,術者佩戴紅外線傳輸耳機進行信號傳輸。(2)語音控制模式。AESOPTM與VikyTM系統(tǒng)使用此控制模式,Wagner等[15]的研究對比了AESOPTM與EndoAssistTM兩種控制模式的機器人,結果發(fā)現(xiàn)兩種控制模式在腔鏡手術中的效果差異并無統(tǒng)計學意義,但AESOPTM在執(zhí)行速度方面遜色于EndoAssistTM,原因是AESOPTM在運行過程中容易出現(xiàn)語音識別錯誤。VikyTM不僅解決了語音識別錯誤的問題,而且體積更小、使用更便捷。(3)操縱桿控制模式。操縱桿控制模式則是術者通過點擊小型無菌控制器上的按鍵,以控制鏡頭的上下左右與進退,如SoloassistTM。此控制模式的機器人為液壓驅(qū)動,體型小,可固定在手術床導軌上。(4)圖像引導控制模式。此控制模式的扶鏡機器人于2018年投入臨床使用,圖像引導即術者通過點擊小型無菌控制器上的按鍵,設備自動定位所使用器械的尖端,對器械進行跟蹤然后定位至術野。此類控制模式扶鏡機器人的典型代表是AutoLapTM,但因AutoLapTM的支架構造是平行四邊形,從而限制了相機的活動范圍。

目前,扶鏡機器人有多種,隨著技術的更新迭代,其性能與智能化水平也在不斷提升。扶鏡機器人產(chǎn)品應根據(jù)手術類型、個人愛好選擇,如結腸手術應避免選擇平行四邊形支架設計(如AutoLapTM),而是選擇手臂活動范圍較大的扶鏡機器人,以減少術中重新定位的次數(shù)[18]。目前扶鏡機器人正在逐漸淘汰傳統(tǒng)的大型臺式機,市場上更多的是可固定在手術臺導軌的機器,具備方便安裝且節(jié)約手術空間的優(yōu)勢。紅外線、語音控制、操縱桿及圖像引導模式的扶鏡機器人在使用性能方面并無太大差異,術者可根據(jù)自己喜好及實際情況選擇。

3 扶鏡機器人在腔鏡手術中的應用優(yōu)勢

3.1 良好的安全性 扶鏡機器人在臨床上使用的前提是必須具備足夠的安全性,對此研究者們相繼驗證了扶鏡機器人的安全性。Kim等[19]在一項回顧性研究中分析了扶鏡機器人在腔鏡結腸癌根治術中的安全性與短期轉(zhuǎn)歸(住院時間、出血量、中轉(zhuǎn)開腹率、排氣時間、進食時間、并發(fā)癥發(fā)生率),結果顯示,與傳統(tǒng)人工扶鏡相比,兩種方式差異并無統(tǒng)計學意義。其他研究者也同樣證實了扶鏡機器人在腔鏡手術中的安全性[1,20]。此外,扶鏡機器人在腔鏡甲狀腺手術等空間狹小、操作精細的手術中也是安全、可行的,術后均無嚴重并發(fā)癥發(fā)生[21]。

3.2 提高鏡頭穩(wěn)定性 傳統(tǒng)的腔鏡手術中,扶鏡手需要快速地遵循術者指示,并且提前預判術者的需求,從而進行操作[22]。扶鏡手的人員構成也比較復雜,如醫(yī)學生、住院醫(yī)生。因此,在傳統(tǒng)腔鏡手術中助手的經(jīng)驗差異也會影響鏡頭的穩(wěn)定程度[23]。此外,由于部分手術時間過長,對扶鏡手的體力、耐力也是一種考驗,會影響鏡頭的穩(wěn)定性。扶鏡機器人將鏡頭的控制權交給術者,減少了以上因素對腔鏡手術畫面穩(wěn)定性的影響,提升了手術效率。研究證實,扶鏡機器人可減少術中鏡頭的錯誤移動次數(shù)、清洗次數(shù),也避免了主刀醫(yī)師手術意圖與扶鏡手之間響應的誤差,達到了“人機合一”,從而提高了響應速度。Stolzenburg等[13]的隨機對照試驗中,研究者將50例前列腺癌癥患者隨機分配至人類助手與扶鏡機器人組中,比較兩組清洗鏡頭與鏡頭移動錯誤的次數(shù),結果顯示,實驗組清洗次數(shù)[(3.8±2.3)vs.(5±1.3),P=0.005]、移動錯誤次數(shù)[(3.7±1.5)vs.(7.5±4.3),P<0.001]均少于對照組。其他多項研究結果也與其保持一致[24-25],此外,Holl?nder等[26]在一項1 033例手術的大型研究中報道,術者因為扶鏡機器人具備更穩(wěn)定的圖像、更佳的自控能力,更偏愛機器人而非人類助手扶鏡。

3.3 改善助手人體工程學 腔鏡手術中,扶鏡是一項不符合人體工程學的任務,尤其扶鏡手位于中心工作軸之外時,會引起背部的扭轉(zhuǎn)及腿、肩部受力不對稱的現(xiàn)象[27-28]。扶鏡機器人的出現(xiàn)幫助手術助手改善了人體工程學,Wijsman等[3]將30例腹腔鏡手術患者納入研究,隨機分為試驗組(使用AutoLapTM扶鏡機器人)與對照組(使用傳統(tǒng)扶鏡手),在術中的預定步驟對外科醫(yī)生與助手的姿勢進行拍照,使用快速上肢評估量表評估人體工程學評分,采用主觀問卷對不適程度進行評分。結果顯示,實驗組助手與醫(yī)生的快速上肢評估量表評分均低于對照組,且助手的快速上肢評估量表評分差異有統(tǒng)計學意義[(2.55±0.54)vs.(3.69±0.57),P=0.001)];此外,試驗組助手的精神與身體不適評分均低于對照組。一項研究[26]調(diào)查了使用FreeHandTM的30家醫(yī)院的43名外科醫(yī)生對此系統(tǒng)的評價,其中人機的工程學一項被評為“良好”。由此可見,使用扶鏡機器人可在很大程度上改善助手的人體工程學。

3.4 改善術者體驗 Wijsman等[1]采用李克特量表(1～7分,得分越低滿意度越高)對使用扶鏡機器人的醫(yī)生進行滿意度測試。結果顯示,得分為2.62分,術者一致認為此系統(tǒng)使用方便(2.70分)、易于學習(2.30分)、使用簡單(2.50分)、舒適(2.10分),可提升手術的整體效率。Gillen等[12]同樣采取李克特量表進行評估,在滿意度、操作與手術質(zhì)量方面術者均給出了較高的評價。褚亮等[21]研究了扶鏡機器人在腔鏡甲狀腺手術中的應用,并調(diào)查了術者使用的主觀感受(包括視野疲勞度、視野精準度、視野穩(wěn)定性、術中操作感),結果顯示扶鏡機器人在視野穩(wěn)定性與精準度方面優(yōu)于對照組[(4.7±0.5) vs. (4.0±0.5),P<0.05;(4.6±0.5) vs. (3.8±0.6),P<0.05]。在Holl?nder的調(diào)查中[26],主刀醫(yī)生一致認為扶鏡手的角色開始變得“多余”,助手不再受拿相機的限制,可轉(zhuǎn)為協(xié)助手術,從而使復雜手術變得高效,減輕了術者的主觀手術壓力。

3.5 降低成本 達芬奇機器人手術雖然具備較高的精確度并已在全球得到廣泛開展,但其價格昂貴,給醫(yī)療機構及患者帶來一定的經(jīng)濟負擔。扶鏡機器人在手術中取代扶鏡手的位置,可縮減手術團隊的規(guī)模,在一定程度上節(jié)省人力成本[1]。Kraft等[14]發(fā)現(xiàn),每天使用一次扶鏡機器人則每年可為扶鏡手節(jié)省400 h。此外,Stott等[20]的研究證實,使用FreeHand扶鏡機器人進行腹腔鏡肝臟切除術時,相較使用實習生、護理人員扶鏡可節(jié)省經(jīng)濟成本。最后,在新冠肺炎的流行時期,扶鏡機器人的使用可減少手術團隊人數(shù)及院內(nèi)聚集性感染[29]。

4 扶鏡機器人在腔鏡手術應用中的不足

4.1 手術時間 扶鏡機器人是否比傳統(tǒng)腔鏡手術花費更多的時間仍存在爭議[14,30]。通過對已有文獻的研究,手術時間長這一現(xiàn)象可歸因于術者對機器人不熟練的使用與安裝。術者需足夠了解且熟悉扶鏡機器人的使用技術;有研究顯示,扶鏡機器人學習曲線較短,術者僅需進行三次操作就可具備使用機器人的能力[31]。扶鏡機器人雖不像全機器人一樣需要長時間的安裝與準備時間,但仍需要在合適位置正確安裝在手術臺導軌上,尤其為保持手術無菌程度進行無菌套袋覆蓋時,需要巡回護士與醫(yī)生的熟練鋪置與配合。研究表明,經(jīng)驗豐富的手術團隊,其安裝與使用時間會大大縮短[26]。因此,在使用扶鏡機器人前應對術者進行統(tǒng)一培訓,以確保術者對機器人程序的熟悉及使用的安全性。

4.2 機器人故障 扶鏡機器人并未報道存在重大的不良事件,但仍存在一些小故障,如鏡頭的意外移動、語音識別的失誤,這些失誤均會導致手術暫停、手術時間延長。雖然在扶鏡機器人的配合下,術者可單獨完成較為簡單的手術(如疝修補術、膽囊切除術)[10],但出現(xiàn)機器失誤需重新定位系統(tǒng)時,則需要巡回護士或臺下助手予以幫助[1]。因此,應選擇最適合手術類型的扶鏡機器人,且使用前應將其牢固地固定在手術床兩側(cè)或?qū)к壣?避免術中磕碰引起位移。

5 小結與展望

隨著腔鏡手術的發(fā)展,扶鏡手及鏡頭穩(wěn)定性問題逐漸引起關注。扶鏡機器人作為時代的產(chǎn)物,引發(fā)了科研人員的興趣。該設備具備良好的安全性,運行中能保證鏡頭的穩(wěn)定,改善扶鏡手的人體工程學及術者的體驗,并降低成本。但目前扶鏡機器人仍處在不斷更新階段,需要進一步的研究證實最佳控制模式,研制出更輕便、活動范圍更大的產(chǎn)品。此外,扶鏡機器人可進一步結合人工智能技術,進行深度學習,從而精準識別術中組織,最大程度減少術中失誤。