机器人手术系统在胆囊切除术中的应用

林思恒 白 杨*

南方医科大学附属南方医院消化内科（510515）

机器人手术可谓是外科手术领域的“工业革命”。短短20年中，机器人手术系统不断更新换代，应用领域从最初的神经外科、心脏外科普及到妇产科、泌尿外科、普外科等多个领域。腹腔镜胆囊切除术已成为目前胆囊切除的标准术式，而随着机器人手术系统的不断发展，其越来越多地应用于胆囊的切除术，效果良好且安全性较高，但仍存在不足之处。本文就机器人手术系统在胆囊切除术中的应用作一综述。

一、机器人手术的发展历史

早在1972年，美国宇航局就设想为远在太空的宇航员实施手术，但受制于机器人和电脑技术的发展。Kwoh等[1]在CT断层扫描加探头定位下利用 “Unimation Puma 200”机器人行脑肿瘤活检术，被认为是最早开展的机器人手术；与常规手术方式相比，机器人手术用时短，精确度高。随后，有研究利用PROBOT机器人实施经尿道前列腺切除术[2]。但上述两类机器人手术操作系统在术前需设计一系列术中应用到的程序，缺乏一定的自主性。1997年，Jacobs等[3]报道了第一例商业用途的声控机器人手臂，该手臂用于控制腹腔镜可视装置，称为自动最优配置内镜系统（AESOP）。AESOP是第一个被FDA批准应用于临床的机器人手术系统[4]。1995年，Taylor等[5]发明了腹腔镜辅助机器人系统，其拥有综合性力传感器，能在碰到器官时即回缩。随着远程遥控手术技术[6]的发明，各种机器人手术系统陆续被成功研制并应用于临床，包括达芬奇系统、AESOP-Zeus系统、Naviot系统等，其中达芬奇系统的临床应用较广泛。

二、达芬奇机器人系统的构成

达芬奇机器人是由Intuitive Surgical公司于80年代后期研制成功的机器人手术系统，最初用于冠状动脉搭桥手术[7]。其包含符合人体工程学设计的外科医师操作平台、装有4个机器人手臂的可移动手术台车、高清晰3D成像系统以及内腕装置（endowrist），外科医师仅需在操作平台上远程遥控即可实施手术。机器人内腕装置确保外科医师的双手操作被成比例的、连续的传至机器人手臂上，并可持续移动机器人手臂，同时过滤人工手术时双手的细微震颤，从而使机器人手臂操作的精确度更高。但有学者认为机器人手臂有时会与戳卡黏滞而导致手臂在行进至目标的过程中突然发生急速移动[8]。

达芬奇机器人手术系统使外科医师避免了繁琐的消毒程序，并可坐着实施手术。与传统腹腔镜手术的平面视觉相比，其3D可视装置为术者提供了立体视觉，并可使图像放大数倍，从而达到微创的手术效果。达芬奇机器人系统还可将不断变换的图像静止化，如将跳动的心脏变为静止的图像。此外，机器人系统通过计算机辅助系统过滤外科医师的手部震颤，提高操作精确度，且手术切口较传统腹腔镜更小，并减少术中出血。传统腹腔镜术需术者的手反方向移动，增加了学习难度和操作难度；而机器人系统通过计算机处理，可避免反向操作导致的困难。

三、机器人手术系统在胆囊切除术中的应用

1987年，Mouret完成了第1例腹腔镜胆囊切除术[9]。经过10余年的发展，腹腔镜胆囊切除术已成为胆囊切除的标准术式，这主要得益于腹腔镜手术器械以及成像系统的发展。但腹腔镜手术有其局限性[10]：①由于腹腔镜通过戳卡的杠杆原理进行手术，术者需反向操作；②二维可视系统缺乏常规手术直视下的立体视觉；③仪器的操作范围受到限制；④设计不符合人体工程学原理；⑤杠杆原理使术者手部的震颤被放大，因此要求术者的技术较常规手术更娴熟，精准度更高。上述不足导致腹腔镜手术训练周期长，难以掌握。

机器人腹腔镜手术可弥补传统腹腔镜手术的不足。1998年，Himpens等[11]报道了第1例机器人腹腔镜胆囊切除术，手术用时84 min，术后患者恢复良好。2008年，Breitenstein等[12]的研究对50例患者行机器人腹腔镜胆囊切除术，50例匹配的患者接受传统腹腔镜胆囊切除术，结果显示两者的手术时间分别为54.5 min和50.2 min（P<0.85），术前准备时间分别为17 min和8 min；两者平均住院时间无明显差异（4.58 d对4.84 d），但机器人手术费用高于传统腹腔镜手术。此外，已有多项临床研究[8,13～19]对机器人腹腔镜胆囊切除术进行了报道，认为与传统腹腔镜胆囊切除术相比，机器人腹腔镜胆囊切除术的术前准备时间和手术总时间较长，积累经验后时间有所减少；胆囊切除时间无明显差异，患者术后平均住院日有所缩短。本文对其中典型的几项研究作一总结（见表1、2）。总体而言，机器人腹腔镜胆囊切除术实施较顺利，转换成传统腹腔镜胆囊切除术或开腹手术的比例较低。

随着专用异步传输模式电信技术应用于机器人手术领域，远在美国的外科医师利用Zeus系统为法国的一名68岁妇女实施了腹腔镜胆囊切除术，共用时54 min，未发生手术并发症[20]。

国内机器人手术起步相对较晚。2006年，Zhou等[21]对40例患者分别行Zeus系统机器人腹腔镜胆囊切除术和传统腹腔镜胆囊切除术，结果显示机器人组的胆囊切除平均时间略长于传统组[（70.4±21.1） min 对（61.1±13.3） min]，但差异无统计学意义（P=0.10）；总手术时间[（104.9±20.5） min 对（78.6±17.1） min，P<0.01]和术前准备时间[（29.5±9.8） min 对（12.6±2.5） min，P<0.01]明显延长。两组术中出血量和平均住院时间无明显差异，术后均无并发症发生。周宁新等[22]应用达芬奇机器人系统对5例患者行单纯胆囊切除术，平均用时75 min。

除胆囊切除术外，机器人系统在其他手术中的应用亦较为广泛，包括胃切除术、小肠切除术、结直肠癌根治术、肾上腺切除术、脾切除术[23]、肝脏手术[24]以及子宫切除术[25]。对前列腺癌根治术，机器人手术系统精确的切开、缝合技术以及自动过滤外科医师手部震颤的功能可有效避免破坏会阴部神经，从而很好地保护患者性功能[26,27]。

四、机器人腹腔镜胆囊切除术的可行性

多个中心的临床研究[8,12～19,21,22]均证实，与传统腹腔镜胆囊切除术相比，机器人腹腔镜胆囊切除术无论在中转率、胆囊切除时间、平均住院日或并发症发生率上均无明显差异，说明机器人腹腔镜胆囊切除术是安全可行的。

五、机器人腹腔镜胆囊切除术的不足

从目前的经验来看，机器人腹腔镜胆囊切除术主要存在以下三个方面的不足。

1.术前准备时间长：已有的临床试验几乎均显示机器人手术系统的术前准备时间较传统腹腔镜手术更长。就达芬奇机器人而言，胆囊切除术要求2名医师进行操作，术前需在患者腹部切开4个小口，分别放置1个镜头臂和3个操作臂[19]。虽然随着手术经验的积累，术前用时有所减少，但其耗时仍较传统腹腔镜胆囊切除术长。

2.缺乏触觉反馈：由于术中利用机器人手臂代替人手，术中无法感知组织的质地，且机器人手臂的力度难免有偏差，从而对手术产生影响。

3.手术费用高：Breitenstein等[12]的研究显示50例接受机器人腹腔镜胆囊切除术者的平均费用为7985.4美元，而传统腹腔镜为6255.3美元。国内目前尚无相关统计结果，但仅一台达芬奇机器人的总体购置费用就超过2000万人民币，其手术费用必定价格不菲。

表1 机器人腹腔镜胆囊切除术的部分临床研究结果

表2 机器人腹腔镜胆囊切除术和传统腹腔镜胆囊切除术的比较

六、总结

机器人手术从产生之初就以3D成像系统、可360°旋转的内腕装置、震颤过滤功能、计算机辅助技术等高科技装备而引人注目。与传统腹腔镜技术相比，机器人手术系统具有手术切口小、术中出血少、术后恢复快等优点，目前主要定位于传统腹腔镜下不能切除的较为复杂的胆囊切除[28]。此外，机器人手术系统仅需一个手术操作平台，将外科医师的双手从繁琐的缝合、打结中解放出来，改善医师的工作环境，提高手术效率和质量。目前多项研究均证实机器人手术系统在胆囊切除术中的应用是安全可行的，从而为其在外科领域的普及提供了基础。但由于机器人手术费用高、术前准备时间长、缺乏触觉反馈等缺点，尤其是高昂的手术费用，在一定程度上限制了其广泛应用。随着科技的不断发展，机器人手术系统还可与单孔腹腔镜或内镜联合用于手术，从而打造一条工业化手术的生产线。

1 Kwoh YS,Hou J,Jonckheere EA,et al.A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery.IEEE Trans Biomed Eng,1988,35(2):153-160.

2 Davies BL,Hibberd RD,Coptcoat MJ,et al.A surgeon robot prostatectomy--a laboratory evaluation.J Med Eng Technol,1989,13(6):273-277.

3 Jacobs LK,Shayani V,Sackier JM.Determination of the learning curve of the AESOP robot.Surg Endosc,1997,11(1):54-55.

4 Mendivil A,Holloway RW,Boggess JF.Emergence of robotic assisted surgery in gynecologic oncology:American perspective.Gynecol Oncol,2009,114(2 Suppl):S24-S31.

5 Taylor RH,Funda J,Eldridge B,et al.A telerobotic assistant for laparoscopic surgery.IEEE Eng Med Biol,1995,14:279-288.

6 Satava RM.Surgical robotics:the early chronicles:a personal historical perspective.Surg Laparosc Endosc Percutan Tech,2002,12(1):6-16.

7 Falk V,Diegeler A,Walther T,et al.Endoscopic coronary artery bypass grafting on the beating heart using a computer enhanced telemanipulation system.Heart Surg Forum,1999,2(3):199-205.

8 Miller DW,Schlinkert RT,Schlinkert DK.Robot-assisted laparoscopic cholecystectomy: initial Mayo Clinic Scottsdale experience.Mayo Clin Proc,2004,79(9):1132-1136.

9 Polychronidis A,Laftsidis P,Bounovas A,et al.Twenty years of laparoscopic cholecystectomy:Philippe Mouret--March 17,1987.JSLS,2008,12(1):109-111.

10 Advincula AP,Song A.The role of robotic surgery in gynecology.Curr Opin Obstet Gynecol,2007,19(4):331-336.

11 Himpens J,Leman G,Cadiere GB.Telesurgical laparoscopic cholecystectomy.Surg Endosc,1998,12(8):1091.

12 Breitenstein S,Nocito A,Puhan M,et al.Roboticassisted versus laparoscopic cholecystectomy:outcome and cost analyses of a case-matched control study.Ann Surg,2008,247(6):987-993.

13 Ruurda JP,Broeders IA,Simmermacher RP,et al.Feasibility of robot-assisted laparoscopic surgery:an evaluation of 35 robot-assisted laparoscopic cholecystectomies.Surg Laparosc Endosc Percutan Tech,2002,12(1):41-45.

14 Bonder J,Schmid T,Wykypiel H,et al.First experiences with robotic-assisted laparoscopic cholecystectomies.Eur Surg,2002,34(3):166-169.

15 Tanoue K,Yasunaga T,Kobayashi E,et al.Laparoscopic cholecystectomy using a newly developed laparoscope manipulator for 10 patients with cholelithiasis.Surg Endosc,2006,20(5):753-756.

16 KornpratP,WerkgartnerG,Cerwenka H,etal.Prospective study comparing standard and robotically assisted laparoscopic cholecystectomy.Langenbecks Arch Surg,2006,391(3):216-221.

17 Nio D,Bemelman WA,Busch OR,et al.Robot-assisted laparoscopic cholecystectomy versus conventional laparoscopic cholecystectomy:a comparative study.Surg Endosc,2004,18(3):379-382.

18 Marescaux J,Smith MK,Fölscher D,et al.Telerobotic laparoscopic cholecystectomy:initial clinical experience with 25 patients.Ann Surg,2001,234(1):1-7.

19 Ruurda JP,Simmermacher RP,Borel Rinkes IH,et al.Robotic surgery in a routine procedure an evaluation of 40 robot-assisted laparoscopic cholecystectomies.Eur Surg,2002,34(3):170-172.

20 Marescaux J,Leroy J,Rubino F,et al.Transcontinental robot-assisted remote telesurgery:feasibility and potential applications.Ann Surg,2002,235(4):487-492.

21 Zhou HX,Guo YH,Yu XF,et al.Zeus robot-assisted laparoscopic cholecystectomy in comparison with conventional laparoscopic cholecystectomy.Hepatobiliary Pancreat Dis Int,2006,5(1):115-118.

22 周宁新,陈军周,刘全达,等.“达·芬奇”机器人对肝胆胰复杂手术早期经验的临床研究.中华腔镜外科杂志（电子版）,2010,3(1):66-74.

23 Hanly EJ,Talamini MA.Robotic abdominal surgery.Am J Surg,2004,188(4A Suppl):19S-26S.

24 Giulianotti PC,Coratti A,Sbrana F,et al.Robotic liver surgery:results for 70 resections.Surgery,2011,149(1):29-39.

25 Geisler JP,Orr CJ,Khurshid N,et al.Robotically assisted laparoscopic radical hysterectomy compared with open radical hysterectomy.Int J Gynecol Cancer,2010,20(3):438-442.

26 Patel VR,Palmer KJ,Coughlin G,et al.Robot-assisted laparoscopic radical prostatectomy:perioperative outcomes of 1500 cases.J Endourol,2008,22(10):2299-2305.

27 Douaihy YE,Sooriakumaran P,Agarwal M,et al.A cohortstudy investigating patientexpectations and satisfaction outcomes in men undergoing robotic assisted radical prostatectomy.Int Urol Nephrol,2010(Epub ahead of print).

28 张效东,周宁新,陈军周,等.达芬奇机器人手术系统行复杂胆囊切除术三例.中华消化外科杂志,2010,9(5):388-389.