机器人辅助外科在整形外科中的应用进展

殷竹鸣， 范金财

机器人辅助外科在整形外科中的应用进展

殷竹鸣， 范金财

整形外科； 机器人辅助外科； 口腔外科； 显微外科

机器人辅助外科(robotic surgery, RS)是外科医师通过控制手术机器人的机械臂进行外科手术，以提高操作精确度,减少手术创伤，最终获得更加良好的手术效果的一门新技术和新学科。20世纪80年代，由美国国家航空航天局牵头开发的远程外科系统和机器人辅助外科技术，使得以达芬奇(Da Vinci)为代表的外科手术机器人的开发和应用得到了迅速发展。截至2012年，全球共有2000多台达芬奇手术机器人，每年实施逾20万台手术，主要分布在泌尿外科、心脏外科以及普通外科等领域[1]。RS能够提供三维立体的视觉图像，12倍的视野放大，机械臂在7个方向的自由运动以及最高10倍的运动幅度转换，因此大大提高了操作的精确度和灵活性，减少术者生理颤动的影响，使得手术操作能够深入不易探查的腔隙和区域，扩展了微创外科手术的应用范围[2]。由于其具有操控灵活、精确度高、创伤小等特点，外科手术机器人在整形外科的应用及相关研究得到了越来越多的重视，尤其是经口腔机器人辅助外科(trans-oral robotic surgery, TORS)、机器人辅助显微外科(robot-assisted microsurgery, RAMS)以及机器人辅助组织采取(robot-assisted tissue harvest, RATH)等领域。

1 经口腔机器人辅助外科

口咽腔修复重建是整形外科医师最常涉及的腔隙内手术。口腔入口较小，咽腔狭窄而不规则，直视下手术操作困难，往往需要下颌骨正中劈开及增加颈部入路才能清楚显示术野。这种传统手术入路的主要缺陷是术后吞咽、咀嚼、发音功能障碍，甚至是呼吸功能障碍，常需要同期气管切开[3]。TORS机器人的机械臂能够在腔隙内灵活运动，无需下唇及下颌骨切开即具有清晰的视野，使其在口咽腔手术中的应用具有天然的优势。

Weinstein等[4]首先提出TORS的概念，并利用动物实验证明了TORS声门上喉切除术的可行性，指出与传统手术方法和经口腔CO2激光手术(trans-oral laser surgery, TOLS)相比，TORS具有术野更清晰、手术操作更灵活等优势。随后TORS很快进入临床应用。Genden等[5]回顾了20例TORS口咽部肿瘤切除的手术病例，认为除了灵活的操控性，TORS能够更彻底地切除早期(T1，T2期)肿瘤，术后复发率显著下降，同时由于仅在口内入路实施手术，患者术后均未行气管切开，吞咽、发音等功能也未受到影响。解剖学研究表明[6]，口内入路能够显露舌前部、腭部以及鼻咽部，而咽侧壁入路可以看到会厌、舌根以及后咽部，但上述入路都难以彻底显露自悬雍垂至会厌的口咽部及声门上区域，TORS恰好能够弥补这一术区显露不足的问题。同时，由于操作精确、术后并发症少，TORS口咽部肿瘤切除手术的效果已经被多数医师认可。但Konofaos等[7]调查显示，大多数(17/23)医师并不采用TORS进行肿瘤切除术后的修复重建，分析其可能与早期肿瘤切除后可以Ⅰ期缝合或Ⅱ期愈合，无需再造和重建有关。然而，这一结论有很大争议，Selber[8]认为，这项调查的受试者数量较少，且Konofaos等分析的缺乏再造适应证，也只能解释部分病例。笔者认为，TORS手术适应证已经逐步放宽至T3及部分T4期肿瘤，甚至一些晚期病例的姑息性手术，大范围的组织缺损势必需要邻位或远位组织进行修复和功能重建，因此，TORS口咽部缺损的修复与再造是整形外科的发展趋势之一。

Selber等认为[9]，口咽部肿瘤切除术后，大多数创面可以旷置，以待Ⅱ期愈合，但T4期肿瘤的扩大切除以及声门肿物的切除，需要邻位黏膜瓣或游离皮瓣移植进行修复，以恢复吞咽及发声功能，并通过临床前研究验证了TORS皮片移植及游离皮瓣移植的可行性。该课题组同时将TORS应用于临床病例[6]，在5例患者口咽部肿瘤切除后，同期分别采用颊肌黏膜瓣、前臂皮瓣和股前外侧皮瓣局部转移或游离移植再造和修复缺损，不仅避免了下唇切口及下颌骨劈开，而且术后随访显示，器官的功能得到了良好的代偿。咽后壁瓣[10]、舌骨下肌瓣[11]等传统口咽部修复组织也被证实可以采用TORS进行转移或移植，以减少副损伤及术后并发症发生。

TORS在临床应用中也在不断进行改进。TOLS是TORS问世前声门上喉切除的首选技术，其具有周围组织热损伤小、止血良好、术后恢复较快等优点；Solares等[12]利用TORS结合CO2激光进行声门上喉切除术，取得了良好的效果。该技术汇集了TORS和TOLS的优点，能够更精确地切除瘤体组织，同时减少副损伤，但需要增加一个CO2激光机械臂，因咽腔的运动空间进一步缩小，对机械臂的运动灵活性和术者操作技术提出了更高的要求。Desai等[13]改进了激光光导纤维束，提高了该术式的成功率，并同期采取咽部黏膜瓣进行缺损修复，证明了该技术也可以用于口咽部缺损局部黏膜瓣转移修复手术。对于某些特殊病例，如下颌后缩、巨舌、小口畸形等，TORS可能也无法清楚显示术区，Iloreta等[14]建议应用TORS口内劈开下颌骨而不破坏下唇的结构，这样可以在扩大术野的同时减少周围组织不必要的损伤。

TORS已经广泛应用于口咽部肿瘤切除及整形外科修复手术中，具有操作精确、周围组织损伤小以及术后功能恢复快等优点，但同时存在缺乏触觉反馈，手术器械大多源于腔镜手术器械，无法适应多角度操作的要求等系统性缺陷，需要进一步纠正或改进。

2 机器人辅助显微外科

与传统手术显微镜相比，外科手术机器人拥有12倍放大的三维立体视野和10∶1的动作幅度转换，能够明显减少术者生理颤抖的影响，提高显微操作的精确性，这些优势促使整形外科医师进一步探索RAMS临床应用的可行性和比较研究。

Katz等[15]首次应用RAMS成功完成猪胫前动脉及伴行静脉的吻合，并与传统血管吻合进行了比较研究，证明RAMS可以胜任直径1.0～1.5 mm的血管吻合，与传统显微手术相比，热缺血时间没有显著增加，但机械臂安装需要耗费20～30 min。Karamanoukian等[16]应用RAMS进行猪冠状动脉旁路移植获得成功，证明了RAMS进行腔隙内毫米级血管吻合手术的可行性。在临床应用方面，van der Hulst等[17]利用RAMS成功完成游离皮瓣横行腹直肌皮瓣(transverserectus abdominismuscle flap, TRAM)血管吻合乳房再造术，他认为RAMS在三维立体视野和减少生理颤抖方面的确具有积极作用，但总体耗时较长且缺乏触觉反馈，以及费用较高，阻碍了RAMS的普及。对于触觉反馈，笔者认为，在毫米级血管吻合中，术者更加依赖视觉反馈，因为比起针头穿透血管壁微弱的触觉而言，看到针头穿过后血管壁的牵拉状态更直接。RAMS腔隙外血管吻合的存活率目前尚无文献报道；对于腔隙内血管吻合，Halkos等[18]平均37个月的随访研究发现，应用RAMS进行冠状动脉旁路移植(coronary artery bypass graft, CABG)，与传统CABG手术血管造影相比，其通畅率和患者症状缓解率差异无统计学意义。同时，Naito等[19]报道了4例应用RAMS进行Oberlin法屈肘功能重建手术，成功完成了尺神经束与肌皮神经束的显微吻合，证明了RAMS在神经吻合领域的可行性。

目前，RAMS机械臂配置的基本器械包含显微针持、Black Diamond显微血管钳、Potts剪刀、双极显微血管钳以及单极弯剪等。尽管上述器械能够满足RAMS的基本要求，但是很多医师在实施RAMS手术时提出器械改进的需求和建议[15,17,19]。各生产厂商也针对这些建议设计制造了满足更多需要的手术器械，包括显示超精细结构的高倍(×40)显微镜、显微超声成像仪，甚至是可实现细胞水平观测的共聚焦显微镜，用于术中血管成像的超声多普勒血流监测探头和近红外光静脉观测探头，以及便于精细剥离、减少周围组织损伤的水动力剥离探头和CO2激光探头[20]。这些新器械无疑为重要区域的精细解剖和术中超微结构的观察提供了完备的技术支持，为显微外科迈向超显微外科起到了重要的推动作用。

与传统显微外科相同，整形外科医师需要经过多次学习和反复训练，才能真正驾驭RAMS技术；不同的是初学者必须掌握机器人操作和显微外科两项技术以完成培训。从这一点上讲，学习曲线和评价系统的相关研究对RAMS培训和准入体系至关重要。目前，有文献报道的主要有两种评价体系：OSATS(objective structured assessment of technical skills)[21]和SARMS(structured assessment of robotic microsurgical skills)[22]。这两种评价体系的依据主要包括机器人操作和显微外科的理论和技术、操作过程和结果以及最后的综合评定，内容比较全面，但条目较多，评价过程过于繁琐，而且这两种评价体系尚未经过大样本的系统性检测，其大范围普及尚需进一步论证。

3 机器人辅助组织采取

整形外科手术往往需要在隐蔽部位采取深部组织，一般的方法是在隐蔽部位延长切口或采用内窥镜技术，但切口延长必然发生供区瘢痕和继发畸形等问题，而内窥镜技术应用范围则较为局限。机器人的机械臂运动较内窥镜更加灵活，视野更加清晰，能够胜任微创小切口深部组织采取。

Selber等[23-24]采用RATH采取单侧整块背阔肌的临床前研究获得成功，并将该技术用于保留乳头乳晕的乳腺切除术后即刻再造，该技术仅需将腋窝前哨淋巴结活检切口延长3 cm(切口总长度7～8 cm),就能完成整块背阔肌组织的采取，采取的背阔肌组织可以带蒂转移再造乳房，也可以游离移植修复头皮缺损等创面。该课题组还将RATH技术用于经腹膜腹直肌采取[25]，这种方法可以保护腹直肌前鞘的完整性，减少腹壁疝的发生，而经腹膜采取的设计只能由RATH完成，因为腹腔镜器械无法完成向上方摆动并切开腹膜的动作。

Porto等[26]在RATH神经采取方面进行了有益的探索，这项临床前研究证明了仅需上臂3处8.0 mm长的切口即可完成腋神经及其分支的剥离和采取，即便是位置很深、极难采取的肱三头肌长头分支也可以顺利采取。另外，该课题组还成功完成了RATH单侧胸腔内膈神经采取的动物实验[27]，表明此项技术在神经采取方面的可行性以及微创、快速等优势。

组织采取常伴随组织块的游离移植，因此RATH和RAMS技术常常相辅相成。Maire等[28]采用上述两种技术在尸体上成功完成机器人辅助带感觉神经拇趾趾腹游离移植修复同侧拇指指腹缺损的手术，首次完成了RATH和RAMS技术的联合应用，为该技术的临床应用奠定了研究基础。

4 小结与展望

手术机器人能够为外科医师提供清晰的三维视野和精确的手术动作，其在多项外科手术中的应用效果已经得到了公认。机器人辅助外科在整形外科中的应用起步较晚，现阶段主要集中于TORS、RAMS和RATH 3个领域。TORS能够避免传统手术下颌骨切开带来的术后并发症，并提高了口内手术操作的精确性，其不仅可以用于口咽部软组织缺损的修复，也能够为颌面外科精确截骨和复杂颌面骨折的精确复位提供更多的技术支持。RAMS的应用实现了显微外科向超显微外科的跨越，符合整形外科微创和精细化的发展方向。RATH为小切口深部组织采取提供了有力的工具，目前文献报道仅局限于肌肉和神经束的采取，更多种类的组织如骨、软骨组织以及复合组织的采取和移植将会成为未来的发展方向之一，同时由于具备清晰的三维立体镜头，RATH也具备被开发为术中血管穿支探查工具的可能性。在美容外科领域，手术机器人有可能替代内窥镜技术实施微创除皱术、腹壁整形术以及更加精准的下颌角弧形截骨术等腔隙内手术。此外，机器人辅助外科技术还有希望应用于毛发移植等高精确度、高重复性要求的术式，使得手术操作更加准确和高效。

值得一提的是，在机器人辅助外科技术为外科手术带来革命性进步的同时，不少医师也提示注意手术机器人的应用指征[29]，避免盲目扩大应用范围，警惕和及时处理并发症。同时，外科手术机器人的购买和维护成本较高，对操作医师的经验和熟练程度要求也很高，受到目前我国社会经济水平的制约，作为常规设备全面推广应用还比较困难。因此，利用成本-效率分析确定其应用范围及应用指征，促进医疗资源的合理应用，也将是后续研究方向之一。

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100144 北京，中国医学科学院北京协和医学院整形外科医院 整形九科

殷竹鸣(1988-)，男，山西运城人，博士研究生.

范金财，100144，中国医学科学院北京协和医学院整形外科医院 整形九科，电子信箱：fanjincaimd@hotmail.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2015.06.018

2014-02-03)