机器人腹腔镜技术现状与未来

梁朝朝 邰胜

1安徽医科大学第一附属医院泌尿外科 230022 合肥2安徽医科大学泌尿外科研究所

专 家 论 坛

机器人腹腔镜技术现状与未来

梁朝朝1, 2邰胜1, 2

1安徽医科大学第一附属医院泌尿外科 230022 合肥2安徽医科大学泌尿外科研究所

机器人手术系统超越了传统外科与腹腔镜技术的局限性，其卓越的三维视野及其更好的灵巧性，能够完全完成更精细和负责的操作；本文对机器人腹腔镜的现状、优势与不足、未来发展作相关论述。

机器人腹腔镜；现状；未来

传统的外科治疗是通过开放手术完成的，腹腔镜和机器人辅助腹腔镜通过器械技术使手术微创化。腹腔镜可以使切口缩小达到极限，在视频设备辅助下，外科手术操作部位可以尽量清晰地显露。但传统腹腔镜也存在着许多不足，如镜头的不稳定性；视野是二维空间，没有立体感；直器械自由度较小；不符合术者人体工程学标准等[1]。

机器人手术系统在外科手术的临床运用，使手术的微创化程度进一步加深，克服了传统腹腔镜的不足，使微创手术更加完美[2, 3]。机器人技术的发展直接推动外科手术模式产生革命性的变化，同时本身也在经历不断改良的过程。微创外科手术机器人系统是集临床医学、生物工程学及人工智能技术等诸多学科为一体的新型交叉研究领域，已经成为国际机器人领域的一个研究热点，并已经显示出良好的应用前景和社会价值[4～6]。本文结合国内外相关工程技术与临床研究，就机器人腹腔镜的现状、优势与不足和发展趋势进行简要概述。

1 机器人腹腔镜现状

da Vinci手术机器人的设计初衷是实现心胸外科手术的微创化，但其在泌尿外科的临床中被广泛应用，尤其是在根治性前列腺切除术、肾脏部分切除术、肾盂输尿管成型术等运用方面，使得da Vinci手术系统在全球得以普及，从而促进了手术机器人系统在微创外科手术领域的研究、应用和发展[7～9]。以da Vinci系统为代表的微创外科手术机器人已在多种临床专业科室得以应用，但其与常规开放手术和腹腔镜手术相比，缺乏前瞻、随机的临床研究，就优劣尚无定论。医院对于复杂、技术困难的手术还是首选传统手术方式。在手术适应证方面，机器人手术系统也不是唯一的选择[1, 8, 10]。此外，虽然目前多个国家在不同领域开展了机器人手术治疗，但迄今为止尚未见有国家级医疗机构发布相关的临床应用指南[10]。

2 机器人腹腔镜优势与不足

目前全世界临床应用最多的即为da Vinci S 微创外科手术机器人系统，其包括三个主要部分：医生控制台、手术车和影像处理系统。其中机器人手臂的"内手腕"系统能提供7个自由度的活动范围，即常规器械的5个自由度和关节腕左右、上下方向的2个自由度。机器人手术系统为外科医生提供了超越人手和普通腹腔镜器械所能达到的更好灵活性、精确性及可操控性[11]。机器人手术系统提供高清三维手术视野，可滤除人手自然震颤，利用微型手术器械上的内手腕系统，在狭小手术范围内提供超越人手的多自由度和灵活性，扩展了外科医生的稳定操作能力，提高了手术精度和安全性，且出血及术中输血量更少，住院时间更短，从而超越普通腹腔镜的微创技术[4, 11]。

即使机器人手术系统已在全球迅速广泛普及，但其仍有一些有待解决的问题。如触觉反馈缺乏，手术医生只能通过视觉信息反馈弥补触觉反馈的不足，这就要求术者必须经过专业培训和熟悉操作过程；再例如，因为设备体积庞大，系统安装较长、调试复杂，如果在使用过程中发生各种可能的机电故障，则需要及时改成常规手术继续进行；又例如，术前系统准备及术中更换器械操作时间会较长，需要机器人手术医疗小组与机器人系统长期磨合[1]。

以上所述系统的局限性，导致已适应使用普通腹腔镜手术的医生，不愿意浪费更多的时间学习新设备，或不愿意首选机器人系统进行相关手术，从而对其使用率造成一定的影响。此外，机器人系统设备购置成本、维修保养、手术耗材及培训费用均高昂，其原因通常被认为是生产商通过收购竞争对手和专利保护等相关手段在这一领域形成新垄断所致，而这也成为制约手术机器人进一步发展的一个重要原因[12]。

3 机器人腹腔镜未来

3.1 轻便化

机器人手术系统由医生控制台、手术车和影像处理系统组成，该手术系统体积较大，需要较大的手术设备空间。机器人技术的微型化也是目前手术设备研发的主题。手术机器人的小型化较原有庞大复杂的手术系统具有更多优势，更容易操控、适用的环境也更多。例如，美国华盛顿大学研究小组开发出一款较小的手术机器人系统，可固定在患者身上并进行远程控制[13]。目前，在我国绝大多数医院手术室空间相对较小，研发出体积较小、易于搬运、轻便化的机器人手术系统必将推动机器人腹腔镜的推广及普及。

3.2 可视触觉传感技术

触觉是医生获取组织及疾病信息的一种仅次于视觉的重要知觉形式，是机器人实现与手术部位直接作用的必须媒介。与视觉不同，触觉本身有很强的敏感能力，可直接感知靶病灶及术野周围组织等多种性质特征，因此触觉不仅仅只是视觉的一种补充。相关研究机构已研发出可视化触觉系统，该系统在手术缝合打结期间，通过显示器向外科医生发送所观察的触觉信息。例如，彩色显示条位于机器手前端的图像旁，红色表示过大力量(如缝合线可能会被拉断)，而绿色及黄色表示恰当适度的拉线力度[14]。目前现有的微创外科手术机器人系统无触觉反馈，需要外科医生、工程师和神经科学家通力合作，创造出新的主动触觉反馈系统，以解决触觉反馈缺少的问题[15, 16]。我们在手术中发现，机器人手术系统的触觉反馈对于手术关键步骤有着重要作用。如在前列腺癌根治术时对前列腺尖部背深静脉复合体的缝扎、在肾部分切除术时对肾脏的缝合，如果缝合时拉线、打结时力量过大可能造成缝线断裂；如力量多小可能造成缝合打结不牢靠，造成术中出血可能。因此，机器人腹腔镜手术系统的可视触觉传感技术对于机器人手术的安全性、有效性至关重要。

3.3 智能化

机器人技术是智能技术，智能性是机器人的核心，这也是机器人之所以能够称之为“人”的主要原因。同时，智能性也是机器人技术的难点，尽管目前人工智能技术已经获得了较大的突破，但相对于人的智能而言，机器人还十分笨拙、智能度很低，尚需改进[17]。微创外科手术机器人目前仅仅为外科医生手的延伸，智能化程度较低。随着各领域技术发展的整合集成，未来的微创外科手术机器人可能会具有人机交互功能、危险动作预警、思维控制操作等等高端智能化功能。例如我们在泌尿系结石治疗过程中尤其是在输尿管软镜碎石过程中碎石如何将粉末化的结石排出体外；在微创肿瘤的治疗过程中如何能真真彻底的做到细胞水平的无瘤根治。随着智能化机器人腹腔镜系统的出现，其发展趋势是微型智能化机器人进行相关手术，如智能化微型机器人进入泌尿系集合系统内进行碎石后再将结石运输出体外；智能化微型机器人在肿瘤细胞层面进行肿瘤根治术。

3.4 经济化

机器人手术系统其机械臂保护套及其机械臂费用均较高，同时其机械臂上器械有记忆功能，使用10次后系统自动锁死，目前我国机器人手术系统均为国外进口，国内尚无自主研发机器人手术系统，使得机器人手术费用较普通腹腔镜手术及传统开放手术均较高[6, 18, 19]。目前，我国自主的机器人手术系统正在研发中，随着我们自主机器人手术系统研发及投入使用，必将使机器人手术费用大大降低，机器人手术系统会逐渐普及，越来越多的外科医生将使用机器人手术系统开展相关外科手术。

4 总结

机器人技术的外科运用对传统手术操作进行了革新，并将会成为主流。虽然进口机器人手术系统的昂贵价格限制了其在国内的广泛开展，但从卫生经济学角度来看，机器人手术的精确性使患者术后恢复较快，能够早日投入工作，并通过更为优秀的组织结构重建或更高的肿瘤控制率，降低患者术后复发可能性，延缓或消除进一步手术或放化疗的必要，从而降低后续的医疗支出。随着科技的进步以及具有我国自主知识产权的机器人手术系统的出现，会让更多患者享受这一先进的医疗技术。

机器人手术是传统外科及腹腔镜为代表的微创外科技术的进一步发展和挑战，它标志人类将要进入一个崭新的医学时代，必将开创一个微创手术的新天地。

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Current status and future perspective of the robotic assisted laparoscopic technique

LiangChaozhao1, 2TaiSheng1, 2

(1Department of Urology, the First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei 230022, China;2Urological Institute of Anhui Medical University)

Corresponding author: Liang Chaozhao, liang_zhaozhao@163.com

The advent of robotic-assisted laparoscopic techniques, with advantages of improved 3D visualization of the operative field and increased dexterity allowing more precise and complicated procedure, overcomes the limitations. The current status, advantages and disadvantages, future perspectives of robotic-assisted laparoscopy are reviewed.

robotic-assisted laparoscopy; current status; future perspective

梁朝朝，liang_chaozhao@163.com

2016-10-06

R69

C

10.19558/j.cnki.10-1020/r.2017.01.001