机器人甲状腺手术：现时技术突破以及与未来科技融合

孙寒星， 严佶祺

（上海交通大学医学院附属瑞金医院外科，上海 200025）

机器人甲状腺手术发展至今已超过10年。越来越多专科医师参与其中，现时手术技术正被不断突破、完善并优化。机器人甲状腺手术的出现是医学科技飞速发展的成果。同时，机器人手术作为医学科技的重要组成，在融入众多的未来科技后，将给传统的外科手术带来更多颠覆性变化。

发展历程

2009年，Kang等[1]最早介绍机器人甲状腺手术的经验。目前，韩国是世界上机器人甲状腺手术开展最多的地区，机器人手术占甲状腺年手术量的比例平稳维持在10%左右[2]，积累了大量的病例数据[3]，而腔镜甲状腺手术的比例正在下滑。在欧美国家，虽然机器人技术开展时间较早，但因手术费用及文化理念等因素，外科医师与病人对机器人甲状腺手术的兴趣有限，大规模的病例报道相对较少。

在国内，机器人甲状腺手术经历了最初的探索尝试后，已进入规范、精细发展的阶段。2014年，贺青卿等[4]首次开展机器人甲状腺手术。此后，国内多地相继报道了多个单中心的初期临床数据[5-7]。经过前期的积累，2016年中国医师协会外科医师分会甲状腺外科医师委员会（Chinese Thyroid Association，CTA）等发布《机器人手术系统辅助甲状腺和甲状旁腺手术专家共识》，进一步规范并推广此技术[8]。2019年，CTA等发布《机器人甲状腺及甲状旁腺手术中神经电生理监测临床操作专家共识（2019版）》，细化术中喉返神经保护技术，旨在提高手术的安全稳定性[9]。

机器人甲状腺手术的发展迟于腔镜手术，部分技术，如手术入路、建腔等借鉴于腔镜手术。目前，常用的手术入路包括经腋窝入路 （transaxillary approach,TAA）、经双侧腋窝乳晕入路（bilateral axilla-bilateral areola,BABA）、经耳后入路（retroauricular approach,RAA）和经口甲状腺切除（transoral robotic thyroidectomy,TORT）。其中TAA最早应用于机器人甲状腺手术，也是应用最多的手术入路，尤其在韩国。但其限制是，通过同一入路切除对侧腺叶时，需足够的技巧克服气管对手术野的阻挡。国内采用最多的是BABA和经单侧腋窝双侧乳晕入路（unilateral axilla-bilateral areola,UABA）。其能提供与传统开放及腔镜手术相同的手术解剖视野，方便实施甲状腺全切除及颈部淋巴结清扫，且机械臂之间空间较大，不会互相干扰。但对于部分胸骨、锁骨水平的淋巴结，可能存在视野盲区。RAA在北美地区开展较多，对于肥胖病人较合适，可完成单侧腺叶切除及同侧中央组淋巴结清扫，但操作对侧腺体非常困难。TORT同样最先应用于腔镜手术，起步相对较晚。经过数次技术改进，直至2016年才成熟。TORT最大程度地实现体表“无瘢痕”，且皮瓣创伤最小，因此受到追捧。通过最新一代可弯曲单孔达·芬奇手术系统（da Vinci SP）可便捷地将镜头及所有操作器械通过2.5～3.0 cm单孔进入体腔，完成双侧腺体切除及淋巴结清扫[10]。与前几代机器人相比，单孔手术系统操作器械可灵活弯曲，术中器械无需大幅度横向移动，也不用另外腋下戳孔牵拉肌肉，完全避免体表切口，非常适合于空间狭小的TORT。

技术边界拓展

经过10余年的实践，机器人甲状腺手术仍在不断探索发展，充满生命力。原来的技术边界不断被打破。曾被认为不适合机器人手术的颈侧区淋巴结转移病例，如今证明，不论技术还是手术结局，都安全可行。Kim等[11]报道500例TAA机器人甲状腺全切除联合颈侧区淋巴结清扫，包括30例双侧颈侧区淋巴结清扫、24例颈侧淋巴结复发，无中转开放病例。平均手术时间（293.71±67.22）min，清扫颈侧淋巴结（36.02±17.46）枚。通过调整上臂上举及器械的角度，Ⅱ区淋巴结也能完全显露清扫。术后永久性低血钙发生率为4%，永久性喉返神经损伤发生率为1%。另有淋巴漏26例（5.2%），Horners综合征2例，迷走神经损伤1例。5例在随访过程中出现肿瘤复发。 He（贺青卿）等[12]采用BABA技术完成260例机器人甲状腺全切除联合颈侧区淋巴结清扫手术，无中转开放病例。清扫颈侧淋巴结（17.9±8.6）枚。手术时间（201±63）min。术后无永久性神经损伤及甲状旁腺功能减退，1例术后淋巴结转移复发。

Garstka等[13]回顾对照分析102例Graves病手术病例，其中56例行TAA机器人手术，其余行开放手术。机器人组腺体平均体积（84.9±62.2）cm3，与开放组相似，术中出血量（16.0±10.5）mL略低于开放组，手术时间（174.4±33.5）min较开放组显著延长。两组术后并发症发生差异无统计学意义。Graves病时腺体增大，血管增粗，血供异常丰富，曾被认为不适合行机器人手术，术后并发症发生增加。事实上，困难与否是相对的。随着机器人手术经验的不断积累，对于体积较大的腺体，技术上并不存在不可逾越的阻碍，只是增加手术时间[14]。与此相似，超重及肥胖虽会给机器人手术造成一定困难，但目前技术上已完全克服。由此造成的手术时间延长，也在可接受的范围内[14]。

喉不返神经属于喉返神经的解剖变异，发生率低，机器人手术中少见。BABA机器人甲状腺手术视野与开放手术类似，常在腺体翻起后，沿着下极后方寻找神经。若无法找到喉返神经，需考虑喉不返的情况。此时若经验不足，急于从入喉处解剖分离，反而增加神经损伤的风险。但这并非机器人手术的限制因素。Zhang等[15]指出，机器人手术前需考虑到此种情况并完善术前CT检查，作出预判。术中神经监测由远及近探测迷走神经，判断喉返神经的发出位置。依赖于机器人系统的稳定操作与精细操控，更有利于准确解剖，避免牵拉神经。

技术特点

机器人手术最大的技术难点在于缺乏触觉和力觉反馈。术者仅通过视觉画面的改变，结合自身经验，作出判断，不断调整，以完成操作。对于初学者来说，若缺乏相应的训练，短时间内无法做到“随心所欲”。每次器械操控的过程都需反复调整，在画面中一点点寻找合适的角度和力度。在缺乏触觉反馈时，视觉成为唯一的信息输入源，因此形成视觉思维尤为重要。视觉思维是在手术中将视觉与理论基础相联系，产生直觉。实时的视觉来源于手术视野中的图像，但局部解剖知识和积累的各种开放与腔镜手术图像是形成视觉思维的基础[16]。在开展机器人甲状腺手术前，必须有大量甲状腺常规手术经验积累，有意识地从特定角度观察组织的形态变化，掌握喉返神经、甲状旁腺的毗邻解剖结构，有助于快速建立视觉思维，适应机器人手术。

与腔镜类似，机器人甲状腺手术的操作空间狭小，且与气管、血管、神经等重要结构联系紧密，手术视野受限。虽然器械灵活弯曲，操作相对便利，但终究无法与开放手术相比。能量器械产生的气雾、术中出血、肿大的腺体、塌陷的皮瓣都将干扰手术野，影响手术进程。一台良好的机器人甲状腺手术，必须做到手术场面清晰、操作流畅，技术细节相当关键。牵拉腺体时尽量轻拉、轻放，避免破裂出血。减少腺体的反复翻转，减少器械的反复牵拉暴露，争取“一镜到底”，避免来回反复。尽可能在同一视野下完成神经显露保护和甲状旁腺保留，对特定视角下的解剖操作要求较高。充分了解能量器械的特性。超声刀凝闭效果好，但刀头较粗大，不能转弯。对于精细解剖，可能电剪更合适。对于靠近喉返神经的细小血管，电剪或双极电凝相对安全，且足够可靠。精细电钩可用于腺体被膜的超精细解剖，对甲状旁腺的保护价值甚大[17]。合理选择器械能保持术野清晰，出血量少，最大程度减少术中器械替换，维持手术流畅度。

与未来科技融合

机器人手术系统的出现与发展，远非单纯为了提高微创手术的便利。其初衷是远程手术操控，但背后的技术发展逻辑则是以机械取代人手，以人工智能辅助人脑，对复杂形势作出合理判断，并完成精细化操作。机器人系统是医学科技发展的必然产物，对外科手术的影响可能是颠覆性的。目前，虽然机器人系统已具备较高的操作精细度，但智能化程度还较低。单纯是人手动作的机械映射，可认为是“纯手工”操作。今后，随着新技术的融入，系统的智能程度将逐步提高，逐渐具备独立分析判断的能力，更好地辅助术者完成操作。

机器人外科手术一度被认为仅是腔镜手术的设备“升级版”。目前已有多种技术尝试融合于机器人系统平台，其中增强现实（augmented reality,AR）是较热门的研究方向之一。外科手术的核心是解剖组织结构的识别、空间张力层次的维系、组织扭曲变形的预警和最佳切除路径的选择。喉返神经显露和甲状旁腺保护一直是甲状腺外科的要点和痛点。通过术前颈部CT影像将甲状腺、气管、食管、动静脉血管三维建模，将虚拟影像叠加于术中的真实画面之上，使外科医师能看到尚未被暴露的重要解剖结构，大大提升术者的感知能力[18]。在此基础上，具备视野追踪系统的AR技术应用于甲状腺手术，其虚拟画面可跟随手术视野的切换，提示重要的解剖结构，为术中喉返神经的鉴别及追踪保护提供极大的便利。在小规模的临床应用中，AR影像提示的喉返神经位置与真实位置平均误差（1.9±1.5）mm，术后无声带麻痹的病例[19]。

近红外荧光技术，是在甲状腺腺体中注射吲哚菁绿，在近红外光下，使富血供的腺体增强显影，以识别、保护甲状旁腺。Yu等[20]在BABA机器人甲状腺手术中，尝试开展这一技术。相比于对照组，甲状旁腺误切率显著下降。

基于自主反馈学习系统的新一代腔镜镜头机器人能自主识别周围情况，自动调整自身操作臂及镜头位置，捕捉最佳观察角度，主动配合完成视角的切换[21]。除向外科医师学习扶镜动作，其数据库还能记录机器人的主动操作，接受其他机器积累的经验。通过机器“自学”与“互学”，不断优化扶镜动作，直至与手术医师默契配合。

除临床价值外，基于机器人系统构建的甲状腺手术仿真与模拟系统，还可应用于颈部手术教学模拟[22]。通过达·芬奇手术系统在BABA甲状腺仿真模具以及虚拟现实（virtual reality,VR）软件上的练习，能提高术者的手术技巧。这种具备导航和纠偏模式的培训，无论对于新手还是手术经验不足的专科医师，均有教学意义[23]。

数字孪生技术重塑外科手术

数字孪生也称为数字化映射，在工程建设和智能制造领域引发巨大的技术革新。其是一种集成多物理、多尺度、多学科属性,具有实时同步、忠实映射、高保真特性,能实现物理世界与信息世界交互融合的技术方法[24]。目前，这一概念已移植到医学科技。通过复制个体的生理生化指标、医疗记录、生物组学等数据，建立独一无二的数字化孪生模型。在模型上模拟海量品种的药物治疗，筛选寻找最优治疗方案，应用于临床，以此模式来实现个体化的精准医疗[25]。

数字孪生在外科手术领域具有多重应用前景。首先是预警风险。与VR技术联合应用，基于个体的解剖结构、肿瘤特征、影像学数据，创建孪生模型，使外科医师能在实际操作前多次模拟“真实”的术中情况，尽可能规避不可预知的风险。针对机器人甲状腺手术的重点与难点，寻找喉返神经，尤其当存在喉不返等神经结构变异时，甲状旁腺定位及其血供的解剖保留，副神经、颈丛神经及膈神经定位识别。若能在术前做到“了然于胸”，将极大地提升手术的安全性及流畅度。其次，可提出最优解，并预判并发症。与人工智能结合后，手术机器人通过在孪生模型上反复模拟练习，将获取大量接近于真实情形的数据。学习改进后，筛选出最优操作方案，最终应用于真实手术中。这如同无人驾驶技术演进提升，需要在道路相似路况下反复模拟测试，寻找最佳行车路线方案，以提高智能化程度及自主操作的安全性。同时，得益于其忠实映射的特性，模型将反映术后病人的部分生理指标（如喉返神经的电信号、甲状旁腺的血供等），预测手术近期预后及并发症发生等情况。最后，可手术演习培训。数字孪生模型还可应用于机器人手术仿真与模拟系统。通过对孪生模型的模拟手术，培训外科医师，缩短学习曲线；开展新技术、新器械的试验，降低临床试验的风险。

由于技术的限制，目前多数应用场景仅限于理论。如何实现实时同步的组织数字化模拟，实现近似于真实的组织形变、移动，仍是有待解决的技术难题。对人类个体进行数字化复制建模，也将面临伦理道德方面的考量[26]。但可以预见，数字孪生技术的发展成熟，将为医学带来革命性进步，而机器人手术系统将成为其接入外科手术的重要平台。