中央型肺癌机器人袖式肺叶切除进展及前景展望

倪恒 周春琳 王莺 俞豪杰 王延烨 吕望 胡坚

肺癌是全球范围内最为常见的恶性肿瘤之一，同时其也是导致病人死亡数最多的癌症之一[1]。据统计，世界范围内，仅2018年一年就有2 093 876例新发肺癌病例以及1 761 007例肺癌相关的死亡病例，分别占所有癌症新发病例的11.6%和所有癌症相关死亡病例的18.4%[2]。我国2018年肺癌的新发病例数为774 323例，死亡病例数为690 567例[3]。许多癌症的5年生存率有了显著提高，但肺癌的5年生存率仍局限在4%～17%[4]。早期诊断和治疗对改善肺癌病人的预后具有非常重要的作用。有研究指出对于IA期肺癌病人的早期诊断和治疗可将其5年生存率提升至80%[5]。对于早期非小细胞肺癌病人，手术治疗或辅以围术期综合治疗仍是其首选方式[6]。目前，多项指南仍推荐肺叶切除术作为针对早期非小细胞肺癌(NSCLC)的首选术式，但随着影像学的进步以及人们健康意识的提高，越来越多的肺部早期病变和磨玻璃样阴影(GGO)被发现，促使研究中开始探索包括解剖性肺段切除和肺楔形切除的亚肺叶切除在治疗肺部小结节方面的可能性[7]。对于累及叶支气管开口和周围主支气管或中间支气管受累并不能耐受全肺切除的中央型肺癌的病人，袖式肺叶切除术往往是其首选治疗方案。

一、机器人袖式肺叶切除术的历史发展与现状

自1933年，Graham医师对1例左上肺叶肿瘤病人行全肺切除术以来[8]，胸外科手术治疗肺癌的历史已经历了70余年的发展。目前，解剖性肺叶切除外加系统性淋巴结清扫已写进诸多指南，成为肺癌外科治疗的标准术式。但是对于侵犯叶支气管开口或是中央肺动脉而无周围肺组织浸润的NSCLC，单纯肺叶切除可能无法有效清扫肿瘤组织。全肺切除作为曾经的解决手段，存在诸如术后并发症多，肺功能保留差等问题。在此基础上，一种针对中央型肺癌的术式-袖式肺叶切除术便应运而生。与肺叶切除或全肺切除相比，袖式肺叶切除术可在兼顾肿瘤清扫效率和降低复发率的同时保留肺功能，改善病人术后的生活质量[9]。1947年Price Thomas首次引入支气管周围切除这一概念以来[10]，袖式肺叶切除术也已经历了长足地发展。如今，伴随电视辅助胸腔镜技术(video-assisted thoracoscopic surgery,VATS)和机器人辅助胸腔镜系统(robotic-assisted thoracoscopic surgery,RATS)等微创技术的融合应用，进一步提升了袖式肺叶切除术的安全性和有效性。Santambrogio 等[11]于2002年首次报道了腔镜下袖式肺叶切除术。由于袖式肺叶切除术本身操作复杂，难度较大，加之腔镜下操作灵活度和视野有限，使得腔镜袖式肺叶切除术的安全性和肿瘤清扫效率受到一定质疑。

达芬奇手术机器人系统的问世为上述胸腔镜手术的缺陷提供了一个新的解决方案。国际上，第一例机器人辅助下袖式肺叶切除术由Ishikawa等[12]于2006年在人类新鲜尸体上完成，首先利用胸腔镜行上肺叶切除术，随后使用达芬奇机器人手术系统对右支气管进行切除和淋巴结清扫，最后对支气管断端行端对端支气管吻合。5年后，Schmid等[13]于2011年报道了全球首例胸腔镜与达芬奇机器人杂交的袖式肺叶切除术，术中术者通过三通道VATS对病灶进行切除，随后使用达芬奇手术机器人对右中间支气管和右主支气管进行吻合。术后第14天的支气管镜检查显示右气道通畅，吻合口愈合良好。Nakamura等[14]于2013年首次报道了1例全达芬奇机器人袖式肺叶切除术，术后病人恢复良好，未出现相关并发症。与传统胸腔镜比较，达芬奇手术机器人系统可为术者提供三维立体手术视野，其机械臂在提高操作稳定性的同时，也兼顾了于狭小空间中操作的灵活性，在一定程度上降低了手术的难度，缓解了术者在术中的疲劳。Jiao等[15]的研究也在一定程度上证实，机器人手术相比于常规胸腔镜手术在袖式肺叶切除治疗中央型肺癌上更具优势。

二、机器人袖式肺叶切除术的优点

1.机器人手术系统性能优势：机器人手术在避免医务人员直接接触病人、降低术中交叉感染风险的同时，也能进一步减少手术对病人造成创伤。此外，与胸腔镜手术相比，机器人手术系统的优势主要体现在两方面：(1)操控系统，以目前主流的达芬奇机器人手术系统为例，其机械臂具有7个自由度，并且配有可以完成540°转动的腕部关节，其术中操作的灵活性是传统胸腔镜手术无法媲美的，通过过滤主刀手部颤动等干扰，进一步提高了手术操作的精准性，机械臂可及的操作空间以及可控的操作力度，也优于人手对胸腔镜的控制范围和力量，并最大限度地降低了术者的操作疲劳。(2)3D高清视觉成像系统，达芬奇机器人手术系统配备的内窥镜可以实时采集2个同步画面并成像于控制台的3D显示器上，使术者获得近似于开放手术的视野感受，其成像质量和3D效果均优于目前的3D胸腔镜。此外其使用的镜头放大倍数可达到10倍以上，能提高术者对精细解剖结构和微小病灶的识别。最后，由主刀控制的镜头，更有利于体现主刀的手术思维，减少对助手的依赖和降低助手的劳动强度。

2.围术期安全性和远期生存获益：对于肺功能较差的病人而言，选择袖式肺叶切除可以更大程度保留正常肺组织，提高病人术后生存质量。目前多项研究表明，与传统针对中央型肺癌的全肺切除术相比，袖式肺叶切除术具有更低的术后并发症发生率和围术期死亡率，并在远期生存率方面不劣于全肺切除术[16-18]。在微创及快速康复理念的推动下，全胸腔镜袖式肺叶切除术应运而生，但受限于3D视野的缺乏和操作灵活性的不足，胸腔镜袖式肺叶切除术对术者提出了更高的要求，并在一定程度上限制其推广。在此基础上，兼具视野以及操作灵活度优势的机器人辅助下的袖式肺叶切除术被认为具有更好的围术期疗效以及不亚于开放手术的长期生存获益，目前已有的研究也为上述观点提供了有力的支持。Qiu等[19]比较了49例接受RATS，73例接受VATS和66例接受开胸袖式肺叶切除术的病人，发现3组病人90天死亡率和术后并发症发病率无明显差异，而其余两组比较，接受机器人袖式肺叶切除术的病人具有更少的术中出血、更短的手术时间和术后引流时间。Gu等[20]比较了17例接受RATS和86例接受开胸袖式肺叶切除病人的3年生存率，结果显示两组间无明显差异。自Schmid 等[13]首次报道机器人联合胸腔镜开展袖式肺叶切除术以来，机器人袖式肺叶切除术的发展只经历了短短10年的时间，目前还缺乏前瞻性的大样本的临床研究为其安全性和有效性提供更高等级的循证证据。

三、机器人袖式肺叶切除术的发展方向

袖式肺叶切除目前仍是外科治疗中央型肺癌的重要手段，凭借在狭小空间中食管和肺段重建的优势，达芬奇机器人手术系统在一定程度上降低了手术难度，提升了手术的安全性。随着医疗器械工业的发展，在传统的手术机器人系统上发展出了例如多通道多镜机器人诊疗平台等新技术，这些新技术与袖式肺叶切除术的结合成为了未来机器人袖式肺叶切除术的发展方向。

1.多通道多镜机器人诊疗平台在机器人袖式肺叶切除中的应用：多通道多镜机器人诊疗平台是一种经由胸壁和气管两条路径，通过经皮、经气管、经胸腔镜等通道，利用射频消融、激光、放射、手术机器人等方法，集检查、诊断、介入治疗和手术治疗为一体的综合化肺癌诊治平台[21]。在定位诊断方面，对于适合袖式肺叶切除的中央型早期肺癌，电磁导航下纤维支气管镜是获取组织样本的首选方法。Pupovac等[22]研究表明，将磁导航支气管镜与手术机器人机器臂的集成，可以实现早期肺癌病灶的精确定位和诊断。凭借手术机器人机械臂中集成的超声、近红外线、X线等检查手段对早期肺癌病灶进行识别，随后借助磁导航支气管镜的定位优势对病灶进行解剖结构分析和术前病理诊断，从而实现病灶的定位和诊断。在此基础上，Bolton等[23]报道了磁导航支气管镜检查胸膜亚甲基蓝染色标记下的机器人楔形切除术19例，研究表明，磁导航支气管镜辅助下可有效提高机器人手术过程中对肺小结节的定位准确性，并且不会显著延长手术时间。基于多通道多镜机器人诊疗平台的机器人袖式肺叶切除术将成为未来发展的方向之一。

2.人工智能与机器人手术的结合：人工智能是用于模拟以及扩展人类智能的集理论路径、技术手段和应用系统为一体的综合性学科。目前，大量的研究集中于将卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和机器学习(machine learning)理论应用于影像学检查的图像识别处理以及病理阅片[24-25]。当前机器人手术仍依赖于外科医生的操作，并不能实现真正意义上的被编程，完成真正意义上的自动化缝合以及更进一步的自动化手术，针对智能化机器人手术的研究也不断被推进。Shademan等[26]报道了基于新型深度传感器全光相机光学校准的机器人监督自主系统(STAR)，并比较了STAR系统、人工腹腔镜手术和机器人辅助手术三组之间在肠吻合指标(平均吻合间距、吻合泄漏压力、手术时间、需要从组织中取针的错误次数以及肠吻合腔减少的一致性)，结果表明，机器人监督自主系统具有更优的性能。Shademan等[26]的研究代表了全自动化手术的发展方向，但目前更多的研究仍着眼于如何最大程度发挥人工智能在机器人手术中的辅助作用。

术前规划对手术的顺利开展十分重要，三维重建技术加上三维数字软件技术作为术前规划的一种辅助手段在临床中应用越来越多，使用计算机软件对CT、MRI、PET-CT以及DSA等影像学检查所获得的图像信息进行三维重建，使术者在术前就能对病人的病灶、病灶周围血管以及可能的解剖学变异有所掌握，并选择合适的手术切口[27]。未来，通过顶尖胸外科手术经验和知识储备进行深度学习的人工智能系统，能否在术前直接利用病人三维重建的数据，对手术过程进行仿真模拟，并上传至手术机器人系统，以可视化的方式展现手术过程，并实时辅助主刀，帮助确定手术切除范围，估算术后病人肺残量等步骤，实现机器人手术的智能化辅助。

3.国产机器人手术系统在袖式肺叶切除中的应用：目前，临床上应用最成功也是最广泛的手术机器人系统是美国直觉公司研发的达芬奇手术机器人。现有的关于机器人袖式肺叶切除术的报道也均是通过达芬奇手术机器人完成。然而，高昂的设备购置成本以及耗材使用成本，也是导致其无法得到广泛推广的原因之一。作为代表未来外科微创化发展方向的手术机器人系统，自然也吸引了例如Medtronic,VERAN公司等国际医疗器械公司的研发投入。与此同时，在政策的支持下，越来越多的国内医疗器械公司也在手术机器人系统上不断创新，推出具有国际竞争力的国产品牌。由金大成等[28]报道的图迈微创机器人辅助胸腔镜手术3例以及黄佳等[29]图迈微创腔镜手术机器人辅助右肺上叶切除2例证实了其机器人手术系统的有效性和安全性，并且相较于经典的达芬奇手术机器人其可达到相似程度的清晰3D视野和操作灵活性。此外图迈(Toumai)腔镜手术机器人于2021年8月由上海市胸科医院罗清泉教授团队完成了第一例机器人辅助肺癌袖式切除动物实验，这也是首例国产腔镜手术机器人完成的袖式肺叶切除术，为今后其在病人身上开展袖式肺叶切除术提供了宝贵的数据基础。

四、总结与展望

机器人手术在病人短期获益上的优势已得到广泛认可，而其长期生存获益也不劣于传统开放手术或胸腔镜手术。对于中央型肺癌，袖式肺叶切除术可为病人保留更多功能肺组织，提高病人术后生存质量，并且病人长期生存获益也不劣于全肺切除。上述二者的结合是胸外科学科发展的必然趋势。未来，机器人手术向多通道多镜诊疗平台的发展以及人工智能的加入势必会推动该领域的快速蓬勃发展。相信国产手术机器人的加入也将会为该领域注入新的活力，并更广泛的造福病人。