摘要：20世紀80年代腹腔鏡的出現(xiàn)使微創(chuàng)技術的發(fā)展取得了長足的進步，在此基礎上，手術機器人的研發(fā)和應用開啟了微創(chuàng)外科新紀元。介紹了“達芬奇”手術機器人系統(tǒng)的組成、功能以及在各類外科手術中的具體運用，分析了手術機器人對比傳統(tǒng)腔鏡技術的技術優(yōu)勢，及當前臨床應用的瓶頸，并對微創(chuàng)外科手術機器人的發(fā)展進行了展望。

　　1 引言

　　減少病人的手術創(chuàng)傷，一直是現(xiàn)代醫(yī)學的一個努力目標。20世紀80年代，由腹腔鏡開啟了外科手術的“微創(chuàng)化”時代，但腹腔鏡有局限：手術器械轉動角度受限，造成了一些手術盲區(qū)，而且只能提供給外科醫(yī)生二維的手術視野。這些因素限制了腹腔鏡技術向更復雜外科手術的拓展，也成為當前腹腔鏡技術發(fā)展中的“瓶頸”。進入21世紀，為克服腹腔鏡技術的不足，外科手術機器人手術逐漸地成為微創(chuàng)外科手術的主要潮流。手術機器人的開發(fā)并迅速投入臨床應用，以其全新的理念和效果被認為是外科發(fā)展史上的一次革命，也預示著第三代外科手術時代的來臨。

　　醫(yī)療外科機器人系統(tǒng)的研究和開發(fā)引起了西方許多發(fā)達國家如美國、意大利、日本等國政府和學術界的極大關注，并投入了大量的人力和財力。1994年美國的Computer Motion公司研制了第一臺協(xié)助微創(chuàng)手術的內窺鏡自動定位系統(tǒng)，取名伊索(Aesop)，從而邁出了機器人手術系統(tǒng)研制的關鍵一步。在手術機器人系統(tǒng)方面取得突破性進展的應首推美國的Intuitive Surgical公司，該公司是開發(fā)革命性微創(chuàng)手術儀器和技術的先驅。他們已經(jīng)成功的通過改進手術程序，使外科手術的精確和技術超越了人類雙手的極限，從而拓寬了微創(chuàng)手術（MIS）的應用。1999年1月由Intuitive Surgical公司制造的“達芬奇”（daVinci）機器人手術系統(tǒng)獲得歐洲CE市場認證，標志著世界第一臺真正的手術機器人的誕生；2000年7月通過了美國FDA市場認證后，“達芬奇”成為世界上首套可以正式在手術室中使用的機器人手術系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)介紹及功能

　　“達芬奇”手術機器人是世界上僅有的、可以正式在腹腔手術中使用的機器人手術系統(tǒng)，也是目前最復雜和最昂貴的外科手術系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)充分結合了美國航天航空局和眾多研究機構開發(fā)的先進技術，代表了當今世界外科手術機器人的最高水平。它的手術特點猶如萊昂納多·達·芬奇的畫作手法一樣精細，能將手術造成的創(chuàng)傷降到最低點。目前，廣泛應用于臨床的是Intuitive Surgical公司開發(fā)出的最新的第三代產(chǎn)品。

　　“達芬奇”機器人實際上是一種“內窺鏡手術器械控制系統(tǒng)”，與通常意義上的機器人有明顯差別。手術系統(tǒng)主要有3個子系統(tǒng)組成：醫(yī)師操控臺、床旁機械臂手術系統(tǒng)和3D成像系統(tǒng)。3個看似獨立的子系統(tǒng)在為病人實施手術時雖然各有分工，各司其職，但相輔相成，緊密關聯(lián)。簡單來說，進行手術的醫(yī)生在操控臺上操作，系統(tǒng)將醫(yī)生在病人體外的動作精確傳遞到機械臂，轉化為手術器械在病人體內的動作，從而完成外科手術。

　　（1）醫(yī)師操作臺

　　該操作臺是達芬奇系統(tǒng)的控制核心，由計算機系統(tǒng)、監(jiān)視器、操作手柄及輸出設備等組成。在手術中，醫(yī)師坐在無菌區(qū)外的控制臺前，雙手正常位套入操作手柄指環(huán)，通過雙手動作傳動帶動手術臺上仿真機械臂完成各種操作，并可通過聲控、手控或踏板控制腹腔鏡。術者雙腳置于控制臺腳踏上配合完成電切、電凝等相關操作，并用一個雙目內窺鏡觀察患者體腔內三維圖像。

　　（2）床旁機械臂手術系統(tǒng)

　　包括2～3只工作臂及1只持鏡臂。持鏡臂用于術中握持腹腔鏡物鏡，與傳統(tǒng)腹腔鏡助手握持相比，可提供更加穩(wěn)定的圖像，避免傳統(tǒng)腹腔鏡術中助手疲勞致手部抖動出現(xiàn)視野不穩(wěn)定的問題。工作臂用于完成術中各種操作，有7個自由度，包括臂關節(jié)上下、前后、左右運動與機械手的左右、旋轉、開合、末端關節(jié)彎曲共7種動作，可作沿垂直軸360°和水平軸 270°旋轉，且每個關節(jié)活動度均>90°。外科醫(yī)師通過操作手柄經(jīng)計算機翻譯和傳送外科醫(yī)師手部動作到機械臂器械末端，可進行上下、左右、旋轉等連續(xù)動作，使其比人手有更大的靈活性。手術臺旁可有一名醫(yī)師助手和一名刷手護士，根據(jù)術者的意愿負責替換機器人的機械手，并可經(jīng)輔助孔操作，進行牽拉、吸引等協(xié)助手術的一些工作。

　?。?）3D成像系統(tǒng)

　　內裝da Vinci系統(tǒng)的圖像處理設備，并配有監(jiān)視器，還可放置輔助手術設備(如二氧化碳充氣系統(tǒng))，一個雙高強光源系統(tǒng)，一個雙CCD攝像系統(tǒng)。術中由臺下巡回護士操作。傳統(tǒng)腹腔鏡技術的一個主要弊端在于二維平面成像，術者在監(jiān)視器中無法辨別組織前后相對關系，只有經(jīng)過充分練習后才可掌握操作。達芬奇機器人的3D高清影像系統(tǒng)可完全解決這一問題，為術者提供真實的術野，利于術中辨認組織關系，同時使縫合、打結等操作更簡便易學，提高手術效率。

　　從開放性的第一代外科手術到腹腔鏡手術為代表的第二代外科手術，手術切口大、創(chuàng)傷大、出血多、術后并發(fā)癥較多、疼痛較明顯，給病人造成心理和生理上的痛苦。與傳統(tǒng)外科手術相比，以“達芬奇”為代表的機器人手術具有3個明顯優(yōu)勢：一是突破了人眼的局限，可以進入人體內部的機器鏡，使手術視野放大20倍。機械手臂增加了活動的自由度，大大提高了手術醫(yī)師的操作能力，能將控制柄的大幅度移動按照比例轉換成患者體內的精細動作。二是突破了人手的局限，在原來手伸不進的區(qū)域，機器手可以在360度的空間下靈活穿行，完成轉動、挪動、擺動、緊握等動作，且機械手上有穩(wěn)定器，具有人手無法相比的科技進展穩(wěn)定性及精確度，防止人手可能出現(xiàn)的抖動現(xiàn)象，狹窄解剖區(qū)域中比人手更靈活，因而可輔助完成精細復雜等各類高難度手術。三是無需開腹，創(chuàng)口僅在1 cm左右，創(chuàng)傷小，出血少，恢復快，大大縮短了術后住院時間，術后存活率和康復率都大大提高。

　　3 臨床應用

　　世界上“達芬奇”手術機器人系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地在多學科得到了應用，例如：泌尿外科、心臟外科、胸外科、胃腸外科、肝膽外科、婦產(chǎn)科、普外科、耳鼻喉科。目前，全世界已有33個國家、800多家醫(yī)院成功開展了60多萬例機器人手術，使得“達芬奇”外科手術機器人倍受廣大外科醫(yī)生的認可和推崇。典型的有：泌尿外科：前列腺切除術、腎盂成形術、腎移植、腎切除術、精索靜脈曲張、輸精管吻合術、盆腔淋巴結切除術、腎囊腫手術、輸尿管切除術、輸尿管成形術；心臟外科：全腔內心臟搭橋手術、心臟不停跳?。▎沃Щ螂p支）乳內動脈、二尖瓣修復術、二尖瓣置換術；胸外科：肺葉切除術、胸腺切除術、切除術、食管的失弛緩癥；胃腸外科：結腸切除術、半結腸切除術、直腸低位前切除術、胃旁路術、HELLER 肌切開術、胃束帶術、胃部分切除術；肝膽外科：肝移植手術、肝葉切除術、胰切除術、脾臟切除術；婦產(chǎn)科：子宮切除術、肌瘤切除術、皮樣囊腫、LAVH、卵巢囊腫術、卵巢切除術、卵巢錯位、子宮肌瘤切除術、輸卵管切除術、輸卵管-卵巢切除術、輸卵管結扎術；普通外科：膽囊切除術、抗反流手術、食管賁門括約肌切開術、胰腺手術、結直腸手術治療肥胖癥手術等。

　　盡管“達芬奇”手術機器人系統(tǒng)在臨床中得到了越來越廣泛的應用，但是其自身存在的缺陷也不容回避。“達芬奇”機器人最主要的技術缺陷在于觸覺反饋體系的缺失，因術者雙手不直接接觸手術部位，無觸覺感知，無法判斷組織的質地、彈性、有無搏動等性質。其次，系統(tǒng)的技術復雜，學習曲線較長，醫(yī)師與系統(tǒng)的配合需要長時間的磨合。另外， 由于生產(chǎn)商通過收購競爭對手和專利保護等手段在這一領域形成了壟斷，“達芬奇”機器人的價格昂貴、居高不下，總體購置費用在1700萬人民幣左右。且部分器械屬手術耗材，開展一例手術平均耗材費用約2萬元，手術成本很高。同樣的手術用“達芬奇”做要比用內鏡做多花費40%左右的費用。此外，機器人體積龐大，需要配置專門的手術室及維護人員，手術前的準備及手術中更換器械等操作耗時較長。

　　4 國內、外應用情況

　　如今在美國等發(fā)達國家，“達芬奇”機器人已在腹腔、胸腔、盆腔等相關手術領域中發(fā)揮重要作用。以前列腺癌根治手術為例，自2000年開展首例手術機器人前列腺癌根治性切除以來，該手術已在國外得到迅速推廣。目前，在北歐國家超過一半以上的前列腺癌根治手術由手術機器人完成，而在美國，這一比例更是高達90%。至2010年6月30日，全球共有1571臺“達芬奇”手術機器人系統(tǒng)，主要集中于上述歐美發(fā)達國家，其中美國超過1160臺，歐洲276臺。

　　作為Intuitive Surgical外科手術機器人在中國的獨家代理和售后服務提供商，美中互利公司已經(jīng)在中國成功安裝了20臺達芬奇外科手術機器人系統(tǒng)，其中內9臺、香港5臺、臺灣6臺。2005年11月在香港安裝了國內第一臺da Vinci手術機器人系統(tǒng)，并在香港威爾士親王醫(yī)院成立了具有世界水平的“達芬奇”外科手術機器人系統(tǒng)培訓中心。中國人民解放軍總醫(yī)院（301醫(yī)院）于2007年首先引進達芬奇外科手術機器人系統(tǒng)。2009年初，二炮總醫(yī)院安裝了第二臺。隨后，南京軍區(qū)南京總醫(yī)院、第三軍醫(yī)大學附屬西南醫(yī)院和上海的瑞金醫(yī)院、中山醫(yī)院、華山醫(yī)院、胸科醫(yī)院等陸續(xù)安裝并投入使用。

　　作為首家在中國大陸地區(qū)用“達芬奇”外科手術機器人系統(tǒng)的用戶，301醫(yī)院自2007年開展首例全機器人心臟手術以來，先后創(chuàng)建了國內第一個微創(chuàng)機器人心臟外科中心并組建了國內第一支機器人心臟手術團隊，目前全世界只有幾個心臟外科中心能夠開展此類機器人心臟手術，國內尚無其它醫(yī)院擁有該系統(tǒng)開展此類手術。在高長青主任的帶領下，至今共完成21種210例手術，其中包括全機器人心臟不停跳下間隔缺損修補、心臟不停跳下房間隔缺損修補+三尖瓣成形、心臟不停跳下右房腫瘤切除、全機器人部分肺靜脈畸形引流矯正及全機器人微創(chuàng)不開胸下室間隔缺損修補等5種國際首創(chuàng)手術，手術數(shù)量、種類和質量均處于亞洲最高水平。301醫(yī)院完成的手術量和手術種類目前在亞洲處于最高水平，不僅保持著在機器人心臟外科領域絕對領先的地位，也標志著中國微創(chuàng)心臟外科水平達到世界先進水平。

　　5 小結與展望

　　利用機器人實施外科手術，曾經(jīng)被認為是一種遙遠的甚至是冒險的情景，但是隨著當前科學技術日新月異的發(fā)展，外科手術機器人手術將逐漸成為微創(chuàng)外科手術的主要潮流。外科機器人技術為外科手術提供更廣闊空間，代表今后外科手術的發(fā)展方向，它可開展更精細、精確、復雜的手術，它與其他技術，如單孔手術、激光、冷凍等結合，將使外科手術技術發(fā)生質的飛躍。以醫(yī)療外科機器人系統(tǒng)的研究為基礎發(fā)展起來的醫(yī)療電子設備的產(chǎn)值在過去幾年以每年10%的速度增長，預計醫(yī)用機器人在今后五年內還會以每年20%～40%的速度增長。各國政府不僅希望醫(yī)療外科機器人系統(tǒng)的研究能為疾病的治療帶來方便，產(chǎn)生良好的社會效益，更希望醫(yī)療外科機器人的系統(tǒng)研究能生成一個新的經(jīng)濟增長點，獲得良好的經(jīng)濟效益。

　　值得期待的是，使用“達芬奇”手術機器人，將逐步開創(chuàng)遠程手術的概念。就是讓醫(yī)生從離病人很遠的地方來進行精密的手術。如果醫(yī)生不用站在病人的身旁進行手術，而是在離病人幾十厘米遠的計算機臺旁遠程控制機器人手臂，那么下一步將是從離得更遠的位置來進行手術。遠程遙控手術在經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)生和病人之間建立起全新的聯(lián)系，使病人在原地、原醫(yī)院即可接受遠地專家的會診及其治療與護理，從而節(jié)約醫(yī)生和病人大量的時間和金錢。在一定程度上遏制持續(xù)上漲的醫(yī)療費用、加強了醫(yī)生之間的技術交流和學習，并實現(xiàn)醫(yī)療資源的均衡分布。遠程遙控手術潛在的軍事價值也逐漸顯現(xiàn)，手術醫(yī)生可在后方遙控操作系統(tǒng)完成前線急需的高難度手術，這可能對平時、戰(zhàn)時傷員的救治將產(chǎn)生深遠的影響

　　目前，遠程手術的主要障礙就是醫(yī)生手的移動和機器人手臂做出的反應之間的時間延遲。但仍然有理由相信，隨著技術的不斷進步與發(fā)展，可能通過某種特殊的方式，將全球的da Vinci手術機器人聯(lián)系起來，形成一個局域網(wǎng)系統(tǒng)，先在系統(tǒng)內實現(xiàn)遠程會診、手術教學，再逐步向手術機器人遠程手術過渡。隨著達芬奇外科手術系統(tǒng)的應用范圍和數(shù)量擴大，其技術優(yōu)勢將為更多患者帶來益處。達芬奇機器人已攻克了諸多復雜疑難外科手術，機器人外科微創(chuàng)技術應用并將成為未來醫(yī)學治療趨勢。