機器人在胰十二指腸切除術的應用與展望

李愛民，周寧新

(中國人民解放軍第二炮兵總醫(yī)院肝膽外科，北京 100088)

機器人在胰十二指腸切除術的應用與展望

李愛民，周寧新

(中國人民解放軍第二炮兵總醫(yī)院肝膽外科，北京 100088)

微創(chuàng)外科的概念自1984年誕生以來，取得了蓬勃發(fā)展，但以腹腔鏡為代表的微創(chuàng)外科由于其自身瓶頸難以完成胰十二指腸切除術等復雜、大型手術。隨著工業(yè)化和信息化科技的進步，機器人手術系統(tǒng)應運而生。目前機器人已逐漸應用到心胸外科、普通外科、婦科、骨科、神經外科等。本文就機器人外科的歷史及其在胰十二指腸切除術中的應用做一綜述，并對機器人外科進行展望。

機器人外科；腹腔鏡；胰十二指腸切除術

1 機器人外科的歷史

在傳統(tǒng)外科的基礎上，英國外科醫(yī)生John E.Wickham在1984年率先使用了微創(chuàng)外科(minimally invasive surgery，MIS)一詞，并提出了MIS的概念[1]。自1987年法國Philippe Mouret實施首例腹腔鏡膽囊切除術以來，MIS逐步被認可并廣泛開展起來。然而，外科醫(yī)生在肯定其能縮短住院時間、切口美觀等優(yōu)點的同時，也感受到其二維視覺、杠桿效應造成手術器械活動自由度降低以及眼手協(xié)調性、靈活性、操作精準性等方面的不足，機器人外科手術系統(tǒng)正是為解決這些“瓶頸”應運而生，并由此開創(chuàng)了機器人外科(robotic surgery)新時代。

目前應用最廣泛的達芬奇機器人手術系統(tǒng)的開發(fā)始于20 世紀90 年代中期一個涉及美國國防部和斯坦福研究院的項目，希望通過遠程控制來實現對軍隊及平民的醫(yī)療救助。達芬奇機器人是目前知名度最高的機器人外科手術系統(tǒng)，但是在此之前，人類早已開始并且持續(xù)探索機器人外科手術系統(tǒng)的研發(fā)與利用。1985年Unimation Puma 560工業(yè)機器人在美國加州放射醫(yī)學中心被改進而用于腦外科取樣實驗，由此開創(chuàng)了機器人技術在外科領域應用的先河[2]。1999年這項技術獲得了美國食品藥品監(jiān)督局(food and drug administration，FDA)的臨床應用許可。1991年ISS(integrated surgical systems)公司推出的ROBODOC被用于膝關節(jié)外科置換手術[3]，并于2008年獲得了FDA的認證。1992年，倫敦帝國學院(Imperial College London)開發(fā)了PROBOT手術機器人，倫敦Senthil Nathan醫(yī)生將其用于前列腺外科手術，這是世界上第一例完全機器人輔助下外科手術。1994年Computer Motion公司研發(fā)的內鏡光學定位外科機器人系統(tǒng)AESOP用來減輕傳統(tǒng)微創(chuàng)外科持鏡醫(yī)生(護士)的繁重工作，它結合Hermes語音驅動系統(tǒng)，通過醫(yī)生的語音命令控制手術中內窺鏡鏡頭的位置，于1994年獲得了FDA 的認證。作為第一個被批準進入醫(yī)療市場的外科機器人系統(tǒng)，為外科機器人的臨床使用提供了可行性基礎。1995年Fredrick Moll等獲得了首個SRI遠程醫(yī)學圖像系統(tǒng)的應用許可證，直覺外科(intuitive surgical)公司成立，微創(chuàng)外科手術機器人領域里最典型的代表出現了。1997年，Intuitive Surgical公司推出了遙控操作微創(chuàng)機器人達芬奇外科手術系統(tǒng)(da vinci surgical systems，DVSS)，集成了圖像導航技術、機器人定位、遙控操作等多項先進技術，為微創(chuàng)外科手術提供了一個全新、高效、精準的操作平臺。1999年，computer motion公司進一步推出了Zeus微創(chuàng)外科機器人系統(tǒng)，并于2001年進行了首次具有真正意義的機器人遠程遙控操作外科手術(在美國紐約的主治醫(yī)生為3800英里外的法國斯特拉斯堡患者實施機器人手術治療，即著名的林登伯格手術)[4]。2014年intuitive surgical公司推出了新一代(第四代)機器人手術系統(tǒng)da Vinci Xi。

我國的機器人外科系統(tǒng)研發(fā)起步較晚，但起點不低，更基于我國的實際現狀。1997年北京航空航天大學、清華大學和海軍總醫(yī)院聯合研發(fā)了機器人輔助無框架腦外科立體定向手術系統(tǒng)，取得了成功。該系統(tǒng)主要用于神經外科的輔助定位及腦部標本取樣等操作。2004年，天津大學和法國巴黎第六大學聯合開發(fā)出微創(chuàng)外科手術機器人主從操作手系統(tǒng)，目前已完成動物實驗。2008年哈爾濱工程大學研發(fā)出微創(chuàng)外科手術輔助持鏡機器人系統(tǒng)，功能上類似于美國的AESOP系統(tǒng)，但目前缺少臨床應用的報道。2014年天津大學聯合第二炮兵總醫(yī)院在以往研究的基礎上進一步研發(fā)了新一代外科手術機器人系統(tǒng)“妙手S”系統(tǒng)。

微創(chuàng)外科是外科發(fā)展的必然趨勢，機器人微創(chuàng)外科以其更精準、精細的操作，使微創(chuàng)外科手術更容易實施，更具有操作性。機器人外科操作系統(tǒng)的研發(fā)歷史充分展現了人類對于科學進步執(zhí)著探索和精益求精的精神，不斷借助工業(yè)化技術改善在手術操作中的手眼極限，并且將機器人輔助系統(tǒng)這項技術逐漸應用到外科學各個分支中去。

2 胰十二指腸切除術(pancreaticoduodenectomy，PD)歷史回顧

PD也稱Whipple手術，是腹部外科手術中最復雜、最具挑戰(zhàn)的手術之一。自1945年Whipple[5]報道以來，Whipple手術成為胰頭癌等壺腹部周圍腫瘤的標準術式。1953年4月浙江大學附屬醫(yī)院余文光教授率先在國內開展胰十二指腸切除術，國內、外的研究表明，大約60%的胰腺癌患者在確定診斷時已發(fā)生遠處轉移，25%患者為局部晚期，不能行根治性切除術，中位生存期僅為6～9個月；能夠手術切除的僅15%，中位生存期15個月，5年生存率5%左右[6，7]，但Whipple術目前仍是根治性治療的唯一方式，并且術后并發(fā)癥多，死亡率較高。在胰腺手術并發(fā)癥中，術后胰瘺(postoperative pancreatic fistulas，POPF)仍舊是最嚴重也是最常見的并發(fā)癥，其發(fā)生率為0～25%[8～10]。知名大型醫(yī)療機構如美國麻省總醫(yī)院的報道稱其發(fā)生率仍保持在10%左右[11]。長期以來許多外科手術學家都致力于探索如何降低胰腺手術風險和創(chuàng)傷、減少胰腺術后并發(fā)癥、提高胰腺術后患者生活質量。

以微創(chuàng)方式完成胰十二指腸切除手術一直是外科醫(yī)生探索的方向。自1994年Gagner等嘗試進行了首例腹腔鏡Whipple術以來，隨著腹腔鏡技術的推廣和不斷提高，國內外一些機構相繼開展腹腔鏡下Whipple手術[12，13]。由于其中轉開腹率高、手術過程繁瑣、手術時間長、術后并發(fā)癥高等原因，20年來腹腔鏡Whipple手術仍未得到同行的廣泛認可和廣泛應用[14，15]。胰十二指腸切除等大型復雜手術的微創(chuàng)化目標難以實現主要是由于傳統(tǒng)腹腔鏡本身的局限性，而da Vinci機器人手術系統(tǒng)的出現使得這一局面得以改善。

3 機器人外科手術系統(tǒng)的技術優(yōu)勢及其在PD的應用

DVSS與傳統(tǒng)腹腔鏡相比具有獨特的技術優(yōu)勢。達芬奇機器人手術坐位操作，降低了手術者的勞動強度，使得術者可以完成更多復雜和長時間的手術；高清晰三維成像系統(tǒng)，術野被放大10～15倍，手術視覺效果更佳；計算機系統(tǒng)濾除了人手的生理性顫抖，按比例縮小操作的動作幅度且操作臂沒有杠桿作用，提高了手術精確性；術者頭部離開目鏡，手術器械即被原位固定，提高了手術安全性。7個自由度的手術器械極大提高了操作的靈活性，使難度較大的縫合和(顯微)吻合操作變得簡單方便，原先腹腔鏡下高難度手術如Whipple手術等更具有可操作性。此外，手術機器人操作直觀，便于學習掌握，學習曲線比傳統(tǒng)腹腔鏡外科更短；手術適應證更加廣泛，并且使遠程手術成為可能。

Melvin等[16]首先報道使用DVSS切除胰腺尾部神經內分泌腫瘤，開創(chuàng)了機器人在胰腺外科應用的成功經歷。Giulianotti等[17]報道8例采用DVSS行機器人輔助腹腔鏡下胰十二指腸切除術(robot-assisted laparoscopic pancreaticoduodenectomy，RLPD)，其中膽腸吻合和胃腸吻合均在體內完成，術后1例死亡。2009年開始周寧新等[18]應用DVSS完成國內首批Whipple手術，并與同期完成的開腹手術患者進行比較。近年來，陸續(xù)有在復雜胰腺手術中應用機器人技術的報道，取得了滿意的效果[19，20]。Buchs等[21]對比研究了機器人輔助胰十二指腸切除術在高齡患者中的安全性，結果無明顯差異，因此，患者年齡并不是機器人輔助胰腺手術的禁忌證。周寧新等[22]在國內率先報道機器人肝膽胰手術94例，患者術前均未經篩選，有手術適應證，患者及其家屬同意，即行機器人手術，其中包括肥胖的、腹部多次手術重度粘連的、高齡的患者多例，僅4例中轉開腹，其余90例均順利完成，圍手術期無死亡病例。周寧新等[23]將機器人PD術與開放PD術進行比較，結果顯示機器人PD手術組手術時間較長，但術中出血量、住院時間、并發(fā)癥發(fā)生率均少于開放PD手術組。

機器人Whipple術中轉開腹手術率為5%～37.5%，圍手術期死亡率0～3.3%，胰瘺發(fā)生率為10%～20%，淋巴結清掃率等也與開腹手術基本相當[23～33]。目前已報道病例數大于5例的機器人胰十二指腸切除術文獻總結見表1，其中大部分研究對入組病例均有所選擇?？傮w結果提示機器人胰十二指腸切除術是安全、可靠的。筆者所在科室自2009年1月以來已開展機器人外科手術367例，主要為肝膽胰手術，其中機器人Whipple術28例，總體效果良好。與腹腔鏡PD相比，機器人系統(tǒng)的三維視覺、7個自由度手術器械等使RLPD在門靜脈、脾靜脈、胰腺鉤突游離、胰腸吻合、膽腸吻合重建等方面具有明顯的優(yōu)勢。但其手術時間長、費用高的缺點也很明顯。此外，目前尚缺乏隨機對照試驗(randomized control trial，RCT)研究數據和長期隨訪研究結果。

表1 機器人Whipple手術概況

Oberholzer等[34]成功地應用DVSS為一例活體供體行胰尾部和腎臟切取，這對于活體移植非常重要，因為小切口和恢復快將可能使更多的人愿意捐獻器官。此外，機器人輔助下PD聯合血管切除[35]、全胰切除術已有報道[36，37]?？傊_芬奇機器人手術系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)腹腔鏡在視野、操作器械靈活性等方面的局限性[38，39]，拓展了腔鏡外科向實用、疑難、高危的大型手術延伸發(fā)展，使未來微創(chuàng)外科的覆蓋領域更廣泛全面[40]。

4 機器人外科的未來

“偉大的切口瘢痕代表著偉大的外科醫(yī)生”將成為歷史，微創(chuàng)下的復雜大型手術已成為外科醫(yī)師新的追求。機器人外科是微創(chuàng)外科的發(fā)展，是外科學技術、機器人技術、計算機控制技術、數字圖像處理技術、傳感器技術、生物制造技術等多種技術的完美融合，是外科發(fā)展史上又一個里程碑式的飛躍。傳統(tǒng)腹腔鏡二維平面視野下“筷子”式手術操作的限制，已成為傳統(tǒng)微創(chuàng)外科發(fā)展的“瓶頸”，具有三維立體成像及7個自由度內腕(EndoWrist)的主-從式手術機器人系統(tǒng)的出現，徹底改變了傳統(tǒng)腹腔鏡外科的面貌。在手術機器人的輔助下，已經為數千公里之外的患者成功地施行膽囊切除術，標志一個新時代的開始，其核心內容是計算機操控下的虛擬現實、三維重建、遠距離操縱的微創(chuàng)外科時代。機器人外科目前還只是初期發(fā)展階段，但從目前的臨床應用結果分析，有一點已經被證明了，就是它突破了現有腹腔鏡技術的難點和瓶頸，提高了手術的精度和可行性，使腹腔鏡技術得到更高的傳承，使微創(chuàng)外科技術向更高難、復雜手術邁進。

機器人外科是外科史上的偉大進步，是微創(chuàng)外科向大型疑難手術拓展的新途徑，是工業(yè)化、信息化科學技術和現代醫(yī)學完美融合的疾病診療新模式；這一新型外科診療模式，會讓外科醫(yī)生從單純復制傳統(tǒng)經典外科手術的模式中走出來，利用先進的影像技術及多元化立體視覺啟發(fā)，走出一條全新的機器人外科微觀手術路徑與模式。

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Application and prospect of robotics in pancreaticoduodenectomy

LIAi-min，ZHOUNing-xin

(DepartmentofHepatobiliarySurgery，TheSecondArtilleryGeneralHospitalofChinesePeople’sLiberationArmy，Beijing100088，China)

ZHOUNing-xin

The minimally invasive surgery has vigorously developed since the concept was born in 1984.However，the laparoscopic surgery，as representative of minimally invasive surgery，is difficult to complete large complicated operations such as pancreaticoduodenectomy because of its intrinsic technique bottleneck.With the progress of industrialization and information technology，the robotic surgical system was emerged.Currently，the system has been gradually applied to cardiothoracic surgery，general surgery，gynecological surgery，orthopedic surgery and neurosurgery.In this paper，the authors reviewed the history and application of robotic surgery in pancreaticoduodenectomy，and make an outlook for the technique.

Robotic Surgery；Laparoscopy；Pancreaticoduodenectomy

周寧新，男，教授，主任醫(yī)師，博士生導師。國際臨床機器人外科學會創(chuàng)始委員兼中國區(qū)主席，國際肝膽胰協(xié)會和國際消化外科學會會員，美國國際機器人外科學會創(chuàng)始委員，美國腫瘤外科協(xié)會會員，國家自然基金委員會二審專家組成員，中華醫(yī)學會外科學會機器人外科學組主任委員，中華醫(yī)學會外科學會膽道外科學組副主任委員，中國抗癌協(xié)會膽道腫瘤專業(yè)委員會副主任委員，全軍肝膽外科學組常委，全軍醫(yī)學專業(yè)評審專家組成員，中央和軍委保健局會診專家。主要研究方向：肝門部或高位膽管的復雜疑難膽道疾病、多次術后的疑難肝膽胰疾病，在肝移植及活體肝移植、腹腔鏡微創(chuàng)外科技術在腹部外科的應用均為國內領先水平，并在國內率先開展了達芬奇機器人對肝膽胰復雜手術。

R656.6；R657.5

A

1672-6170(2015)01-0001-04

2014-10-27)