機器人甲狀腺手術(shù)：現(xiàn)時技術(shù)突破以及與未來科技融合

孫寒星， 嚴(yán)佶祺

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院外科，上海 200025）

機器人甲狀腺手術(shù)發(fā)展至今已超過10年。越來越多?？漆t(yī)師參與其中，現(xiàn)時手術(shù)技術(shù)正被不斷突破、完善并優(yōu)化。機器人甲狀腺手術(shù)的出現(xiàn)是醫(yī)學(xué)科技飛速發(fā)展的成果。同時，機器人手術(shù)作為醫(yī)學(xué)科技的重要組成，在融入眾多的未來科技后，將給傳統(tǒng)的外科手術(shù)帶來更多顛覆性變化。

發(fā)展歷程

2009年，Kang等[1]最早介紹機器人甲狀腺手術(shù)的經(jīng)驗。目前，韓國是世界上機器人甲狀腺手術(shù)開展最多的地區(qū)，機器人手術(shù)占甲狀腺年手術(shù)量的比例平穩(wěn)維持在10%左右[2]，積累了大量的病例數(shù)據(jù)[3]，而腔鏡甲狀腺手術(shù)的比例正在下滑。在歐美國家，雖然機器人技術(shù)開展時間較早，但因手術(shù)費用及文化理念等因素，外科醫(yī)師與病人對機器人甲狀腺手術(shù)的興趣有限，大規(guī)模的病例報道相對較少。

在國內(nèi)，機器人甲狀腺手術(shù)經(jīng)歷了最初的探索嘗試后，已進(jìn)入規(guī)范、精細(xì)發(fā)展的階段。2014年，賀青卿等[4]首次開展機器人甲狀腺手術(shù)。此后，國內(nèi)多地相繼報道了多個單中心的初期臨床數(shù)據(jù)[5-7]。經(jīng)過前期的積累，2016年中國醫(yī)師協(xié)會外科醫(yī)師分會甲狀腺外科醫(yī)師委員會（Chinese Thyroid Association，CTA）等發(fā)布《機器人手術(shù)系統(tǒng)輔助甲狀腺和甲狀旁腺手術(shù)專家共識》，進(jìn)一步規(guī)范并推廣此技術(shù)[8]。2019年，CTA等發(fā)布《機器人甲狀腺及甲狀旁腺手術(shù)中神經(jīng)電生理監(jiān)測臨床操作專家共識（2019版）》，細(xì)化術(shù)中喉返神經(jīng)保護(hù)技術(shù)，旨在提高手術(shù)的安全穩(wěn)定性[9]。

機器人甲狀腺手術(shù)的發(fā)展遲于腔鏡手術(shù)，部分技術(shù)，如手術(shù)入路、建腔等借鑒于腔鏡手術(shù)。目前，常用的手術(shù)入路包括經(jīng)腋窩入路 （transaxillary approach,TAA）、經(jīng)雙側(cè)腋窩乳暈入路（bilateral axilla-bilateral areola,BABA）、經(jīng)耳后入路（retroauricular approach,RAA）和經(jīng)口甲狀腺切除（transoral robotic thyroidectomy,TORT）。其中TAA最早應(yīng)用于機器人甲狀腺手術(shù)，也是應(yīng)用最多的手術(shù)入路，尤其在韓國。但其限制是，通過同一入路切除對側(cè)腺葉時，需足夠的技巧克服氣管對手術(shù)野的阻擋。國內(nèi)采用最多的是BABA和經(jīng)單側(cè)腋窩雙側(cè)乳暈入路（unilateral axilla-bilateral areola,UABA）。其能提供與傳統(tǒng)開放及腔鏡手術(shù)相同的手術(shù)解剖視野，方便實施甲狀腺全切除及頸部淋巴結(jié)清掃，且機械臂之間空間較大，不會互相干擾。但對于部分胸骨、鎖骨水平的淋巴結(jié)，可能存在視野盲區(qū)。RAA在北美地區(qū)開展較多，對于肥胖病人較合適，可完成單側(cè)腺葉切除及同側(cè)中央組淋巴結(jié)清掃，但操作對側(cè)腺體非常困難。TORT同樣最先應(yīng)用于腔鏡手術(shù)，起步相對較晚。經(jīng)過數(shù)次技術(shù)改進(jìn)，直至2016年才成熟。TORT最大程度地實現(xiàn)體表“無瘢痕”，且皮瓣創(chuàng)傷最小，因此受到追捧。通過最新一代可彎曲單孔達(dá)·芬奇手術(shù)系統(tǒng)（da Vinci SP）可便捷地將鏡頭及所有操作器械通過2.5～3.0 cm單孔進(jìn)入體腔，完成雙側(cè)腺體切除及淋巴結(jié)清掃[10]。與前幾代機器人相比，單孔手術(shù)系統(tǒng)操作器械可靈活彎曲，術(shù)中器械無需大幅度橫向移動，也不用另外腋下戳孔牽拉肌肉，完全避免體表切口，非常適合于空間狹小的TORT。

技術(shù)邊界拓展

經(jīng)過10余年的實踐，機器人甲狀腺手術(shù)仍在不斷探索發(fā)展，充滿生命力。原來的技術(shù)邊界不斷被打破。曾被認(rèn)為不適合機器人手術(shù)的頸側(cè)區(qū)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移病例，如今證明，不論技術(shù)還是手術(shù)結(jié)局，都安全可行。Kim等[11]報道500例TAA機器人甲狀腺全切除聯(lián)合頸側(cè)區(qū)淋巴結(jié)清掃，包括30例雙側(cè)頸側(cè)區(qū)淋巴結(jié)清掃、24例頸側(cè)淋巴結(jié)復(fù)發(fā)，無中轉(zhuǎn)開放病例。平均手術(shù)時間（293.71±67.22）min，清掃頸側(cè)淋巴結(jié)（36.02±17.46）枚。通過調(diào)整上臂上舉及器械的角度，Ⅱ區(qū)淋巴結(jié)也能完全顯露清掃。術(shù)后永久性低血鈣發(fā)生率為4%，永久性喉返神經(jīng)損傷發(fā)生率為1%。另有淋巴漏26例（5.2%），Horners綜合征2例，迷走神經(jīng)損傷1例。5例在隨訪過程中出現(xiàn)腫瘤復(fù)發(fā)。 He（賀青卿）等[12]采用BABA技術(shù)完成260例機器人甲狀腺全切除聯(lián)合頸側(cè)區(qū)淋巴結(jié)清掃手術(shù)，無中轉(zhuǎn)開放病例。清掃頸側(cè)淋巴結(jié)（17.9±8.6）枚。手術(shù)時間（201±63）min。術(shù)后無永久性神經(jīng)損傷及甲狀旁腺功能減退，1例術(shù)后淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)。

Garstka等[13]回顧對照分析102例Graves病手術(shù)病例，其中56例行TAA機器人手術(shù)，其余行開放手術(shù)。機器人組腺體平均體積（84.9±62.2）cm3，與開放組相似，術(shù)中出血量（16.0±10.5）mL略低于開放組，手術(shù)時間（174.4±33.5）min較開放組顯著延長。兩組術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生差異無統(tǒng)計學(xué)意義。Graves病時腺體增大，血管增粗，血供異常豐富，曾被認(rèn)為不適合行機器人手術(shù)，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生增加。事實上，困難與否是相對的。隨著機器人手術(shù)經(jīng)驗的不斷積累，對于體積較大的腺體，技術(shù)上并不存在不可逾越的阻礙，只是增加手術(shù)時間[14]。與此相似，超重及肥胖雖會給機器人手術(shù)造成一定困難，但目前技術(shù)上已完全克服。由此造成的手術(shù)時間延長，也在可接受的范圍內(nèi)[14]。

喉不返神經(jīng)屬于喉返神經(jīng)的解剖變異，發(fā)生率低，機器人手術(shù)中少見。BABA機器人甲狀腺手術(shù)視野與開放手術(shù)類似，常在腺體翻起后，沿著下極后方尋找神經(jīng)。若無法找到喉返神經(jīng)，需考慮喉不返的情況。此時若經(jīng)驗不足，急于從入喉處解剖分離，反而增加神經(jīng)損傷的風(fēng)險。但這并非機器人手術(shù)的限制因素。Zhang等[15]指出，機器人手術(shù)前需考慮到此種情況并完善術(shù)前CT檢查，作出預(yù)判。術(shù)中神經(jīng)監(jiān)測由遠(yuǎn)及近探測迷走神經(jīng)，判斷喉返神經(jīng)的發(fā)出位置。依賴于機器人系統(tǒng)的穩(wěn)定操作與精細(xì)操控，更有利于準(zhǔn)確解剖，避免牽拉神經(jīng)。

技術(shù)特點

機器人手術(shù)最大的技術(shù)難點在于缺乏觸覺和力覺反饋。術(shù)者僅通過視覺畫面的改變，結(jié)合自身經(jīng)驗，作出判斷，不斷調(diào)整，以完成操作。對于初學(xué)者來說，若缺乏相應(yīng)的訓(xùn)練，短時間內(nèi)無法做到“隨心所欲”。每次器械操控的過程都需反復(fù)調(diào)整，在畫面中一點點尋找合適的角度和力度。在缺乏觸覺反饋時，視覺成為唯一的信息輸入源，因此形成視覺思維尤為重要。視覺思維是在手術(shù)中將視覺與理論基礎(chǔ)相聯(lián)系，產(chǎn)生直覺。實時的視覺來源于手術(shù)視野中的圖像，但局部解剖知識和積累的各種開放與腔鏡手術(shù)圖像是形成視覺思維的基礎(chǔ)[16]。在開展機器人甲狀腺手術(shù)前，必須有大量甲狀腺常規(guī)手術(shù)經(jīng)驗積累，有意識地從特定角度觀察組織的形態(tài)變化，掌握喉返神經(jīng)、甲狀旁腺的毗鄰解剖結(jié)構(gòu)，有助于快速建立視覺思維，適應(yīng)機器人手術(shù)。

與腔鏡類似，機器人甲狀腺手術(shù)的操作空間狹小，且與氣管、血管、神經(jīng)等重要結(jié)構(gòu)聯(lián)系緊密，手術(shù)視野受限。雖然器械靈活彎曲，操作相對便利，但終究無法與開放手術(shù)相比。能量器械產(chǎn)生的氣霧、術(shù)中出血、腫大的腺體、塌陷的皮瓣都將干擾手術(shù)野，影響手術(shù)進(jìn)程。一臺良好的機器人甲狀腺手術(shù)，必須做到手術(shù)場面清晰、操作流暢，技術(shù)細(xì)節(jié)相當(dāng)關(guān)鍵。牽拉腺體時盡量輕拉、輕放，避免破裂出血。減少腺體的反復(fù)翻轉(zhuǎn)，減少器械的反復(fù)牽拉暴露，爭取“一鏡到底”，避免來回反復(fù)。盡可能在同一視野下完成神經(jīng)顯露保護(hù)和甲狀旁腺保留，對特定視角下的解剖操作要求較高。充分了解能量器械的特性。超聲刀凝閉效果好，但刀頭較粗大，不能轉(zhuǎn)彎。對于精細(xì)解剖，可能電剪更合適。對于靠近喉返神經(jīng)的細(xì)小血管，電剪或雙極電凝相對安全，且足夠可靠。精細(xì)電鉤可用于腺體被膜的超精細(xì)解剖，對甲狀旁腺的保護(hù)價值甚大[17]。合理選擇器械能保持術(shù)野清晰，出血量少，最大程度減少術(shù)中器械替換，維持手術(shù)流暢度。

與未來科技融合

機器人手術(shù)系統(tǒng)的出現(xiàn)與發(fā)展，遠(yuǎn)非單純?yōu)榱颂岣呶?chuàng)手術(shù)的便利。其初衷是遠(yuǎn)程手術(shù)操控，但背后的技術(shù)發(fā)展邏輯則是以機械取代人手，以人工智能輔助人腦，對復(fù)雜形勢作出合理判斷，并完成精細(xì)化操作。機器人系統(tǒng)是醫(yī)學(xué)科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，對外科手術(shù)的影響可能是顛覆性的。目前，雖然機器人系統(tǒng)已具備較高的操作精細(xì)度，但智能化程度還較低。單純是人手動作的機械映射，可認(rèn)為是“純手工”操作。今后，隨著新技術(shù)的融入，系統(tǒng)的智能程度將逐步提高，逐漸具備獨立分析判斷的能力，更好地輔助術(shù)者完成操作。

機器人外科手術(shù)一度被認(rèn)為僅是腔鏡手術(shù)的設(shè)備“升級版”。目前已有多種技術(shù)嘗試融合于機器人系統(tǒng)平臺，其中增強現(xiàn)實（augmented reality,AR）是較熱門的研究方向之一。外科手術(shù)的核心是解剖組織結(jié)構(gòu)的識別、空間張力層次的維系、組織扭曲變形的預(yù)警和最佳切除路徑的選擇。喉返神經(jīng)顯露和甲狀旁腺保護(hù)一直是甲狀腺外科的要點和痛點。通過術(shù)前頸部CT影像將甲狀腺、氣管、食管、動靜脈血管三維建模，將虛擬影像疊加于術(shù)中的真實畫面之上，使外科醫(yī)師能看到尚未被暴露的重要解剖結(jié)構(gòu)，大大提升術(shù)者的感知能力[18]。在此基礎(chǔ)上，具備視野追蹤系統(tǒng)的AR技術(shù)應(yīng)用于甲狀腺手術(shù)，其虛擬畫面可跟隨手術(shù)視野的切換，提示重要的解剖結(jié)構(gòu)，為術(shù)中喉返神經(jīng)的鑒別及追蹤保護(hù)提供極大的便利。在小規(guī)模的臨床應(yīng)用中，AR影像提示的喉返神經(jīng)位置與真實位置平均誤差（1.9±1.5）mm，術(shù)后無聲帶麻痹的病例[19]。

近紅外熒光技術(shù)，是在甲狀腺腺體中注射吲哚菁綠，在近紅外光下，使富血供的腺體增強顯影，以識別、保護(hù)甲狀旁腺。Yu等[20]在BABA機器人甲狀腺手術(shù)中，嘗試開展這一技術(shù)。相比于對照組，甲狀旁腺誤切率顯著下降。

基于自主反饋學(xué)習(xí)系統(tǒng)的新一代腔鏡鏡頭機器人能自主識別周圍情況，自動調(diào)整自身操作臂及鏡頭位置，捕捉最佳觀察角度，主動配合完成視角的切換[21]。除向外科醫(yī)師學(xué)習(xí)扶鏡動作，其數(shù)據(jù)庫還能記錄機器人的主動操作，接受其他機器積累的經(jīng)驗。通過機器“自學(xué)”與“互學(xué)”，不斷優(yōu)化扶鏡動作，直至與手術(shù)醫(yī)師默契配合。

除臨床價值外，基于機器人系統(tǒng)構(gòu)建的甲狀腺手術(shù)仿真與模擬系統(tǒng)，還可應(yīng)用于頸部手術(shù)教學(xué)模擬[22]。通過達(dá)·芬奇手術(shù)系統(tǒng)在BABA甲狀腺仿真模具以及虛擬現(xiàn)實（virtual reality,VR）軟件上的練習(xí)，能提高術(shù)者的手術(shù)技巧。這種具備導(dǎo)航和糾偏模式的培訓(xùn)，無論對于新手還是手術(shù)經(jīng)驗不足的專科醫(yī)師，均有教學(xué)意義[23]。

數(shù)字孿生技術(shù)重塑外科手術(shù)

數(shù)字孿生也稱為數(shù)字化映射，在工程建設(shè)和智能制造領(lǐng)域引發(fā)巨大的技術(shù)革新。其是一種集成多物理、多尺度、多學(xué)科屬性,具有實時同步、忠實映射、高保真特性,能實現(xiàn)物理世界與信息世界交互融合的技術(shù)方法[24]。目前，這一概念已移植到醫(yī)學(xué)科技。通過復(fù)制個體的生理生化指標(biāo)、醫(yī)療記錄、生物組學(xué)等數(shù)據(jù)，建立獨一無二的數(shù)字化孿生模型。在模型上模擬海量品種的藥物治療，篩選尋找最優(yōu)治療方案，應(yīng)用于臨床，以此模式來實現(xiàn)個體化的精準(zhǔn)醫(yī)療[25]。

數(shù)字孿生在外科手術(shù)領(lǐng)域具有多重應(yīng)用前景。首先是預(yù)警風(fēng)險。與VR技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，基于個體的解剖結(jié)構(gòu)、腫瘤特征、影像學(xué)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建孿生模型，使外科醫(yī)師能在實際操作前多次模擬“真實”的術(shù)中情況，盡可能規(guī)避不可預(yù)知的風(fēng)險。針對機器人甲狀腺手術(shù)的重點與難點，尋找喉返神經(jīng)，尤其當(dāng)存在喉不返等神經(jīng)結(jié)構(gòu)變異時，甲狀旁腺定位及其血供的解剖保留，副神經(jīng)、頸叢神經(jīng)及膈神經(jīng)定位識別。若能在術(shù)前做到“了然于胸”，將極大地提升手術(shù)的安全性及流暢度。其次，可提出最優(yōu)解，并預(yù)判并發(fā)癥。與人工智能結(jié)合后，手術(shù)機器人通過在孿生模型上反復(fù)模擬練習(xí)，將獲取大量接近于真實情形的數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)改進(jìn)后，篩選出最優(yōu)操作方案，最終應(yīng)用于真實手術(shù)中。這如同無人駕駛技術(shù)演進(jìn)提升，需要在道路相似路況下反復(fù)模擬測試，尋找最佳行車路線方案，以提高智能化程度及自主操作的安全性。同時，得益于其忠實映射的特性，模型將反映術(shù)后病人的部分生理指標(biāo)（如喉返神經(jīng)的電信號、甲狀旁腺的血供等），預(yù)測手術(shù)近期預(yù)后及并發(fā)癥發(fā)生等情況。最后，可手術(shù)演習(xí)培訓(xùn)。數(shù)字孿生模型還可應(yīng)用于機器人手術(shù)仿真與模擬系統(tǒng)。通過對孿生模型的模擬手術(shù)，培訓(xùn)外科醫(yī)師，縮短學(xué)習(xí)曲線；開展新技術(shù)、新器械的試驗，降低臨床試驗的風(fēng)險。

由于技術(shù)的限制，目前多數(shù)應(yīng)用場景僅限于理論。如何實現(xiàn)實時同步的組織數(shù)字化模擬，實現(xiàn)近似于真實的組織形變、移動，仍是有待解決的技術(shù)難題。對人類個體進(jìn)行數(shù)字化復(fù)制建模，也將面臨倫理道德方面的考量[26]。但可以預(yù)見，數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展成熟，將為醫(yī)學(xué)帶來革命性進(jìn)步，而機器人手術(shù)系統(tǒng)將成為其接入外科手術(shù)的重要平臺。