達·芬奇機器人手術系統及其研究進展

唐 魯,李 翠,李曉芳,田 秀,蘇艷磊,王 飛

達·芬奇機器人手術系統及其研究進展

唐 魯,李 翠,李曉芳,田 秀,蘇艷磊,王 飛

介紹了手術機器人的國內外研究狀況,綜述了達·芬奇機器人手術系統于心胸外科、泌尿外科、婦科、普外科等領域手術應用進展以及手術室護士配合要點。

達·芬奇手術系統;機器人;進展

微創甚至無創已經成為醫學發展與追求的必然,在這條道路上有3項標志性事件。1846年麻省總醫院施行乙醚麻醉,標志著現代手術的開始;1987年Moure報道腹腔鏡膽囊切除術,標志微創外科手術時代的開始;達·芬奇機器人手術系統完全有別于傳統胸腔鏡、腹腔鏡,被視為21世紀微創手術的革命性標志[1]。該系統已廣泛應用于心胸外科、泌尿外科、婦科、普外科等領域[2-5]。隨著衛生部將達·芬奇機器人手術系統納入“十二五”甲類大型醫用設備配置規劃,我國陸續引進該系統并取得了良好效果。本文對手術機器人的國內外研究與應用進展做一綜述,旨在為對該系統的應用與配合提供參考。

1 機器人輔助手術系統的演變

到目前為止,機器人輔助手術系統主要經歷了三代產品[6]。第一代持鏡機器人伊索(AESOP):1994年,美國食品和藥品管理局(Food and Drug Administration,FDA)首次批準Computer Motion公司生產的AESOP 1000手術機器人應用于手術;1996年,AESOP 2000手術機器人加入聲控裝置;AESOP 3000手術機器人的活動度增大;到1999年底,AESOP系統在心臟外科、胸外科、婦產科、泌尿外科等領域應用并取得了良好的手術效果,共完成手術80 000例。第二代遙控機器人宙斯(Zeus):1995年,Computer Motion公司繼續開發出機器人Zeus手術系統,實現了遠程遙控、精細手術操作和穩定的機械抓持等功能,2000年該系統獲得FDA認證[7]。第三代達·芬奇機器人手術系統(da Vinci Surgical System):達·芬奇手術機器人系統來源于美國軍方用于處置遠距離進行手術治療的研究,美國Intuitive Surgical Inc.(直觀手術公司)從軍方取得專利,研制出的機器人輔助微創外科手術系統于1999年獲得FDA批準。2000年7月達·芬奇手術系統成為唯一通過FDA核準運用于腔鏡手術的機械手術系統。2003年Intuitive Surgical公司合并Computer Motion公司獨家壟斷全球市場。目前達·芬奇系統第一代產品da Vinci Standard已被2005年上市的第二代S系統(da Vinci S)和2009年上市的第三代Si系統(da Vinci Si)所取代。第三代Si系統具有雙重控制功能,便于微小創傷手術時進行人員培訓,具有更高分辨率的3D視野、最新的用戶界面以及可整合入數字化手術室系統[8]。

2 國內外達·芬奇機器人手術系統的應用

2000年6月德國法蘭克福大學醫院泌尿外科醫生利用da Vinci手術機器人完成世界首例內窺鏡下前列腺切除根治。2001年6月,FDA批準da Vinci手術機器人用于腹腔鏡的前列腺切除術。目前da Vinci手術種類涵蓋普通外科、心胸外科、泌尿外科、婦科等學科的數十種手術,典型手術包括膽囊切除術、胰十二指腸切除術、胃腸手術、肝切除術、二尖瓣成形術、心臟不停跳搭橋術、縱隔腫瘤切除術、前列腺癌根治術、卵巢切除術等[8]。截至2013年12月31日,全球裝機總量為2 966臺,其中美國2 083臺,歐洲476臺,亞洲288臺(日本159臺,韓國43臺,中國43臺,印度24臺,新加坡7臺,泰國6臺,菲律賓2臺,印度尼西亞1臺),其他地區119臺;2013年完成手術約52.3萬例,比2011年增長16%[9]。

在我國,最早引進達·芬奇手術系統的醫院多是軍隊系統的綜合性醫院,完成的成功病例也最多,此外,多集中在北京和上海兩大城市。自2006年12月,中國人民解放軍總醫院率先引進我國第一臺達·芬奇S機器人手術系統,目前中國人民解放軍總醫院(先后購置5臺)、北京地壇醫院、中國人民解放軍第二炮兵總醫院、復旦大學附屬中山醫院、上海交通大學附屬瑞金醫院、上海交通大學附屬胸科醫院、復旦大學附屬華東醫院、中國人民解放軍第三軍醫大學附屬西南醫院、中國人民解放軍南京軍區南京總醫院、中國人民解放軍沈陽軍區總醫院、中國人民解放軍第二軍醫大學附屬長海醫院、北京協和醫院、中國人民解放軍濟南軍區總醫院、中國人民解放軍第四軍醫大學附屬西京醫院共14家醫院擁有18臺機器。截至2013年12月31日,我國達·芬奇機器人手術系統共完成手術6 535例,其中泌尿外科1 764例,胃腸外科1 647例,肝膽胰外科1 052例,心外科863例,胸外科607例,婦產科585例,其余7例。預計2013年—2015年我國公立醫療機構規劃配置36臺,覆蓋全國24個省(自治區、直轄市)的公立醫院,同時社會資本舉辦醫療機構按照全國總量20%規劃配置,該系統將在國家政策支持下規范有序地在臨床應用中合理推廣[10]。

3 達·芬奇機器人手術系統的構造

達·芬奇機器人手術系統由醫生操作系統、床旁機械臂系統、成像系統3部分組成。床旁機械臂系統為機械臂和內窺鏡臂提供支撐,包括1個鏡頭臂和3個機械臂。鏡頭臂裝有雙鏡頭,能把組織器官放大10倍,并以三維畫面呈現給醫生,高清、立體、直觀、準確。達·芬奇的前臂長近50 cm,尤其特殊的是機械手的內腕,直徑僅0.5 cm,具有7個自由度可以自由旋轉540°,使其靈活度達到或超過了人手的活動度,是Intuitive Surgical公司的專利技術[11]。醫生操作系統是達·芬奇機器人的控制中心,機器人操作員坐在無菌區外,用手或腳來控制機器人和一個3D內窺鏡。成像系統在手術過程中由一名無需在無菌區的人員操作。

世界著名外科學家、法國Jacques Marescaux教授評價說:“達·芬奇機器人手術系統是外科史上繼微創技術及電腦輔助應用以來的第三次變革,成功引入一個全球外科技術共享的理念:外科醫生無論身處何方,都可參與世界上任何地方的手術。”與腔鏡手術相比,達·芬奇機器人手術系統具備以下優點:①擴大了人眼的視野,可以進入人體內部的特殊鏡頭,產生三維立體的圖像,并可使手術視野放大10倍～15倍;②延長了人手的極限,機械手臂增加了活動的自由度,大大提高了手術醫師的操作能力,在原來手伸不進的區域,機械手可以在360°的空間里靈活穿行完成轉動、挪動、擺動、緊握等動作,且機械手上有穩定器,具有人手無法相比的穩定性及精確度;③切口小、出血少、愈合快,有助于最小化手術風險,降低術后并發癥以及轉開放手術的幾率,提高醫療質量和病人安全;④節省醫生人力資源,達·芬奇機器人自動化程度很高,一臺高難度的外科手術只需要1名外科醫生、1名麻醉師以及1名或2名護士[12,13],可有效克服手術室可負荷量的限制,提高手術室的利用效率。同時,達·芬奇機器人手術系統也存在一些不足之處:①沒有觸覺,無法分辨組織的韌度、觸摸血管搏動;②沒有溫熱覺,無法分辨不同體內組織間的溫度差異;③對大的動作有力反饋作用,但對精細動作卻不起作用;④需要助手更換機械臂;⑤控制臺與機械臂之間的無線通訊易受到干擾;⑥價格昂貴、體積龐大[14,15]。

4 手術護士配合要點

達·芬奇手術系統要求手術護士除具備開腹、開胸等傳統手術和腔鏡等微創手術配合經驗外,還必須接受香港威爾斯親王醫院嚴格的理論和操作培訓,并取得該機構頒發的全球認證的達·芬奇手術機器人護士操作資格證書[16]。手術護士主要負責機器在手術間的布局擺放、機器的開機、器械臂無菌套的安裝、鏡頭白平衡調節、器械的傳遞、器械的清洗消毒滅菌、機器的管理與養護等[17]。

4.1 巡回護士的配合 病人入手術間前,完成機器人系統的準備工作。根據手術入路的不同,調整該系統3個組成部分與手術床位置關系,連接各組成部分并啟動系統[18]。嚴格操作規范,及時調節術野亮度和氣腹機壓力,嚴格觀察病人各項生命體征。備好搶救和開放手術設備、物品。術畢正確記錄此次使用的器械名稱及器械可使用的剩余次數,使所有系統歸位。

4.2 器械護士的配合 在巡回護士協助下,完成器械臂、鏡頭臂的防護罩的安裝。每次手術前或每次更換攝像頭、內窺鏡、燈模塊或光源后,都必須對攝像鏡頭進行白平衡調節[18]。常規消毒后,與巡回護士一起正確連接儀器部件、導線,協助醫生置入Trocar并建立氣腹。放入鏡頭探查腹腔,在顯示屏指引下,依次完成其余穿刺器的置入。協助醫生完成所有機械臂與穿刺器的連接及所需器械的安裝。時刻關注顯示屏上和各機器臂上的信號,出現問題及時排除[19]。術畢對器械進行正確清洗、消毒、滅菌及養護。

5 達·芬奇機器人手術系統展望

在現代手術所表現出的更加自動化、更加電腦化、更依賴于機械化輔助趨勢下,達·芬奇機器人手術系統實現著技術的不斷優化以及應用市場的快步拓展。該系統已開發出雙控制臺配備、術中熒光顯影技術、術中沖洗器、術中組織切割吻合器、術中超聲輔助定位、手術模擬訓練器等技術。截至2013年12月31日超過800所美國醫院購買單孔(Single-Site)手術設備[8,20]。

Intuitive Surgical公司的營銷目標:①宣傳達·芬奇機器人的安全性、有效性及成本效益;②加大支持達·芬奇機器人在普外科手術中的應用;③在婦科手術和泌尿外科手術中推廣達·芬奇機器人創傷小的優點;④推廣單入口達·芬奇機器人的應用。而達·芬奇機器人手術系統向更小、更輕便、更方便移動方向發展將是必然趨勢,并有望在以下方面進行技術優化:①加入精細動作的動力回饋,并可通過軟件設置和對張力數據的計算機分析,為醫生提供手術提示和報警;②在機械手上整合影像學系統,如CT、B超,從而幫助醫生在不定型手術中判斷組織、血管,決定手術方式;③在軟件中加入圖像分析功能,幫助醫生判讀內鏡下解剖結構,加快手術進程;④機械臂實現自動更換[21]。

[1] Jones A,Sethia K.Robotic surgery[J].Ann R Coll Surg Engl, 2010,92(1):5-13.

[2] Rodriguez E,Chitwood WR.Robotics in cardiac surgery[J].Scand J Surg,2009,98(2):120- 124.

[3] Lee EK,Baack J,Duchene DA.Survey of practicing urologists:Robotic versus open radical prostatectomy[J].Can J Urol,2010,17 (2):5094-5112.

[4] Cho JE,Nezhat FR.Robotics and gynecologic ontology:Review of the literature[J].J Minim Invasive Gynecol,2009,16(6):669-681.

[5] Wilson EB.The evolution of robotic general surgery[J].Scand J Surg,2009,98(2):125-134.

[6] 沈周俊,王先進,何威.達·芬奇機器人手術系統在泌尿外科的臨床應用體會[J].微創醫學,2013,8(5):531- 535.

[7] 溫武,石崧.達·芬奇機器人手術系統在OSAHS手術中應用進展[J].中國醫學文摘:耳鼻咽喉科學,2013,28(6):314-316.

[8] 李萬剛,崔靜,王建軍.機器人輔助外科的歷史、現狀和展望[J].中國現代醫學雜志,2012,22(36):45- 50.

[9] Intuitive Surgical Inc.Annual report 2013[EB/OL].[2014- 05-20].http://phx.corporate- ir.net/phoenix.zhtml?c= 122359&p=irol IRHome.

[10] 衛生部,衛規財發〔2013〕12號.衛生部關于印發2013—2015年全國高端放射治療設備和內窺鏡手術器械控制系統配置規劃的通知[EB/OL].[2014- 05- 16].http://www.moh.gov.cn/mohghcws/s2909/list.shtml.

[11] 肖鐘,黃宗海.外科手術機器人的研究進展及臨床應用[J].中國現代普通外科進展,2011,14(11):880-884.

[12] 鄒來賓,張中林,何躍明,等.手術機器人在微創外科的應用進展[J].中華普通外科學文獻(電子版),2013,7(1):52- 55.

[13] 李建平,楊軍,顧元龍.達·芬奇手術機器人在腹部外科的臨床應用進展[J].中華肝膽外科雜志,2012,18(11):883-886.

[14] 嵇武,胡新勇,黎介壽.手術機器人的應用進展與前景展望[J].醫學研究生學報,2010,23(9):994- 998.

[15] 余佩武,唐波.達·芬奇機器人胃癌手術相關技術與應用前景[J].中國微創外科雜志,2012,12(7):584-585.

[16] Patel HR,Linares A,Joseph JV.Robotic and laparoscopic surgery:Cost and training[J].Surg Oncol,2009,18(3):242- 246.

[17] 楊凡,王宇,李武平,等.達·芬奇機器人手術配合流程再造及效果評價[J].中華腔鏡外科雜志(電子版),2013,6(5):383-387.

[18] 張玲琳,曾俊,陳小麗.達·芬奇機器人下肺葉切除術的護理配合[J].護理學雜志,2013,28(2):58-59.

[19] 王春靈.達·芬奇手術機器人系統手術的護理配合[J].中國臨床醫學,2013,20(1):87- 88.

[20] 金振宇.中國達·芬奇手術機器人臨床應用[J].中國醫療器械雜志,2014,38(1):47 -49.

[21] Maeso S,Reza M,Mayol JA,et al.Efficacy of the Da Vinci surgical system in abdominal surgery compared with that of laparoscopy:A systematic review and meta- analysis[J].Ann Surg, 2010,252(2):254-262.

Da Vinci robotic surgical system and its research progress

Tang Lu,Li Cui,Li Xiaofang,et al
(General Hospital of Jinan Military Area of PLA,Shandong 250031 China)

R473.6

A

10.3969/j.issn.1009-6493.2015.16.004

1009 6493(2015)06A-1932-04

2014 09 24;

2015 03 13)

(本文編輯 孫玉梅)

山東省優秀中青年科學家科研獎勵基金,編號: BS2014SW010;濟南軍區總醫院院長基金及博士科研啟動基金資助項目,編號:2013BS09。

唐魯,主管護師,博士研究生,單位:250031,中國人民解放軍濟南軍區總醫院;李翠、李曉芳、田秀、蘇艷磊、王飛(通訊作者)單位: 250031,中國人民解放軍濟南軍區總醫院。