小兒機器人手術的進展及展望

卞紅強 孫桂林 郭宏溪

1495年藝術家列奧納多·達·芬奇,超越時代設計的一個仿人型機械隨筆夢想,經過人類多年不懈設計與改進產生了現代機器人。1999年1月由美國Intuitive surgical公司發布一款外科手術機器人系統,2000年經FDA 批準在普通外科手術中使用[1]。全球手術機器人裝機數量不斷增加,目前累積約七千余臺機器人裝機,合計完成一萬余臺機器人手術量。機器人手術系統的應用讓外科醫生再次開啟了對生命的認知、探索、實踐,同時具有進入智能化的劃時代意義。

一、小兒外科機器人手術的應用

成人泌尿外科、心胸外科、婦產科、普外科等各專業機器人手術操作的逐漸成熟,機器人系統的迭代優化,推動了小兒外科機器人手術的開展。2001年Meininger等[2]首次報道兒童機器人成功應用于10歲女孩胃折疊手術,標志小兒外科智能化及微創化手術時代的開始。但隨后很長時間內于小兒外科機器人發展緩慢,Najmaldin等[3]通過12類不同兒童手術共50例的早期經驗,表明了兒童機器人手術的安全性,其中最小患兒年齡4個月。

傳統手術轉為內窺鏡手術標志著外科微創手術理念的啟動,微創使得大部分手術簡化,部分手術最終達到與傳統開放手術相同甚至更佳的療效,腹腔鏡于復雜器官手術中應用仍然受到一定限制,各種內窺鏡操作鉗前端一般為360°旋轉操作,呈二維平面圖像,手眼協調性降低,機械尖端的觸覺感消失,操作空間相對有限,術中根據病情需調整病人體位彌補使用角度,長時間操作增加術者疲勞感等。機器人輔助腹腔鏡因其在復雜器官手術中靈活、精準的獨特優勢應運而生。小兒組織的脆弱性和空間的有限性,更加需要精細靈巧的手術系統,機器人智能化及微創化手術系統于小兒外科中使用恰到好處,最終會推動小兒外科的迅速發展。

機器人手術系統由外科醫生控制臺系統、床旁機械臂系統(靈活操作7個自由度的新型技術+濾顫功能)、成像系統(可10倍以上放大+高清三維立體成像)三部分組成。其擁有3D的視覺及7個自由度(垂直軸360°,水平軸720°旋轉即對人體手臂的完美模擬)的靈活機械臂解決了手眼協調性,主刀操控臺讓醫生猶如擁有一雙可延伸且更加精細的手,舒適的操作環境更利于手術的順利進行。如果說腹腔鏡、胸腔鏡、宮腔鏡等讓手術醫生從另一個視角進行手術猶如發現新大陸,那么機器人讓手術醫生看清了這片土地上擁有的溝壑,充斥著艱難險阻,其精準性使得血管、淋巴結、神經等解剖結果更加精準顯示,切割、止血、縫合、打結等操作更便捷,對于盆腔、腹膜后較深處或狹小空間的操作更具優勢。清晰的視野,消除手術震顫信號,機器人的精準性、靈活性、穩定性已超越人類。機器人手術系統對組織損傷小,出血更少,更加適合在兒童狹小的空間內進行操作。目前機器人缺點及不足之處在于:(1)價格昂貴,維護成本高,普及需要時間;(2)不能為術者提供直接的觸覺反饋,觸覺的缺失導致現階段具有較強的視覺依賴性,大部分操作是術者的經驗操作;(3)裝機時間較腹腔鏡長,目前整體手術時間無優勢,患兒麻醉風險增加。

二、目前小兒機器人在各亞專業的應用現狀

近5年來,不僅綜合性醫院內小兒外科開展小兒機器人手術,部分兒童?？漆t院也逐漸引入機器人設備開展機器人手術,小兒外科機器人手術數量突飛猛進,小兒外科各亞專業病種大幅增加。

1.小兒泌尿外科:小兒泌尿外科最早開展的機器人手術:腎盂成形術是手術量最多的機器人術式,目前公認小兒機器人手術的最佳適應證,已成為多家醫療機構大齡兒童治療腎盂輸尿管連接處梗阻標準術式,與腹腔鏡手術相比其效果更優、并發癥更少,特別是在復雜重建手術中,優勢更明顯[4-6]。借助機器人高清成像系統能更好地分辨正常腎臟組織與病變組織界限,靈活操作臂在狹小空間操作更順暢,彌補傳統手術空間限制,對于復雜型部分腎切除可保留更多正常腎組織,選擇性腎腫瘤切除時易分辨界限,同時利于淋巴結清掃,輸尿管再植術、輸尿管-輸尿管吻合術、腎盞輸尿管吻合術、膀胱闌尾造口術、膀胱憩室切除術、膀胱擴大術或膀胱頸部重建術、輸尿管膀胱再植術、可控性尿流改道術、腎盂切開取石術、膀胱頸懸吊術等復雜型手術也可完成,但數量相對少,需擴大樣本證實有效性或實用性[7-9]。機器人運用于泌尿外科手術目前報道最小年齡8天,通過Trocar位置的變化充分應用機器人空間性已突破機器人使用年齡限制[10],但后腹腔空間狹小,目前在泌尿系統疾病后腹膜途徑應用較少[7]。對于小兒泌尿手術機器人解決了腹腔鏡時空間限制;減少了周圍組織神經血管損傷;保護了正常腎組織及輸尿管;降低了手術操作難度,克服了傳統腹腔鏡手術的技術缺陷,將越來越廣泛的應用于小兒泌尿外科。

2.小兒普外科:達芬奇機器人在小兒普外科首先開展的手術是胃底折疊術[2]。腹腔鏡下膽總管囊腫切除術在國內外技術已非常成熟,臍部單孔全程腹腔鏡操作也有報道,機器人輔助下膽總管囊腫切除+肝管空腸吻合術有其特有優勢,機器人下可更好發現迷走肝膽管畸形或吻合更便捷,減少術后膽漏、胰漏等并發癥。2006年全球首例達芬奇膽總管囊腫手術,2013年中國首例小兒膽總管囊腫機器人手術由中國香港大學黃元等[8]完成。2006～2018年全球陸續報道達芬奇小兒膽總管囊腫手術約100例左右,多為國外文獻報道。2019～2022年期間,總共報道約400例左右,其中中國占80%以上。達芬奇手術機器人系統的雙極電凝和單極電凝協同操作,對于膽總管囊腫手術中分離和止血有特別的優勢,大于3個月或體重5 kg以上患兒可考慮機器人輔助膽總管囊腫根治術,但達芬奇超聲刀止血功能與傳統腹腔鏡并沒有更大的優勢,建議避開大齡且大囊腫患兒[11-12]。可能因裝機時間及手術者熟練程度不同,目前機器人手術與腹腔鏡或傳統手術相比,手術時間長,但術后并發癥更少,住院時間縮短[13]。機器人先天性巨結腸根治術對于盆腔深部組織解剖更精細,對周圍神經及括約肌的保護更有優勢。Kasai 手術、肝母細胞瘤切除術、膽囊切除術、脾臟切除術、經肛門直腸拖出術治療先天性肛門閉鎖、闌尾切除術、腹股溝斜疝修補術、胰腺腫瘤切除術等手術均有報道行機器人輔助下手術治療[14-17]。小兒普外機器人手術主要以膽總管囊腫及巨結腸為主,其余手術報道數量相對較少,其可行性和安全性還沒有大宗樣本量的證實。可以肯定的是,對于普外科而言,機器人技術使外科醫生更便捷地進行復雜的手術,而這些手術在腹腔鏡器械下可能是相對困難的或難以完成的。

3.小兒心胸外科:2002年Le等[18]報道了機器人動脈導管未閉手術的可行性,隨之機器人逐漸在小兒心胸外科使用。目前國內外成功開展手術中,肺葉切除術、縱隔腫瘤切除術、膈疝修補術三者最為常見,零散報道有機器人下肺囊腫/腫塊切除、肺段切除、食管裂孔疝修補術、膈膨升、膈肌折疊、食管閉鎖、食管狹窄、交感神經斷離、后縱隔神經源性腫瘤切除[19]。有報道認為,體重小于15 kg的患兒因機器人套管直徑與肋間隙不匹配而不能完成胸腔鏡手術,心胸外科手術具有局限性,對于食管下段的手術操作選擇膈腹入路更好[2]。

4.新生兒外科:新生兒體重小,達芬奇機器人公司并不推薦在新生兒開展,有專家認為,年齡與體重已不是機器人手術的絕對禁忌癥[6],有研究中心表示,體重不影響手術結局[20]。有學者認為患兒體型小、體重小于10 kg不一定為禁忌證[21]。也有部分學者認為,目前機器人的體重限制可能為10～15 kg[22]。實際上,對于新生兒外科,相關手術已有多中心報道[23]。

5.小兒耳鼻喉科:小兒耳鼻喉科機器人手術目前可開展扁桃體或舌根切除術、咽部腫物切除術、甲狀腺癌根治術、環狀軟骨成形術、部分杓狀軟骨切除、喉裂修補術、甲狀腺或甲狀旁腺切除術、腮腺腫瘤切除術、胸腺、皮樣囊腫或鰓裂囊腫切除術。雖然兒童耳鼻喉頭頸科可開展多種機器人輔助手術,但仍存在術野暴露困難、手術器械之間干擾的問題[24]。機器人高清放大輔助下對頸部解剖層次更清晰,局部靜脈神經分界清,同時具有CO2激光功能的機械臂切割止血功能優于傳統電刀,更加精準微創的理念推動小兒耳鼻喉頭頸外科機器人手術的發展。

6.我國成人骨科及神經外科具有豐富機器人手術經驗,在小兒骨科、小兒神經外科近3年逐漸開始報道。

三、小兒機器人手術技術的培訓與提高

兒童疾病種類較成人具有明顯差別,由于小兒外科機器人操作的風險,建議操作團隊從出血風險較小的疾病開始累積經驗后使用。目前,大部分已行小兒外科機器人手術操作時間普遍較腹腔鏡操作時間長,但因新技術的扶持,機器人下操作更精確、術后并發癥率降低及住院時間可縮短。

機器人技能培訓納入小兒外科住院醫師規范化培訓具有必要性[9]。2023年武漢兒童醫院已成立小兒外科機器人培訓基地,開展線上直播及線下培訓課程等,增加小兒外科醫師機器人技術的切磋與交流,以縮短小兒外科機器人手術學習曲線。由于機器人本身的優勢適合行復雜手術,使得學習并利用機器人行小兒外科復雜手術曲線縮短,更有利于機器人在小兒外科手術中使用。

機器人可以完全取代腔鏡手術嗎,預計短期內不能取代。腹腔鏡下腹股溝斜疝疝囊或鞘狀突高位結扎術、闌尾切除術、幽門環肌切開術,這些簡單、快速、成熟且對解剖組織結構要求不高的部分手術,腹腔鏡在性價比上更具優勢。而粘連嚴重的腸梗阻因為空間的有限性依然需要開腹手術。機器人手術操作復雜手術優勢明顯,但費用貴、費時長的問題還需要一段時間及技術與設備的提升來解決。

四、展望

在智能化時代,醫生掌握機器人技術,延長手術職業生涯,可以服務更多的病人。目前,雖然沒有小兒機器人的專用設備,但小兒外科醫師克服各種困難,努力探索機器人的應用范疇,小兒機器人手術已經打破了生產廠家建議的年齡及體重限制,新生兒期亦可開展機器人手術,證實了機器人用于小兒外科的安全性及實用性。機器人鏡頭操作通道由三代的12 mm改進至四代的8 mm后,越來越適用于小兒外科手術,但是小兒專屬機器人更小鏡頭及操作通道目前沒有出現。小兒外科機器人手術仍處于初級階段,術后并發癥的統計及隨訪時間相對較短,機器人手術的優勢和缺點,有待更多病例的積累。大數據時代,全球聯網的機器人手術數據的記錄和總結為未來優化手術方案和步驟的改進提供幫助,有助于不斷挖掘機器人潛在優勢,使其充分合理地應用于小兒外科手術。隨著機器人手術技術的提高和機器人科技進一步升級換代,操作更加靈活,Trocar間距離縮小甚至單孔機器人的普及,機器人腹腔鏡與傳統腹腔鏡共存,3D腹腔鏡或將被淘汰。機器人最終在復雜小兒外科手術領域逐步完全替代傳統腔鏡手術。

達芬奇那古老的機器人夢想已經逐漸變成現實,未來5G技術聯合機器人手術實現術者與病人之間的超遠程醫療技術(距離大于3 000 km)醫療[25],將大大縮短未來地區醫療水平差距,機器人在小兒外科的應用前景值得期待。