摘要：20世紀80年代腹腔鏡的出現(xiàn)使微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展取得了長足的進步，在此基礎(chǔ)上，手術(shù)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(shù)機器人系統(tǒng)的組成、功能以及在各類外科手術(shù)中的具體運用，分析了手術(shù)機器人對比傳統(tǒng)腔鏡技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢，及當前臨床應用的瓶頸，并對微創(chuàng)外科手術(shù)機器人的發(fā)展進行了展望。

　　1 引言

　　減少病人的手術(shù)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(shù)的“微創(chuàng)化”時代，但腹腔鏡有局限：手術(shù)器械轉(zhuǎn)動角度受限，造成了一些手術(shù)盲區(qū)，而且只能提供給外科醫(yī)生二維的手術(shù)視野。這些因素限制了腹腔鏡技術(shù)向更復雜外科手術(shù)的拓展，也成為當前腹腔鏡技術(shù)發(fā)展中的“瓶頸”。進入21世紀，為克服腹腔鏡技術(shù)的不足，外科手術(shù)機器人手術(shù)逐漸地成為微創(chuàng)外科手術(shù)的主要潮流。手術(shù)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(shù)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(shù)界的極大關(guān)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(shù)的內(nèi)窺鏡自動定位系統(tǒng)，取名伊索(Aesop)，從而邁出了機器人手術(shù)系統(tǒng)研制的關(guān)鍵一步。在手術(shù)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(shù)儀器和技術(shù)的先驅(qū)。他們已經(jīng)成功的通過改進手術(shù)程序，使外科手術(shù)的精確和技術(shù)超越了人類雙手的極限，從而拓寬了微創(chuàng)手術(shù)（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(shù)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(shù)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(shù)室中使用的機器人手術(shù)系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)介紹及功能

　　“達芬奇”手術(shù)機器人是世界上僅有的、可以正式在腹腔手術(shù)中使用的機器人手術(shù)系統(tǒng)，也是目前最復雜和最昂貴的外科手術(shù)系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)充分結(jié)合了美國航天航空局和眾多研究機構(gòu)開發(fā)的先進技術(shù)，代表了當今世界外科手術(shù)機器人的最高水平。它的手術(shù)特點猶如萊昂納多·達·芬奇的畫作手法一樣精細，能將手術(shù)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(nèi)窺鏡手術(shù)器械控制系統(tǒng)”，與通常意義上的機器人有明顯差別。手術(shù)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(shù)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(shù)時雖然各有分工，各司其職，但相輔相成，緊密關(guān)聯(lián)。簡單來說，進行手術(shù)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(zhuǎn)化為手術(shù)器械在病人體內(nèi)的動作，從而完成外科手術(shù)。

　　（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(shè)備等組成。在手術(shù)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(shù)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(shù)者雙腳置于控制臺腳踏上配合完成電切、電凝等相關(guān)操作，并用一個雙目內(nèi)窺鏡觀察患者體腔內(nèi)三維圖像。

　　（2）床旁機械臂手術(shù)系統(tǒng)

　　包括2～3只工作臂及1只持鏡臂。持鏡臂用于術(shù)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(shù)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(shù)中各種操作，有7個自由度，包括臂關(guān)節(jié)上下、前后、左右運動與機械手的左右、旋轉(zhuǎn)、開合、末端關(guān)節(jié)彎曲共7種動作，可作沿垂直軸360°和水平軸 270°旋轉(zhuǎn)，且每個關(guān)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(zhuǎn)等連續(xù)動作，使其比人手有更大的靈活性。手術(shù)臺旁可有一名醫(yī)師助手和一名刷手護士，根據(jù)術(shù)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(shù)的一些工作。

　?。?）3D成像系統(tǒng)

　　內(nèi)裝da Vinci系統(tǒng)的圖像處理設(shè)備，并配有監(jiān)視器，還可放置輔助手術(shù)設(shè)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(shù)中由臺下巡回護士操作。傳統(tǒng)腹腔鏡技術(shù)的一個主要弊端在于二維平面成像，術(shù)者在監(jiān)視器中無法辨別組織前后相對關(guān)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(shù)者提供真實的術(shù)野，利于術(shù)中辨認組織關(guān)系，同時使縫合、打結(jié)等操作更簡便易學，提高手術(shù)效率。

　　從開放性的第一代外科手術(shù)到腹腔鏡手術(shù)為代表的第二代外科手術(shù)，手術(shù)切口大、創(chuàng)傷大、出血多、術(shù)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(shù)相比，以“達芬奇”為代表的機器人手術(shù)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(nèi)部的機器鏡，使手術(shù)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(shù)醫(yī)師的操作能力，能將控制柄的大幅度移動按照比例轉(zhuǎn)換成患者體內(nèi)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(zhuǎn)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(shù)。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(shù)后住院時間，術(shù)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(shù)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(shù)，使得“達芬奇”外科手術(shù)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(shù)、腎盂成形術(shù)、腎移植、腎切除術(shù)、精索靜脈曲張、輸精管吻合術(shù)、盆腔淋巴結(jié)切除術(shù)、腎囊腫手術(shù)、輸尿管切除術(shù)、輸尿管成形術(shù)；心臟外科：全腔內(nèi)心臟搭橋手術(shù)、心臟不停跳取（單支或雙支）乳內(nèi)動脈、二尖瓣修復術(shù)、二尖瓣置換術(shù)；胸外科：肺葉切除術(shù)、胸腺切除術(shù)、切除術(shù)、食管的失弛緩癥；胃腸外科：結(jié)腸切除術(shù)、半結(jié)腸切除術(shù)、直腸低位前切除術(shù)、胃旁路術(shù)、HELLER 肌切開術(shù)、胃束帶術(shù)、胃部分切除術(shù)；肝膽外科：肝移植手術(shù)、肝葉切除術(shù)、胰切除術(shù)、脾臟切除術(shù)；婦產(chǎn)科：子宮切除術(shù)、肌瘤切除術(shù)、皮樣囊腫、LAVH、卵巢囊腫術(shù)、卵巢切除術(shù)、卵巢錯位、子宮肌瘤切除術(shù)、輸卵管切除術(shù)、輸卵管-卵巢切除術(shù)、輸卵管結(jié)扎術(shù)；普通外科：膽囊切除術(shù)、抗反流手術(shù)、食管賁門括約肌切開術(shù)、胰腺手術(shù)、結(jié)直腸手術(shù)治療肥胖癥手術(shù)等。

　　盡管“達芬奇”手術(shù)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(shù)缺陷在于觸覺反饋體系的缺失，因術(shù)者雙手不直接接觸手術(shù)部位，無觸覺感知，無法判斷組織的質(zhì)地、彈性、有無搏動等性質(zhì)。其次，系統(tǒng)的技術(shù)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(lǐng)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(shù)耗材，開展一例手術(shù)平均耗材費用約2萬元，手術(shù)成本很高。同樣的手術(shù)用“達芬奇”做要比用內(nèi)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(shù)室及維護人員，手術(shù)前的準備及手術(shù)中更換器械等操作耗時較長。

　　4 國內(nèi)、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(guān)手術(shù)領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。以前列腺癌根治手術(shù)為例，自2000年開展首例手術(shù)機器人前列腺癌根治性切除以來，該手術(shù)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(shù)由手術(shù)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(shù)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(shù)機器人在中國的獨家代理和售后服務(wù)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(shù)機器人系統(tǒng)，其中內(nèi)9臺、香港5臺、臺灣6臺。2005年11月在香港安裝了國內(nèi)第一臺da Vinci手術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)以來，先后創(chuàng)建了國內(nèi)第一個微創(chuàng)機器人心臟外科中心并組建了國內(nèi)第一支機器人心臟手術(shù)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(shù)，國內(nèi)尚無其它醫(yī)院擁有該系統(tǒng)開展此類手術(shù)。在高長青主任的帶領(lǐng)下，至今共完成21種210例手術(shù)，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(shù)，手術(shù)數(shù)量、種類和質(zhì)量均處于亞洲最高水平。301醫(yī)院完成的手術(shù)量和手術(shù)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(lǐng)域絕對領(lǐng)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(jié)與展望

　　利用機器人實施外科手術(shù)，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(shù)日新月異的發(fā)展，外科手術(shù)機器人手術(shù)將逐漸成為微創(chuàng)外科手術(shù)的主要潮流。外科機器人技術(shù)為外科手術(shù)提供更廣闊空間，代表今后外科手術(shù)的發(fā)展方向，它可開展更精細、精確、復雜的手術(shù)，它與其他技術(shù)，如單孔手術(shù)、激光、冷凍等結(jié)合，將使外科手術(shù)技術(shù)發(fā)生質(zhì)的飛躍。以醫(yī)療外科機器人系統(tǒng)的研究為基礎(chǔ)發(fā)展起來的醫(yī)療電子設(shè)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(nèi)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(shù)機器人，將逐步開創(chuàng)遠程手術(shù)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(shù)。如果醫(yī)生不用站在病人的身旁進行手術(shù)，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(shù)。遠程遙控手術(shù)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(shù)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(shù)潛在的軍事價值也逐漸顯現(xiàn)，手術(shù)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(shù)，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(shù)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(shù)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(shù)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(nèi)實現(xiàn)遠程會診、手術(shù)教學，再逐步向手術(shù)機器人遠程手術(shù)過渡。隨著達芬奇外科手術(shù)系統(tǒng)的應用范圍和數(shù)量擴大，其技術(shù)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(shù)，機器人外科微創(chuàng)技術(shù)應用并將成為未來醫(yī)學治療趨勢。