第一章　機(jī)器人泌尿外科手術(shù)的歷史、現(xiàn)狀和將來

一、前　言

隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，外科手術(shù)正經(jīng)歷由傳統(tǒng)開放手術(shù)到微創(chuàng)手術(shù)和機(jī)器人輔助手術(shù)的偉大變革。始于20世紀(jì)80年代、以腹腔鏡為代表的微創(chuàng)技術(shù)可以達(dá)到傳統(tǒng)手術(shù)的效果，具備手術(shù)創(chuàng)傷小、術(shù)后恢復(fù)較快等優(yōu)點(diǎn)，已在臨床廣泛應(yīng)用。在取得良好臨床效果的同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)其存在一些局限性，如術(shù)野為二維平面成像，對(duì)抗直覺的反向器械操作，器械的活動(dòng)自由度少，完成精細(xì)分離、縫合、吻合等操作難度大等，這些限制了腹腔鏡技術(shù)向更復(fù)雜外科手術(shù)的拓展。近年來興起的手術(shù)機(jī)器人技術(shù)在微創(chuàng)的基礎(chǔ)上，將手術(shù)的精度和可行性提升到了一個(gè)全新的高度，引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。有人預(yù)言一個(gè)以手術(shù)機(jī)器人為代表、以信息化處理為標(biāo)志的新的外科手術(shù)時(shí)代即將來臨。機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)融合了諸多新興學(xué)科，使外科手術(shù)的微創(chuàng)化、功能化、智能化和數(shù)字化程度大大提高，它的出現(xiàn)進(jìn)一步完善了微創(chuàng)外科手術(shù)（minimally invasive surgery，MIS）的概念。機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在外科領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展是當(dāng)今世界臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展的里程碑。目前，國外手術(shù)機(jī)器人已在泌尿外科、心胸外科、婦科和腹部外科等領(lǐng)域逐漸普及，國內(nèi)也有數(shù)十家醫(yī)療單位陸續(xù)引進(jìn)代表當(dāng)今手術(shù)機(jī)器人最高水平的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人，并迅速投入運(yùn)用。

二、機(jī)器人泌尿外科手術(shù)的發(fā)展歷史

機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)經(jīng)歷了伊索系統(tǒng)（AESOP，1994年）、宙斯系統(tǒng)（Zeus，1999年）、達(dá)芬奇系統(tǒng)（Da Vinci，2000年）3代的發(fā)展。da Vinci機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)　（Da Vinci surgical system，DVSS）屬于主仆機(jī)器人系統(tǒng)，它是美國食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)的第一個(gè)也是唯一可應(yīng)用于外科臨床治療的智能內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)系統(tǒng)，也是目前世界上最成熟、應(yīng)用最廣泛的機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)。2012年，da Vinci手術(shù)機(jī)器人榮列 “近50年十項(xiàng)醫(yī)學(xué)偉大發(fā)明”，并以其技術(shù)先進(jìn)性、臨床應(yīng)用廣泛性登上 “2011機(jī)器人十大新聞”。截止到2015年4月，DVSS全球裝機(jī)3317臺(tái)，其中美國2254臺(tái)，歐洲556臺(tái)，亞洲365臺(tái)，其他地區(qū)142臺(tái)。目前，DVSS已廣泛應(yīng)用于泌尿外科、心胸外科、普外科、心血管外科、婦產(chǎn)科、小兒外科、耳鼻喉科等臨床領(lǐng)域。機(jī)器人手術(shù)量增長迅速，2011年一年全球?qū)嵤C(jī)器人手術(shù)36萬余臺(tái)，2012年全年實(shí)施45萬臺(tái)，2013年全年實(shí)施53萬臺(tái)。2006年12月20日中國人民解放軍總醫(yī)院引進(jìn)大陸第1臺(tái)DVSS，截止到2015年4月，大陸地區(qū)共裝機(jī)36臺(tái)，另有4家公立醫(yī)院獲批配置DVSS，機(jī)器人手術(shù)在全國呈大發(fā)展階段（表1-1）。

da Vinci手術(shù)機(jī)器人由美國Intuitive Surgical公司生產(chǎn)，它由3個(gè)部分組成：①手術(shù)醫(yī)師的操作主控臺(tái)。②機(jī)械臂、攝像臂和手術(shù)器械組成的位于手術(shù)床邊的移動(dòng)平臺(tái)。③三維成像視頻影像平臺(tái)（圖1-1）。實(shí)施手術(shù)時(shí)外科醫(yī)生不與患者直接接觸，通過三維視覺系統(tǒng)和動(dòng)作定標(biāo)系統(tǒng)操作控制，醫(yī)生手臂、手腕和手指的動(dòng)作通過傳感器在計(jì)算機(jī)中記錄下來，并同步翻譯給機(jī)器手臂，機(jī)械手臂的前端安裝各種特殊的手術(shù)器械模擬外科醫(yī)生的技術(shù)動(dòng)作，完成手術(shù)操作。

醫(yī)生操作系統(tǒng)是da Vinci系統(tǒng)的控制核心，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、內(nèi)窺監(jiān)視系統(tǒng)、操作手柄及輸出設(shè)備等組成。術(shù)者坐于主控臺(tái)前根據(jù)三維成像系統(tǒng)提供的立體手術(shù)視野信息用手指進(jìn)行精細(xì)操作，并通過腳踏板來控制攝像頭、焦距和電凝等重要功能。床旁器械臂手術(shù)系統(tǒng)包含3～4個(gè)交互式的機(jī)械臂（1個(gè)持鏡臂、2～3個(gè)工作臂）。持鏡臂有4個(gè)關(guān)節(jié)，用于術(shù)中握持腹腔鏡攝像頭；工作臂有6個(gè)關(guān)節(jié)，用于完成術(shù)中各種操作。每個(gè)工作臂裝有一個(gè)EndoWrist仿真機(jī)械手，它通過抓鉗、電鉤、剪刀、針持器等不同的控件可以像人手一樣進(jìn)行鉗抓、分離、縫合等手術(shù)操作（圖1-2）。視頻處理系統(tǒng)由輔助顯示器（交互式觸摸屏）、CCU（2個(gè)）、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、光源、其他輔助設(shè)備等部分組成。通過雙攝像頭、雙通道光源獨(dú)立采集同步視頻信號(hào)來提供放大10～15倍的三維立體的手術(shù)視野（圖1-3）。

da Vinci手術(shù)機(jī)器人除繼承了腹腔鏡手術(shù)微創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)外，其特別的優(yōu)越性表現(xiàn)在：手術(shù)器械上的關(guān)節(jié)腕具有多個(gè)活動(dòng)自由度，更加靈活，拓展了手術(shù)人員的操作能力，提高手術(shù)精度；在手術(shù)中手術(shù)器械可濾除人手自然顫動(dòng)；系統(tǒng)末端的手術(shù)器械具有牽引、切割、縫合等多種功能，能在狹小空間操作精細(xì)手術(shù)；高分辨率的三維圖像處理設(shè)備，便于外科醫(yī)生清晰精確地進(jìn)行組織定位和器械操作；術(shù)者可采取坐姿進(jìn)行手術(shù)操作，利于完成長時(shí)間、復(fù)雜的手術(shù)。

三、機(jī)器人泌尿外科手術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

泌尿外科是當(dāng)前機(jī)器人手術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。在美國，da Vinci機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)裝機(jī)量為2254臺(tái)（截至2015年4月），多數(shù)泌尿外科中心均購買并使用了該設(shè)備，并用其開展各種泌尿外科手術(shù)；特別是根治性前列腺切除術(shù)，通過機(jī)器人系統(tǒng)輔助完成的比例占到了70%。自2006年底大陸地區(qū)引進(jìn)da Vinci手術(shù)系統(tǒng)，機(jī)器人外科手術(shù)量呈指數(shù)式迅速增長，其中泌尿外科手術(shù)所占比例不斷升高，從起步時(shí)期的10%～20%發(fā)展到50%　（2014年），逐步成為機(jī)器人手術(shù)應(yīng)用的龍頭學(xué)科（圖1-4）。截至2015年4月，中國內(nèi)地共完成機(jī)器人手術(shù)14494例，其中泌尿外科手術(shù)5333例，約占37%，總量最大；僅2015年1～4月就完成各類機(jī)器人手術(shù)3022例，泌尿外科手術(shù)量1352例，占48%；特別是2014年9月～2015年3月大陸地區(qū)新裝機(jī)的17家醫(yī)院，在半年內(nèi)即完成各類機(jī)器人手術(shù)2008例，其中泌尿外科手術(shù)更是達(dá)到了55%　（1111例）。隨著da Vinci機(jī)器人手術(shù)設(shè)備、技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，機(jī)器人泌尿外科手術(shù)量還將處于井噴式的增長階段。

就手術(shù)種類而言，在經(jīng)歷了最初的起步、過渡階段，我國機(jī)器人泌尿外科手術(shù)的種類已從單一的前列腺癌根治發(fā)展到各個(gè)泌尿外科病種，腎上腺手術(shù)、腎臟手術(shù)、腎盂輸尿管手術(shù)、膀胱前列腺手術(shù)等均可通過機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)完成；既包括腎上腺切除、腎切除等器官切除手術(shù)，又包括腎部分切除、尿路整形、前列腺癌根治等重建手術(shù)。經(jīng)過8年的發(fā)展，我國機(jī)器人泌尿外科手術(shù)經(jīng)過了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展，各機(jī)器人泌尿外科中心相繼完成一系列高難度的手術(shù)，包括壓迫腔靜脈大血管或腔靜脈后的巨大腎上腺腫瘤切除、高選擇性腎動(dòng)脈阻斷腎部分切除、內(nèi)生型腎腫瘤的腎部分切除、腎鑄型結(jié)石切開取石、高危高齡前列腺手術(shù)、完全體內(nèi)的尿流改道手術(shù)等，這些既往開放手術(shù)都相當(dāng)困難的術(shù)式均已成功利用機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)輔助完成。在美國泌尿外科年會(huì)、歐洲泌尿外科年會(huì)、世界機(jī)器人外科大會(huì)上，都可以看到來自中國機(jī)器人泌尿外科學(xué)者的精彩演示。

盡管我國機(jī)器人外科正處于蓬勃發(fā)展的階段，但同歐美數(shù)以千計(jì)的設(shè)備數(shù)目仍無法相比。結(jié)合自身情況、構(gòu)建中國特色的機(jī)器人泌尿外科手術(shù)平臺(tái)具有重要的戰(zhàn)略意義。長海醫(yī)院泌尿外科在長期的摸索下，提出了 “Robo-3TIPS”的機(jī)器人泌尿外科發(fā)展模式，包括技術(shù)培訓(xùn)（Training）、團(tuán)隊(duì)構(gòu)建（Team）、工程技術(shù)支持（Technique）、 技術(shù)創(chuàng)新（Innovation）、　臨床應(yīng)用（Patient）　和定期討論（Seminar）　多個(gè)方面，各環(huán)節(jié)相輔相成、循序漸進(jìn)，這為起步較晚、資源緊張的中國機(jī)器人泌尿外科的發(fā)展提供了一種可借鑒的范式。目前國內(nèi)一些早期開展機(jī)器人泌尿外科手術(shù)的醫(yī)療中心相繼舉辦了機(jī)器人手術(shù)培訓(xùn)班或會(huì)議，如長海·克利夫蘭機(jī)器人手術(shù)培訓(xùn)班、解放軍總醫(yī)院中歐聯(lián)合機(jī)器人大會(huì)、瑞金醫(yī)院機(jī)器人手術(shù)學(xué)習(xí)班、西京醫(yī)院機(jī)器人手術(shù)模擬培訓(xùn)班等。在國內(nèi)機(jī)器人外科手術(shù)尚未普及的今天，這為更多的泌尿外科醫(yī)師了解、接觸這一國際前沿技術(shù)提供了良好的平臺(tái)。

四、機(jī)器人泌尿外科手術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

未來機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)需要改進(jìn)之處主要有以下幾點(diǎn)：①完善觸覺反饋，進(jìn)一步加強(qiáng)人機(jī)交互；②加強(qiáng)圖形圖像處理，建立虛擬手術(shù)系統(tǒng)；③進(jìn)一步提高機(jī)械手的靈活性和視野的精確度；④縮小機(jī)器人的體積和減少費(fèi)用；⑤進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能化水平等。另外新的機(jī)器人技術(shù)如單孔機(jī)器人腹腔鏡、納米機(jī)器人、經(jīng)皮腎通道（PAKY）系統(tǒng)、軟式機(jī)器人和自然腔道內(nèi)鏡手術(shù)（NOTES）、遠(yuǎn)程操作外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)等也正蓬勃發(fā)展。美國華盛頓大學(xué)的科技人員已經(jīng)研發(fā)了一種新型的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)—— “烏鴉”機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)（Raven Robotic surgical system）（圖1-5）。與da Vinci手術(shù)機(jī)器人相比，其體型小、售價(jià)低；更重要的而是其正在開發(fā)能夠模擬手術(shù)醫(yī)師的手感觸覺的功能；其軟件數(shù)據(jù)源開放，適合研究人員對(duì)其進(jìn)行編程，因此能夠支持不同的手術(shù)環(huán)境，甚至是和傳統(tǒng)的開腹手術(shù)聯(lián)合使用。“烏鴉”代表了行業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)：外科手術(shù)機(jī)器人會(huì)向小型化、智能化和實(shí)用性方向發(fā)展，具有更強(qiáng)的兼容性和反饋功能，不斷開發(fā)新的產(chǎn)品，降低臨床使用成本。

在過去的近20年中，我們經(jīng)歷了從傳統(tǒng)開腹手術(shù)到腹腔鏡手術(shù)，從機(jī)器人手臂鏡頭輔助系統(tǒng)到機(jī)器人手術(shù)，最終到現(xiàn)在的遠(yuǎn)程協(xié)做手術(shù)。雖然目前機(jī)器人系統(tǒng)并沒有普及到成為手術(shù)室的必備裝備，如果能夠預(yù)測(cè)未來的話，我們可以說，這只是一個(gè)時(shí)間問題。未來的機(jī)器人將會(huì)變得更小、更便宜、具有觸覺反饋系統(tǒng)以及能夠完成遠(yuǎn)程協(xié)做手術(shù)。目前，顯而易見，機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)于我們來說還是一項(xiàng)較先進(jìn)的技術(shù)，其臨床應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)仍有較大的發(fā)展空間。機(jī)器人輔助技術(shù)在泌尿外科手術(shù)中的應(yīng)用，使得臨床開展更為精確、復(fù)雜的手術(shù)成為可能。遠(yuǎn)程通訊技術(shù)廣泛的應(yīng)用，機(jī)器人遙控手術(shù)的開展，促進(jìn)了國內(nèi)外的學(xué)術(shù)交流與合作，加強(qiáng)了落后與發(fā)達(dá)地區(qū)的聯(lián)系。我們有理由深信在不久的將來，技術(shù)的改進(jìn)必將進(jìn)一步提高機(jī)械手的靈活性和視野的精確度、縮小機(jī)器人的體積和減少費(fèi)用，必將使機(jī)器人在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，并最終可以達(dá)到使患者獲得最佳外科治療效果的目標(biāo)。有理由相信，隨著時(shí)間的推移，越來越多的中國泌尿外科醫(yī)生將會(huì)開展機(jī)器人手術(shù)，機(jī)器人泌尿外科手術(shù)也會(huì)像國外一樣越來越普遍。

（孫穎浩）

參考文獻(xiàn)

［1］孫穎浩，楊波.機(jī)器人用于泌尿外科微創(chuàng)手術(shù)的現(xiàn)狀與展望.腹腔鏡外科雜志，2012，17（2）：81-83.

［2］過菲，楊波，許傳亮，等.達(dá)芬奇機(jī)器人腹腔鏡技術(shù)在泌尿外科中的應(yīng)用現(xiàn)狀.中華腔鏡泌尿外科雜志（電子版），2014，8（3）：1-2.

［3］孫穎浩.微創(chuàng)時(shí)代開放手術(shù)的地位和意義.中華泌尿外科雜志，2011，32（9）：583-584.

［4］孫穎浩.中國微創(chuàng)泌尿外科發(fā)展現(xiàn)狀.微創(chuàng)泌尿外科雜志，2012，1（1）：3-5.

［5］沈周俊，王先進(jìn).達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在泌尿外科領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀.中華醫(yī)學(xué)雜志，2012，92（8）：505-506.

［6］王先進(jìn)，鐘山，沈周俊.機(jī)器人手術(shù)的經(jīng)濟(jì)學(xué)探討.上海醫(yī)學(xué)，2011，34（1）：70-73.

［7］沈周俊，王先進(jìn).機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)在泌尿外科的應(yīng)用現(xiàn)狀.現(xiàn)代泌尿生殖腫瘤雜志，2011，3（1）：1-5.

［8］沈周俊，鐘山，何威，等.機(jī)器人外科手術(shù)系統(tǒng)輔助腹腔鏡在膀胱及前列腺手術(shù)中的優(yōu)勢(shì)（附4例報(bào)道）.上海醫(yī)學(xué)，2011，34（1）：30-34.

［9］蔣紹博，王慕文，王正.達(dá)芬奇機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在泌尿外科手術(shù)中的應(yīng)用.山東醫(yī)藥，2009，49（39）：111-112.

［10］劉競(jìng)，邱明星.達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人輔助腹腔鏡技術(shù)在泌尿外科的應(yīng)用.實(shí)用醫(yī)院臨床雜志，2015，（1）：26-31.

［11］高江平，崔亮.機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)在泌尿外科的臨床應(yīng)用.軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，31（6）：521-522，525.

［12］袁建林，孟平.機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)在泌尿外科的應(yīng)用.實(shí)用醫(yī)院臨床雜志，2015，（1）：5-7，8.

［13］李東升，魏金星，張雪培.機(jī)器人輔助腹腔鏡在泌尿外科的應(yīng)用和研究進(jìn)展.中國實(shí)用醫(yī)刊，2014，41（23）：94-96.

［14］王永翔，趙立明.機(jī)器人輔助腹腔鏡在泌尿外科的應(yīng)用現(xiàn)狀.中國微創(chuàng)外科雜志，2010，10（10）：897-899.

［15］張旭，高江平，符偉軍，等.機(jī)器人輔助腹腔鏡在泌尿外科手術(shù)中的臨床應(yīng)用（附500例報(bào)告）.微創(chuàng)泌尿外科雜志，2014，（1）：4-7.

［16］Casella DP，F(xiàn)ox JA，Schneck FX，et al.Cost analysis of pediatric robot-assisted and laparoscopic pyeloplasty.J Urol，2013，189（3）：1083-1086.