机器人辅助手术系统在微创内镜手术中的应用

收稿日期:2004-09-02

作者简介:李亚勇(19812),男,河南周口人,在读临床硕士研究生,主要从事肝胆肠外科临床工作及科学研究。

机器人辅助手术系统在微创内镜手术中的应用

李亚勇,　刘新生,　任力锋,　张阳德

(中南大学湘雅医院肝胆肠外科,　湖南　长沙　410008)

摘要:　目的　探讨有关机器人辅助手术系统在微创内镜手术中应用。方法　检索国内外有关资料,进行分析综合。结果　机器人辅助的内镜手术已成功应用到外科手术的各个领域并显现出独特优势。结论　机器人辅助手术系统弥补了传统内镜手术系统的缺点,为进一步完善内镜手术提供了新的途经,并有利于远程手术的实现。

关键词:　机器人辅助手术系统;微创手术;内镜手术

中图分类号:R616.2　文献标识码:A 文章编号:1004-7239(2005)03-0285-03

Application of robot assisted surgery system in the minimally invasive endoscopic surgery L I Ya 2yong ,L IU Xin 2sheng ,Ren Li 2feng ,et al

(Depart ment of Hepatobiliary &Enteric S urgery ,Xiangya Hospital of Cent ral South U niversity ,Changsha ,Hunan ,410008)

Abstract :　Objective To summarize the general situation of the application of robot assisted surgery system in the minimally invasive endoscopic surgery.Methods The data on progress of application of robot assisted surgery system was retrieved and analysed.R esults Robot assisted endoscopic surgery has successfully applied in the various fields of surgery and showed particular advantages.Conclusion The robot assisted surgery system remedy the defect of traditional endoscop 2ic surgery system ,supplys new approach for perfe ctting endoscopic surgery ,as well as new possibilities for

telesurgery.

K ey w ords :　robot assisted surgery system ;minimally invasive surgery ;endoscopic surgery

近年来作为微创外科的主体-内镜手术得到了迅速发展,其较传统手术创伤小、痛苦少、患者恢复快、有利于降低医疗成本。但现有的内镜手术在临床应用中暴露出许多不足之处:如二维图像缺乏立体感;内镜头由助手医生控制,稳定性不够;长时间操作易导致外科医生身心疲惫等。一定程度上影响了该技术的推广应用。机器人辅助手术系统为进一步完善内镜手术提供了新的途经。

1　机器人辅助手术系统

1.1　自动定位内镜系统　自动定位内镜系统(au 2tomated endoscope system for optimal positioning ,AESOP )为美国Computer Motion 公司研制,1994

年获FDA 批准应用于临床。它由机械手、操作臂和电脑语音识别系统组成。机械手具有7个自由度,有肩、肘、腕关节“万象角度”活动功能,用于代替助手医生进行控镜、定位。术前先录入术者的语音命令,术中AESOP 只对其识别,不受周围环境的干扰,提高了操作的安全性。1.2　遥控操作机器人手术系统　遥控操作机器人手术,即外科医生不必与患者接触,只需在远处通过控制位于手术台边上的机器人就能完成相关手术。

目前获FDA 认证,投入临床应用的主要有ZEUS 系统(美国Computer Motion 公司研制)和da Vinci 系统(美国Intuitive 公司研制)等[1,2]。两套设备的硬件从本质上很相似,都包括控制台、传递外科医生手部动作的有线网络系统和操作臂3部分。控制台是机器人系统的核心,由计算机系统、监视器、计算机辅助手术设备等组成。操作臂通常有3个,一个用于控制腹腔镜,另两个用于控制器械。术前,医生需通过监视器调节操作器械的动作幅度、张开角度大小等来检验器械的可靠性,并设定操作臂活动范围。调整完毕后,再在内镜直视下置入套管针,把手术器械与操作臂连接置入体腔,调整好手术器械位置和操作臂上、下限。手术时,术者的动作经计算机过滤后按比例实时传递给操作臂,目前机器人辅助手术系统采用的基于计算机视觉的主动引导技术、语音控制技术、手术器械跟踪技术、触觉反馈技术等则保证了操作的精确性和稳定性。虽然两种系统有很多相似之处,但在显像、操作臂、手术设备等关键部件存在很大差别[1～3]。ZEUS 由AESOP 及两个与其相似的机械手组成,它们分别与手术台相连;其效仿了在传统的微创内镜手术中应用的内窥镜设备;外科医生通过按压V 型把手操纵像筷子一样细长的设备,在机体内能有6个自由度。而da Vinci 系统的3个操作臂不与手术台相连,直接连接在置入患者体内的3个套管针上;在设备的顶端增加了手腕

状的关节,扩大了活动范围,增加了灵活性,仿佛将手置于患者的体内,能达到7个自由度。此外,da Vinci系统呈三维显像,而Zeus系统则可在二维和三维显像之间切换。

2　机器人辅助手术系统的临床应用

2.1　机器人辅助微创胸心外科手术　目前较成熟的机器人辅助微创胸心外科手术是冠状动脉旁路移植(coronary artery bypass graft,CAB G)手术。常用的手术方法有:(1)机器人分离乳内动脉(internal mammary artery,IMA),并应用HEAR T2POR T技术建立体外循环,在心脏停跳下机器人辅助进行IMA2左前降支(left anterior descending,LAD)吻合。迄今已有多组报道证明这种低侵袭性CAB G手术的可行性[2]。但与常规手术相比吻合时间和体外循环维持时间却延长了,且目前仅对前降支单支吻合操作容易,在多支复杂病变的应用中仍较困难;

(2)机器人分离IMA,并在胸部小切口、心脏不停跳下行IMA2LAD吻合。Boyd等[3]应用ZEUS系统完成了首例心脏不停跳、不开胸左乳内动脉2LAD 吻合手术,同时用介入球囊对右冠状动脉行成形术获得成功,为多支血管病变提供了一种新的治疗选择。此外机器人辅助微创二尖瓣置换/成形手术、先心病手术等也有成功完成的临床报道[2,4]。

2.2　机器人辅助手术系统在普外科的应用　1998年Himpens等[5]报道了临床第1例用da Vinci成功完成腹腔镜胆囊切除术(laparoscopic cholecystec2 tomy,LC)手术。Marescaux等[1]报道用ZEUS手术机器人完成的25例LC,24例顺利完成,1例因粘连严重中转常规手术。平均手术时间108min,术中无任何并发症,术后有1例并发症,疑为肺栓塞,经抗凝处理后患者恢复好。平均住院时间3d,与常规手术相近。结果显示用机器人辅助手术系统行胆囊切除术,术后患者恢复良好,但手术时间较传统腹腔镜手术延长。他们认为机器人手术的潜在优点是将术者的手术操作转变成数字信号,从而有可能实现远程手术。并在从纽约到法国斯特拉斯堡的跨大西洋机器人远程临床手术中获得成功[6]。

此外,在手术中机器人辅助操作也显示出了操作臂控镜节省人力、精细操作稳定精确等方面的优势。Omote等[7]对机器人和助手控镜差别的研究中也证实了这一点。然而目前机器人辅助手术系统在普外科应用中也显示出了配套手术工具不足的问题,这有待于进一步解决。

2.3　机器人辅助的其它手术　目前机器人辅助的妇科手术主要有输卵管再通、子宫切除术等[8]。在泌尿外科的临床应用主要有机器人辅助的肾切除、肾盂成形、精索静脉曲张结扎、输尿管松解术、肾上腺切除术、前列腺切除术等[8,9]。此外,机器人辅助手术系统的应用也成功拓宽到骨科、神经外科等外科领域,并显现出独特优势[10,11]。

3　机器人辅助手术系统的优势与不足

与传统的内镜手术相比,机器人辅助手术系统显现出很多优势:(1)图像稳定(二维或三维),不存在常规腹腔镜(二维图像)手术时助手疲劳后出现术野不稳定的问题,并节省人力;(2)术者操作可以1∶1～10∶1或更高比例传递,易于进行精细操作;(3)操作环境舒适,术者不易疲劳;(4)可以达到6、7个自由度,而传统内镜手术系统只有4个自由度。此外,机器人远程手术的开展,促进了国内外的学术交流与合作,加强了落后与发达地区的联系,进一步解放了生产力,可以更加合理地分配劳动资源,有利于实现全球医疗资源共享。

然而同一切新技术一样,其在初始阶段也有很多不足之处:(1)设备昂贵;(2)手术时间常比常规手术长;(3)使用机器人辅助手术系统的医师须经特殊训练,其操作熟练程度也有个学习曲线;(4)目前的机器人辅助手术系统主要针对心外科手术设计,操作系统还不够完善,操作柄常会受到机械系统的限制。此外,目前的机器人辅助手术系统中,触觉反馈等技术还不够完善,术中可能会发生操作臂的碰撞,误伤组织等,这些问题有待进一步解决。

参考文献:

[1]Marescaux J,Smith M K,Folscher D,et al.Telerobotic laparoscopic

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[2]Mohr FW,Falk V,Diegeler A,et puter2enhanced“robotic”

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[3]Boyd WD,K iaii B,Novick RJ,et al.RAV ECAB:improving outcome

in off2pump minimal access surgery with robotic assistance and viedo enhancement[J].Can J S urg,2001,44(1):45250.

[4]Torracca L,Ismeno G,Alfieri O.Totally endoscopic atrial septal de2

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[5]Himpens J,Leman G,Cadiere G B.Telesurgical laparoscopic chole2

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[6]Marescaux J,Leroy J,G agner M,et al.Transatlantic robot2assisted

telesurgery[J].N at ure,2001,413(6854):3792380.

[7]Omote K,Feussener H,Ungeheuer A,et al.Self guided robotic

camera control for laparoscopiic surgery compared with human cam2 era control[J].A m J S urg,1999,177(4):3212324.

[8]Margossian H,Falcone T.Robotically assisted laparoscopic hys2