刘正教授组稿｜汤庆超：机器人手术系统的进展与展望

编者按：随着科技的迅猛发展，医疗领域也在不断探索创新，为患者带来了更加安全、精准的治疗方案。从1993年第一个被美国食品药品监督管理局（FoodandDrugAdministration，FDA）批准应用于临床外科手术治疗的辅助手术机器人伊索（AESOP）机器人到2000年7月第一代达芬奇手术机器人（DaVincisurgicalrobot）出现并通过美国FDA认证应用于临床，机器人手术系统百花齐放。

随着科技的迅猛发展，医疗领域也在不断探索创新，为患者带来了更加安全、精准的治疗方案。从1993年第一个被美国食品药品监督管理局（FoodandDrugAdministration，FDA）批准应用于临床外科手术治疗的辅助手术机器人伊索（AESOP）机器人到2000年7月第一代达芬奇手术机器人（DaVincisurgicalrobot）出现并通过美国FDA认证应用于临床，机器人手术系统百花齐放。目前达芬奇机器人手术系统已经发展到了第四代，成为当前世界上应用最广泛的手术机器人产品。

一、机器人操作系统分类简述

在过去几十年的发展中，医学领域出现了多种类型的机器人，其中最具代表性的是达芬奇手术机器人。根据Taylor等提出的高级别分类方法，外科手术机器人可以分为两大类：外科计算机辅助设计/制造系统（CAD/CAM）和外科助手。

手术CAD/CAM系统旨在通过重建术前图像和形成三维模型，将该模型与手术室中的患者匹配，并使用增强现实图像显示器辅助制定计划和术中导航，从而协助准确执行手术计划。

手术辅助系统分为两类：一类是手术扩张器，由外科医生直接操作，重点在于术中决策支持和技能提升；另一类是辅助手术支架，与外科医生并列工作并提供诸如保持内窥镜的支撑等功能。

根据自主程度，医疗机器人又可分为被动机器人、半自动机器人、自动机器人和遥控操纵器四大类。

被动机器人在手术中提供支持行动，但不执行任何自动或主动的行为，典型的代表有Arthrobot和MAKO系统等。

半自动机器人类似于手术助理，并进行类似的操作，如支持诸如持有工具或自动立体定向等任务，例如NeuroMate立体定向机器人。

相反，自动机器人表现出自主行为，而且与外科医生没有直接的互动，例如CyberKnife和ROBODOC。PROBOT是自动机器人第一次在临床环境中应用，最初于1991年用于前列腺的经尿道切除术，这是历史上第一次使用机器人装置去除人体组织。遥控操纵器是当今最常用的外科手术机器人。达芬奇手术机器人是根据内窥镜技术需要而设计的主从式手术机器人，主端为医生控制端，从端为机器臂控制端。主刀医生采取坐姿操作，操控控制杆远程控制机械臂进入人体体腔内进行手术，并通过三维视频成像技术获得高清晰的镜下图像。手术对象主要是内窥镜可达、需要实时三维视觉及触觉反馈辅助操作的脏器，例如心胸部、泌尿系统、腹部、盆腔妇科等部位的脏器手术。

二、达芬奇手术机器人简述

达芬奇手术机器人是一种先进的外科手术系统，具有许多独特的优势，使其成为现代医疗领域中备受青睐的工具之一。以下是达芬奇手术机器人的一些主要优势：

精确度：达芬奇手术机器人通过清晰的图像传导系统，辅以四条高度精确的机械手臂，可以实现微小、精细的操作。尤其是在低位直肠癌的手术中，受限于狭小的术野，通过应用达芬奇机器人手术系统可以减少手术中的错误和并发症，提高手术成功率。

稳定性：相较于传统腹腔镜手术，达芬奇手术机器人可以过滤外科医生手部的微小颤动，减少因长时间手术的外科医生体力下降后的误差，提供了更稳定的手术操作视野，确保了手术过程中的稳定性和安全性。

视觉增强：通过其独特的双摄像系统，达芬奇手术机器人提供了高清晰度的三维视觉图像，使外科医生能够在手术中观察到更清晰、更立体的解剖结构。这种视觉增强系统可以为外科医生的操作提供精确定位，增加外科医生决策的准确性，减少了手术所需要的时间，减少患者手术过程中的风险。

手术切口：达芬奇手术机器人的机械臂可以通过戳卡孔或微小的切口进入患者体内进行操作，相比传统开放手术或大切口手术，能够减少组织损伤、出血和术后疼痛，加快患者康复速度。有研究表明，利用机器人手术系统有利于盆神经的保护，减少术中出血，并改善术后排尿功能。此外，在关闭系膜裂孔及吻合口加固缝合等操作中，机器人系统体现出较大优势，有利于重建系膜解剖结构、减小吻合口张力，并协助判断血供，从而可减少手术相关并发症的发生率。

远程操作功能：早在2001年法国教授就利用手术机器人ZEUS系统，完成了世界上首台跨国远程机器人辅助胆囊切除术。近期温州医科大学附属第一医院的医生团队也利用机器人手术系统为新疆阿克苏第一人民医院的患者完成了一台左半肝切除手术。

达芬奇手术机器人允许外科医生利用网络远程操作手术，这意味着专家可以在不同地理位置上为患者提供手术服务，从而缓解了医疗资源分配不均等这一现实问题，为患者提供了新的就医途径。

综合来看，达芬奇手术机器人的优势在于提供了更精确、更安全、更便捷的手术解决方案，为外科手术带来了革命性的改变。

三、达芬奇手术机器人与传统腔镜手术的对比

在现代医疗领域，达芬奇机器人手术系统和腔镜手术都是常见的微创手术技术，它们都为患者提供了更加安全、有效的治疗方案。

然而，两者在操作方式、手术过程以及优缺点等方面存在一些差异。

应用达芬奇手术机器人系统时，医生通过操作控制台操纵机器人手柄进行手术操作，机器人臂会根据医生的指令进行相应的动作，操作相对精准、稳定。腔镜手术中医生通过手持来操作腔镜和器械进行手术操作，需要较高的操作技术和经验，手术视野相对较窄。

达芬奇手术操作系统设备成本较高，且对外科医生的操作技能要求较高，开展成本相对较高。而腔镜手术相对较为成熟和普及，手术操作也相对简便，适合广泛开展。

机器人操作系统和传统腔镜的疗效对比，根据一篇文献报道，在直肠癌扩大根治术中，机器人组手术时间长于腹腔镜组（159.2±29.4 min vs 148.4±35.3 min），术中出血量少于腹腔镜组（91.3±24.1 ml vs 100.2±17.6 ml），切口长度短于腹腔镜组（5.3±1.2 cm vs 5.8±1.1 cm），首次排气时间（51.8±11.0 h vs 56.4±12.1 h）及半流质饮食开始时间（8.2±1.9 d vs 8.8±2.0 d）早于腹腔镜组，淋巴结清扫数≥12 枚病例数多于腹腔镜组（81例vs 73例），差异均有统计学意义（P＜0.05）。故与传统腹腔镜手术比较，应用机器人手术系统进行直肠癌根治术，术中出血量少，切口长度短，首次排气时间及半流质饮食时间早，淋巴结清扫也更彻底。

四、机器认手术系统的未来展望

随着达芬奇机器人手术系统在临床中的广泛应用，其潜在不足已逐渐显现。为应对这些挑战，多个研究团队已开发出新一代机器人手术平台，旨在弥补现有技术的缺陷。

以目前临床应用的第四代达芬奇Xi系统为例，其机械臂和数字内窥镜已实现显著的小型化。

此外，Senhance手术机器人系统首次引入了压力触觉反馈技术，能够实时测量手术器械对组织的施力，从而赋予医生真实的触觉感知。这一创新使得医生在手术过程中无需停顿即可调整摄像机视角，而是通过眼球追踪功能实现无时差的视角控制。

同时，新一代单孔手术机器人达芬奇SP系统也取得了重要突破。该系统仅采用一根机械臂，前端配备了蛇形柔性3D高清摄像头和三根器械臂，并已获得美国食品与药品监督管理局（FDA）的认证。

而根据最新的报道，第五代达芬奇机器人系统拥有多项显著增强功能，包括通过全新的外科医生控制台和增强的振颤控制能力，大幅提高手术的准确度，同时引入下一代3D显示和图像处理技术，提供更高质量、更自然的3D成像，使外科医生在手术中视野更全面。增加力传感技术，部分器械能测量并反馈手术过程中施加在组织上的微小力度，使外科医生能够感受力度。临床前研究显示，使用力反馈技术可减少施加在组织上的力度高达43%，可能意味着对组织的创伤更小。

展望未来，机器人技术将与更多新技术相融合，推动各领域的创新发展。在人机交互界面领域，荧光成像等影像引导技术已开始在临床中发挥作用。虚拟现实（VR）技术则能整合多元数据源，构建出多手术单位的协同场景。随着人工智能技术的不断进步，未来的机器人手术系统有望具备更强大的认知能力，能够实时感知手术场景并作出相应反应。