编者按  2021年1月27日上午，北京协和医院名誉院长赵玉沛院士主刀完成了北京协和医院第1000例机器人手术。机器人手术到底是什么？具体是如何操作的？发展前景如何？今天，小编就带大家领略机器人手术的风采。
手术机器人会成为外科的未来吗？Surgical Robotic Technology截至2020年3月，全球达芬奇机器人安装量已达5669台，累计参与手术达到约720万台。目前美国已装机达芬奇机器人3581台，亚洲地区共装机800台。平均每26秒就有一名外科医生使用达芬奇机器人进行手术。近年来，机器人手术引起创伤小、恢复快等优势逐渐引起大家的关注。那么机器人手术到底是什么？具体是如何操作的？发展前景如何？今天，小编就带大家领略机器人手术的风采。图1 机器人手术相较于开放手术的优势机器人手术的发展史
（1）达芬奇与机器人手术机器人的历史最早要追溯到距今500多年前，意大利文艺复兴画家、科学家、发明家列奥纳多·达·芬奇利用自己的解剖学知识和机械知识，设计了人类历史上的第一个人形机器人。500年后，直觉外科公司将自己设计的机器人系统以达芬奇命名，是目前应用最广泛的手术机器人。图2 达芬奇的机械设计（2）Puma 560时间来到1985年，美国洛杉矶医院的医生使用工业机器人Puma 560完成了机器人辅助定位的神经外科脑部活检手术，是外科手术史上第一例机器人手术，但遗憾的是，当时生产该机器人的公司为了安全考虑，禁止了该机器人被用于手术。（3）伊索（AESOP）1980年，随着内窥镜和人工气腹技术的成熟，腹腔镜技术逐渐在美国兴起。为避免扶镜手生理疲劳造成的镜头不稳定，1989年，手术机器人之父王友仑开始研究“伊索”（AESOP，自动最优定位内窥镜系统）——扶镜机械手，使得医生可以通过声控或踏板来控制镜头的运动。伊索系统最终于1997年研制成功，并完成了它的第一例腹腔镜手术，正式带领手术机器人走向了商业化道路。图3 伊索系统（4）宙斯（ZEUS）1998年，美国Computer Motion在伊索的基础上进行了一系列的改造，将其升级为一套完整的手术器械机器人系统——宙斯系统。宙斯共打在了两套系统——Surgeon-side和Patient-side。Surgeon-side系统由一对主手和显示器构成，医生可以操控主手手柄，通过显示器观察患者体内情况。Patient-side系统由两个机器人手臂和一个内窥镜手臂组成。医生的手柄可以控制机器人手臂的运动，而内窥镜手臂由声控控制。图4 宙斯系统（5）达芬奇（DaVinci）达芬奇手术机器人的原型机是前斯坦福研究中心（SRI）于20世纪80年代为美国陆军研制的项目，最早曾尝试用于海湾战争与太空站的远程医疗，但受限于当时的网络条件，逐渐放弃了“远程”而转向手术机器人。达芬奇手术机器人由Intuitive Surgical于1999年研制成功，目前已有四代产品，代表着当今手术机器人的最高水平。图5 达芬奇手术机器人历史注：在美国，达芬奇SP只允许用于单孔泌尿外科手术；达芬奇X/SP尚未获准在中国上市。工作原理及临床应用
达芬奇系统由三部分构成：医生控制系统，三维成像视频影像平台，以及拥有机械臂、摄像臂和手术器械组成的移动平台。其中3个手臂可用来操控工具，如手术刀、剪刀、电凝止血设备等。第4个手臂为内窥摄像机，其中包含两个镜头，可呈现立体视觉。外科医生通过摄像机观察手术区域，使用脚踏板来和手杆来操作机械臂。其中，机械臂可在患者体内完成540°的旋转，极大地提高了操作的灵活性。同时，机械臂上的稳定器可过滤人手的抖动，从而完成精细的解剖。大多数机器人手术的适应证与腔镜手术相似，几乎所有腔镜手术都可用机器人替代。因此，手术机器人的主要应用范围包括泌尿外科、普通外科、妇科、心胸外科。此外，由于手术机器人让外科医生获得了更高倍数的放大视觉以及更精细的操作能力，使得部分腔镜下难以完成的手术可以在手术机器人下完成，甚至要比开放手术操作更为简单。例如，完全腹腔镜胰十二指肠切除术的应用目前仍存在一定争议，尤其是腹腔镜下的胰肠吻合难度较大，可能会增加术后胰瘘的风险。而体外完成胰肠吻合或开腹的胰十二指肠切除术的切口较长，不利于患者的恢复。手术机器人的放大作用及精细操作可以使胰肠吻合的针距和边距的把控要远好于开腹或腹腔镜手术，同时避免了切口延长，从而有利于患者的恢复。图6 手术机器人应用及适用范围摘自KenjiKawashima etal, BMC Biomed Eng. 2019 May 29;1:12.  doi:10.1186/s42490-019-0012-1. eCollection 2019机器人vs腹腔镜手术优点（1）放大倍数高，解剖更精细：手术机器人可以提供10-15倍的放大效果，使手术更加精细，相比之下，腹腔镜仅能提供3-5倍的放大效果，不利于某些解剖结构的观察分离。例如，相较于腹腔镜胃癌根治术，机器人胃癌根治术淋巴结清扫更为彻底，肥胖患者的淋巴结清除获益更多，同时避免对邻近组织造成副损伤，有利于促进患者胃肠道功能的恢复。（2）过滤手部震颤，操作更加灵活：机械臂的使用一方面可以防止镜头的震颤，为术者提供更好的术野；另一方面，540°的旋转可以使各类消化道吻合在手工条件下进行，从而减少了吻合器的使用，节约成本。例如，保留肛门的直肠癌手术通常需要保证肿瘤下缘距离肛门距离超过7cm，而分期较早的超低位直肠癌，虽然理论上可以保留肛门，但吻合器会导致吻合口张力过大，易发生吻合口瘘且需要腹壁造瘘。机器人手术使得分期较早的超低位直肠癌患者保留肛门（肿瘤下缘距肛门3cm），同时通过手工吻合减小吻合口张力，降低了吻合口瘘的风险同时避免了腹壁造瘘，改善了患者的生活质量。图7 超低位直肠手工吻合术（3）延长外科医生工作寿命、节省医生体力和人员：一方面，机器人可以过滤震颤，使得年龄较大的外科医生仍然可以进行手术操作；另一方面，腹腔镜手术需要主刀、一助、扶镜手三人共同完成，而机器人仅需要主刀和助手即可，同时主刀又可以坐着进行手术，从而节省医生体力和人员。（4）可以进行远程手术：随着通信技术的发展，未来的手术机器人有望通过远程控制台进行手术操作。缺点（1）手术时间延长：机器人手术的大部分操作由术者一人完成，而腹腔镜手术则可以由术者、一助、扶镜手配合完成，因此机器人手术时间要明显长于腹腔镜手术，但随着机器人手术的不断推广以及技术的不断更新，未来的机器人手术时间可能会显著缩短。（2）器械无反馈：相较于腹腔镜手术，机械臂的触感无法传导到术者的手指中，因此机器人手术存在一定的组织撕裂的风险。（3）成本较高：机器人的开机、维护的花费较高，同时目前大多数机器人手术尚未进入医保，增加了患者的经济负担。（4）术前准备较为复杂：目前达芬奇机器人手术需要半小时到1小时的术前准备，时间成本较高。图8.现有手术机器人概览参考文献：Karl Khandalavalaet al, Ann Laparosc Endosc Surg 2020;5:3http://dx.doi.org/10.21037/ales.2019.10.02总体而言，手术机器人作为外科领域的革新式设备，虽然目前实际应用方面存在部分技术上的难题，但并不能掩盖其在提高手术操作灵敏度和精准度、扩大可切除病灶范围、以及极大可能减小手术损伤等方面的巨大优势。不过目前手术机器人的研究仍处于相对早期阶段，开发几乎只专注于外科手术器械的微缩化，却往往忽视手术主控制台以及等重可视化模式要模块的优化，而且高昂的价格及设备的可及性也限制着进一步扩大手术机器人的临床实践规模。未来，手术机器人是应当专注于打造平民化商品，还是深入雕琢追求手术的金字塔尖，在这一点上或许还是见仁见智吧。
作者：北京协和医学院 八年制博士生 任博
审阅：大连医科大学附属二院 胃肠外科 主任医师/教授 任双义编辑：如日中天原文转自：高瓴创投（可点击下方原文链接进入）