編者按：隨著科技的迅猛發展，醫療領域也在不斷探索創新，爲患者帶來了更加安全、精准的治療方案。從1993年第一個被美國食品藥品監督管理局（FDA）批准應用于臨床外科手術治療的輔助手術機器人伊索（AESOP）機器人到2000年7月第一代達芬奇手術機器人（DaVincisurgicalrobot）出現並通過美國FDA認證應用于臨床，機器人手術系統百花齊放。目前達芬奇機器人手術系統已經發展到了第四代，成爲當前世界上應用最廣泛的手術機器人産品。
專家簡介
湯慶超
主任醫師、博士研究生導師
哈爾濱醫科大學附屬第二醫院腫瘤中心結直腸腫瘤外科黨支部書記/副主任
國際NOSES(腹部無切口經自然腔道微創手術)聯盟會員
國家腫瘤質控中心結直腸腫瘤質控專家委員會委員
中國抗癌協會青年理事會理事
中國醫師協會結直腸腫瘤專業委員會委員
中國抗癌協會大腸癌專業中青年委員會委員
中國抗癌協會腫瘤營養治療專業委員會委員
中國腫瘤臨床專業委員會CSCO青年委員會委員
中華醫學會腸外腸內營養學分會通路學組委員
題目：機器人手術系統的進展與展望
◾ 湯慶超 哈爾濱醫科大學附屬第二醫院
一、機器人操作系統分類簡述
在過去幾十年的發展中，醫學領域出現了多種類型的機器人，其中最具代表性的是達芬奇手術機器人。根據Taylor等提出的高級別分類方法，外科手術機器人可以分爲兩大類：外科計算機輔助設計/制造系統（CAD/CAM）和外科助手。
手術CAD/CAM系統旨在通過重建術前圖像和形成三維模型，將該模型與手術室中的患者匹配，並使用增強現實圖像顯示器輔助制訂計劃和術中導航，從而協助准確執行手術計劃。
手術輔助系統分爲兩類：一類是手術擴張器，由外科醫生直接操作，重點在于術中決策支持和技能提升；另一類是輔助手術支架，與外科醫生並列工作並提供諸如保持內窺鏡的支撐等功能。
根據自主程度，醫療機器人又可分爲被動機器人、半自動機器人、自動機器人和遙控操縱器四大類。
被動機器人在手術中提供支持行動，但不執行任何自動或主動的行爲，典型的代表有Arthrobot和MAKO系統等。半自動機器人類似于手術助理，並進行類似的操作，如支持諸如持有工具或自動立體定向等任務，例如NeuroMate立體定向機器人。相反，自動機器人表現出自主行爲，而且與外科醫生沒有直接的互動，例如CyberKnife和ROBODOC。PROBOT是自動機器人第一次在臨床環境中應用，最初于1991年用于前列腺的經尿道切除術，這是曆史上第一次使用機器人裝置去除人體組織。遙控操縱器是當今最常用的外科手術機器人。
達芬奇手術機器人是根據內窺鏡技術需要而設計的主從式手術機器人，主端爲醫生控制端，從端爲機器臂控制端。主刀醫生采取坐姿操作，操控控制杆遠程控制機械臂進入人體體腔內進行手術，並通過三維視頻成像技術獲得高清晰的鏡下圖像。手術對象主要是內窺鏡可達、需要實時三維視覺及觸覺反饋輔助操作的髒器，例如心胸部、泌尿系統、腹部、盆腔婦科等部位的髒器手術。
二、達芬奇手術機器人簡述
達芬奇手術機器人是一種先進的外科手術系統，具有許多獨特的優勢，使其成爲現代醫療領域中備受青睐的工具之一。以下是達芬奇手術機器人的一些主要優勢：
精確度 達芬奇手術機器人通過清晰的圖像傳導系統，輔以四條高度精確的機械手臂，可以實現微小、精細的操作。尤其是在低位直腸癌的手術中，受限于狹小的術野，通過應用達芬奇機器人手術系統可以減少手術中的錯誤和並發症，提高手術成功率。
穩定性 相較于傳統腹腔鏡手術，達芬奇手術機器人可以過濾外科醫生手部的微小顫動，減少因長時間手術的外科醫生體力下降後的誤差，提供了更穩定的手術操作視野，確保了手術過程中的穩定性和安全性。
視覺增強 通過其獨特的雙攝像系統，達芬奇手術機器人提供了高清晰度的三維視覺圖像，使外科醫生能夠在手術中觀察到更清晰、更立體的解剖結構。這種視覺增強系統可以爲外科醫生的操作提供精確定位，增加外科醫生決策的准確性，減少了手術所需要的時間，減少患者手術過程中的風險。
手術切口 達芬奇手術機器人的機械臂可以通過戳卡孔或微小的切口進入患者體內進行操作，相比傳統開放手術或大切口手術，能夠減少組織損傷、出血和術後疼痛，加快患者康複速度。有研究表明，利用機器人手術系統有利于盆神經的保護，減少術中出血，並改善術後排尿功能。此外，在關閉系膜裂孔及吻合口加固縫合等操作中，機器人系統體現出較大優勢，有利于重建系膜解剖結構、減小吻合口張力，並協助判斷血供，從而可減少手術相關並發症的發生率。
遠程操作功能 早在2001年法國教授就利用手術機器人ZEUS系統，完成了世界上首台跨國遠程機器人輔助膽囊切除術。近期溫州醫科大學附屬第一醫院的醫生團隊也利用機器人手術系統爲新疆阿克蘇第一人民醫院的患者完成了一台左半肝切除手術。
達芬奇手術機器人允許外科醫生利用網絡遠程操作手術，這意味著專家可以在不同地理位置上爲患者提供手術服務，從而緩解了醫療資源分配不均等這一現實問題，爲患者提供了新的就醫途徑。
綜合來看，達芬奇手術機器人的優勢在于提供了更精確、更安全、更便捷的手術解決方案，爲外科手術帶來了革命性的改變。
三、達芬奇手術機器人與傳統腔鏡手術的對比
在現代醫療領域，達芬奇機器人手術系統和腔鏡手術都是常見的微創手術技術，它們都爲患者提供了更加安全、有效的治療方案。然而，兩者在操作方式、手術過程以及優缺點等方面存在一些差異。
應用達芬奇手術機器人系統時，醫生通過操作控制台操縱機器人手柄進行手術操作，機器人臂會根據醫生的指令進行相應的動作，操作相對精准、穩定。腔鏡手術中醫生通過手持來操作腔鏡和器械進行手術操作，需要較高的操作技術和經驗，手術視野相對較窄。
達芬奇手術操作系統設備成本較高，且對外科醫生的操作技能要求較高，開展成本相對較高。而腔鏡手術相對較爲成熟和普及，手術操作也相對簡便，適合廣泛開展。
機器人操作系統和傳統腔鏡的療效對比，根據一篇文獻報道，在直腸癌擴大根治術中，機器人組手術時間長于腹腔鏡組（159.2±29.4 min vs 148.4±35.3 min），術中出血量少于腹腔鏡組（91.3±24.1 ml vs 100.2±17.6 ml），切口長度短于腹腔鏡組（5.3±1.2 cm vs 5.8±1.1 cm），首次排氣時間（51.8±11.0 h vs 56.4±12.1 h）及半流質飲食開始時間（8.2±1.9 d vs 8.8±2.0 d）早于腹腔鏡組，淋巴結清掃數≥12 枚病例數多于腹腔鏡組（81例vs 73例），差異均有統計學意義（P＜0.05）。故與傳統腹腔鏡手術比較，應用機器人手術系統進行直腸癌根治術，術中出血量少，切口長度短，首次排氣時間及半流質飲食時間早，淋巴結清掃也更徹底。
四、機器人手術實際應用
目前，機器人手術平台已深入應用于多個醫療外科領域，包括普通外科、胸心外科、泌尿外科以及骨科等方向。該平台並非高新技術在醫療領域的簡單堆砌，而是醫療技術進步的鮮明標志，真正爲患者帶來了實實在在的臨床效益與更佳的治療預後。
湯慶超教授所在團隊，已經完成了幾百例機器人結直腸腫瘤微創手術。據其中心數據顯示，機器人手術相較于傳統腹腔鏡手術，在多項關鍵指標上均展現出顯著優勢。據其中心數據顯示，與傳統腹腔鏡手術對比，機器人組在術後首次排氣時間（47.928±17.842 vs. 60.7395±31.82小時）、術後恢複進食時間（68.982±16.489 vs. 85.1707±32.14068小時）、術後住院時間明顯縮短（10.23±2.654 vs 20.06±5.975天）（P＜0.05），術中平均出血量（68.65±43.160 vs 88.47±74.216ml），但手術時間明顯延長（247.77±41.718 vs 184.20±54.423）（P＜0.05）。兩者在術後並發症發生率上無明顯差異。
綜合來看，盡管機器人手術在手術時間上有所延長，但其在提升患者術後恢複速度、減少出血量等方面的優勢不容忽視，且並未增加術後並發症的發生率。這些令人信服的數據不僅進一步印證了機器人手術的安全性和有效性，更展示了其在醫療領域的廣闊應用前景。
五、機器人手術與NOSES微創技術理念的實際應用
NOSES手術，即經自然腔道取標本手術（Natural Orifice Specimen Extraction Surgery），以無切口的微創操作方式，在結直腸癌治療中展現出顯著優勢，爲廣大患者帶來了福音。該手術通過自然腔道（如口腔、直腸或陰道）取出離斷腫瘤標本，徹底避免了腹部開刀的痛苦，消除了傳統手術帶來的大切口，同時也避免了常規微創手術中5-10cm的輔助切口，從而真正意義上消除了腹壁永久性疤痕對患者造成的長期心理陰影和不良影響。
湯慶超教授所在團隊是NOSES手術學體系的發源地，在2019年機器人手術平台引進本中心後，團隊第一時間將NOSES無切口手術與機器人手術平台相結合，積累了豐富的經驗，也爲很多患者帶來了受益。無切口NOSES手術中有全腔鏡下吻合重建以及自然腔道敞開和無菌無瘤操作，對傳統普通腹腔鏡團隊協作有很高的要求。機器人手術平台的靈活性符合術中精細操作的需求，也更符合低位超低位保肛手術在狹窄的盆腔空間操作的需求。同時，NOSES手術術中避免了腹壁切口和腹壁外操作，避免了機器人平台的機械臂的反複安裝和拆卸的過程造成時間的浪費，這兩者相結合爲微創手術帶來了更精細體驗。據其中心數據對比顯示，機器人聯合NOSES組的平均術後住院時間（9.00±2.66 vs 10.96±2.59）、平均術後進食流質食物時間（54.17±13.77 vs 64.32±12.43）和平均術後首次排氣時間（32.23±10.80 vs 42.72±15.91）均優于機器人常規腹腔鏡手術組，NOSES組術後並發症比例較機器人輔助下傳統組少，並且因NOSES手術腹部沒有手術刀口，術後疼痛更小（2.86±1.15 vs 4.04±1.72分）。
NOSES手術的出現具有劃時代的意義，它開創性地引領腔鏡手術從有切口時代邁入了無切口的新紀元。這一創新不僅極大地提升了患者的術後康複速度和生活質量，使他們能夠更快地回歸家庭與社會，享受更高品質的生活，同時也促進了醫療資源的高效利用。正如外科同道們所講：NOSES手術是外科醫生的傑作，是患者的福音。那麽，機器人手術平台是科技的傑作，是外科技術發展的福音。
六、機器人手術系統的未來展望
隨著達芬奇機器人手術系統在臨床中的廣泛應用，其潛在不足已逐漸顯現。爲應對這些挑戰，多個研究團隊已開發出新一代機器人手術平台，旨在彌補現有技術的缺陷。
以目前臨床應用的第四代達芬奇Xi系統爲例，其機械臂和數字內窺鏡已實現顯著的小型化。此外，Senhance手術機器人系統首次引入了壓力觸覺反饋技術，能夠實時測量手術器械對組織的施力，從而賦予醫生真實的觸覺感知。這一創新使得醫生在手術過程中無需停頓即可調整攝像機視角，而是通過眼球追蹤功能實現無時差的視角控制。
同時，新一代單孔手術機器人達芬奇SP系統也取得了重要突破。該系統僅采用一根機械臂，前端配備了蛇形柔性3D高清攝像頭和三根器械臂，並已獲得美國食品與藥品監督管理局（FDA）的認證。
而根據最新的報道，第五代達芬奇機器人系統擁有多項顯著增強功能，包括通過全新的外科醫生控制台和增強的振顫控制能力，大幅提高手術的准確度，同時引入下一代3D顯示和圖像處理技術，提供更高質量、更自然的3D成像，使外科醫生在手術中視野更全面。增加力傳感技術，部分器械能測量並反饋手術過程中施加在組織上的微小力度，使外科醫生能夠感受力度。臨床前研究顯示，使用力反饋技術可減少施加在組織上的力度高達43%，可能意味著對組織的創傷更小。
展望未來，機器人技術將與更多新技術相融合，推動各領域的創新發展。在人機交互界面領域，熒光成像等影像引導技術已開始在臨床中發揮作用。虛擬現實（VR）技術則能整合多元數據源，構建出多手術單位的協同場景。隨著人工智能技術的不斷進步，未來的機器人手術系統有望具備更強大的認知能力，能夠實時感知手術場景並作出相應反應。
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