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 “機器人”技術產生于20 世紀60 年代并應用于汽車制造業和核工業領域，隨后越來越多的特種“機器人”逐步應用于軍事、海洋探測、航天、醫療等人類生產生活的各個領域。同時，在醫療領域，20 世紀是微創外科的形成與發展時期，腔鏡技術是其典型代表，這種手術方式與傳統的開放式手術相比具有創傷小、瘢痕輕、恢復快等優點，但以臨床實踐來看，腔鏡技術存在協調性和靈活性差、精細解剖困難、器械操作難度大，不能滿足心臟手術所需的精細操作等缺陷。為解決腔鏡外科手術中存在的精度不足、操作疲勞等問題，研究者開始探索在外科手術中引入機器人技術，以改善手術效果。1995 年美國  IntuitiveSurgical 公司制造了“達芬奇”（da Vinci）機器人手術系統，2000 年通過了美國食品和藥物管理局（FDA）市場認證后，“達芬奇”成為世界上首套可以正式在醫院手術室中使用的機器人手術系統，早期主要用于腹腔手術中，逐步應用于心臟外科等手術中，同時也有望應用于遠程急救醫學，實現戰爭、地震等極端環境下的遙控手術。“達芬奇”機器人手術系統與傳統腔鏡外科的區別是，可控制性強、操作精細、手術視野良好，術者勞動強度降低、不易疲勞，可以提高術者工作效率和準確度。

 機器人手術可最大程度的減小手術切口、降低手術創傷，是目前微創心臟外科學最前沿技術。“達芬奇”機器人手術系統的三維手術視野可按比例完全再現人體組織內部結構，微創器械的直徑為8mm，可通過鑰匙孔大小的切口進入人體組織內，可以完成人手不可能完成的高難度動作，大大增加了手術可覆蓋范圍和完成高難度操作的可能性。借助機器人手術系統的輔助，可在胸腔完全閉合的情況下完成心臟手術。由于心血管手術操作復雜、風險較高，機器人手術系統成功應用心臟手術具有里程碑意義[1]。

1.國內機器人心臟手術的發展和應用

 1.1 國內機器人微創技術零突破

 2005 年底，經過多年對機器人手術系統的跟蹤考察及臨床結果分析，結合中國心血管外科發展狀況，中國人民解放軍總醫院（以下簡稱“解放軍總醫院”）正式提出引進“達芬奇”機器人手術系統并進行技術創新的立項計劃。當時，亞洲僅日本、臺灣、香港等國家和地區擁有少數幾臺手術機器人，且僅應用于泌尿外科等領域，尚無開展心臟手術的經驗，國內在該領域一片空白。克服資金、設備及耗材采購等困難，解放軍總醫院在2006 年11 月率先在國內引進了當時世界上最先進的四手臂“達芬奇S”機器人手術系統。2006 年11 月底，由外科醫生、麻醉師、體外循環灌注師、手術室護士等一行6 人組成的中國第一支機器人心臟外科手術團隊奔赴美國，一個多月的時間里，他們首先在美國“達芬奇”機器人總部完成了該公司認定的基礎實驗室培訓并取得了培訓合格證書，隨后又輾轉多家已開展機器人心臟手術的著名心臟外科中心，盡可能更多地通過實地觀摩獲得最佳的應用方案經驗。由于開展機器人心臟手術所需要的耗材十分龐雜，且絕大多數耗材國內并無銷售，其時又處于國內擬開展機器人心臟手術之初，國內公司并不愿意代理可能銷售數量較少的機器人手術耗材，準備和收集相關耗材的工作都成為難點，各種耗材的型號及來源也需團隊一一明確。

 機器人手術團隊回國后立即著手進行技術論證并開展了各項前期試驗研究，明確了機器人手術系統的布局、適合國人體格的手術技術方案和麻醉方案等。2007 年1 月15 日，中國首例全機器人房間隔缺損修補手術在解放軍總醫院順利完成。

 1.2 中國機器人微創心臟手術應用與創新

 此后經過短短幾年時間的發展，解放軍總醫院機器人心臟手術團隊即完成了各種全機器人不開胸心臟手術25 種800 余例，全部獲得成功。涵蓋了目前世界上“達芬奇”機器人手術系統所能完成的全部心臟手術，是全球單中心完成機器人心臟手術種類最多的心臟外科中心。包括不停跳下冠狀動脈旁路移植、二尖瓣成形和替換、三尖瓣成形、房間隔缺損修補、室間隔缺損修補、肺靜脈異位引流矯治、三房心矯正、原發孔房間隔缺損修補、肺動脈瓣狹窄矯正、左心室起搏電極植入、心臟和縱隔腫瘤切除等，其中不開胸、心臟跳動下冠狀動脈搭橋是目前機器人心臟手術的微創極限。全機器人心臟不停跳下冠狀動脈旁路移植術加支架植入、心臟不停跳下房間隔缺損修補、心臟不停跳下房間隔缺損修補同期行三尖瓣成形、心臟不停跳下右心房腫瘤切除、部分肺靜脈畸形引流矯正、室間隔缺損修補、原發孔房間隔缺損修補和三房心矯正8 種手術為國際首創。

 在心血管外科的帶動下，“達芬奇”機器人手術技術在解放軍總醫院的泌尿外科、普外科、胸外科、肝膽外科、腫瘤外科以及婦產科等眾多學科得到了越來越多地應用。受其帶動與影響，國內已有20 余家單位購置和使用了機器人手術系統，獲得了良好的初步應用結果。

 1.3 國內機器人微創心血管外科成就與國際影響力

 解放軍總醫院機器人心臟外科手術團隊積極總結多年的經驗，從患者選擇、手術操作、圍術期管理、麻醉管理、體外循環管理、經食管超聲的應用、機器準備、人機配合等多個方面總結制定了適合國人特點的機器人心臟手術的系統性操作規范和培訓管理規范，由國家衛生部在全國推廣應用。

 2008 年解放軍總醫院心血管外科成立了中國第一個“微創機器人心臟外科中心”；2010 年成立了“國際機器人心臟外科合作與研究中心”；2012 年，中華人民共和國衛生部、中國人民解放軍總后勤部衛生部、美國“達芬奇”機器人總部在解放軍總醫院成立了“國家機器人心臟外科手術培訓基地”、“解放軍機器人手術培訓基地”和“國際‘達芬奇’ 機器人外科培訓基地”，并成功地為日本金澤大學、日本帝京大學、新加坡國立心臟病中心、新加坡中央醫院、巴西圣保羅州立研究所等19 支外籍團隊進行了培訓和技術指導工作；同時為我國香港中文大學、臺灣大學醫院、臺灣馬偕醫院、臺灣奇美醫院、上海中山醫院、中國人民解放軍濟南軍區總醫院和中國人民解放軍南京軍區南京總醫院等30 余家機器人心臟手術團隊等進行了培訓和技術扶持。

 2010 年“全機器人遠程遙控微創心血管手術的應用研究”獲北京市科學技術一等獎；2012 年，以機器人技術為核心的“微創外科技術治療心臟及大血管疾病”獲得國家科學技術進步一等獎。

 2008 年、2010 年、2012 年和2014 年，解放軍總醫院成功舉辦了四屆“北京國際機器人心臟手術演示及專題研討會”，并將會議擴展為多學科、影響力巨大的機器人微創國際品牌會議。作者數十次受邀出席國際機器人微創外科學術會議并對機器人微創心臟手術作專題報告，并在國際機器人微創外科學領域擔任多項重要學術職務，并擔任美國《Journal of Robotic Surgery》、《HeartSurgery Forum》和《Innovations》等雜志共同總編或編委，反映出國際對我國在該技術領域的國際領先地位的認可。

 解放軍總醫院從密切關注“達芬奇”機器人外科技術的起步和發展，并對這項國際前沿技術進行引進、吸收和再創新，到位居國際領先水平，不僅開創了中國機器人微創外科領域的先河，更譜寫了世界微創外科的新篇章。

2.機器人微創心臟手術

 2.1 冠狀動脈旁路移植術

 冠狀動脈旁路移植術包括機器人內乳動脈游離+ 小切口下冠狀動脈旁路移植術（MinimallyInvasive Direct Coronary Artery Bypass，MIDCAB）[2,3]、全機器人冠狀動脈旁路移植術（Totally Endoscopic Coronary Bypass，TECAB）和“雜交”術式，上述術式可在體外循環或非體外循環下完成。

 TECAB 的首要步驟是機器人胸廓內動脈游離。術中于左側胸壁開直徑為0.8cm 的小孔3 個，利用機器人手術系統可方便的全程游離單側或雙側胸廓內動脈[4]。游離完畢后，根據靶血管情況，行非體外循環下行TECAB 或側胸壁MIDCAB。行MIDCAB 時，左側胸壁第四肋間開長度為6cm的小切口，直視下行胸廓內動脈到靶血管的單支或多支血管橋吻合；行TECAB 時無需胸壁小切口，全機器下完成胸廓內動脈到靶血管的吻合[5]。

 目前，手術技術已從單純前降支搭橋發展到多支血管吻合，聯合機器人搭橋和支架置入兩種治療過程的“雜交”術式也已成功開展[6-8]。自2007 年，解放軍總醫院共完成260 例機器人非體外循環下冠狀動脈旁路移植術，無手術死亡及圍術期心肌梗死發生；TECAB 術后2 周內行64 排CT 或橋血管造影檢查，橋血管通暢率為100%，橋血管術后1 年的通暢率為98.1%，2 年時為97.1%，術后3~5 年出現橋血管狹窄或閉塞的患者尚未隨訪到[9]。45 例合并有回旋支、右冠狀動脈或對角支狹窄的患者接受了“雜交”術式——于機器人術后2 周內行分站式支架置入，手術效果良好。

 同時通過對比TECAB 與正中開胸冠狀動脈旁路移植術（Off-Pump Coronary Artery BypassGraft，OPCAB）兩種非體外循環冠狀動脈搭橋術式的吻合口通暢率等臨床近中期結果與術后的恢復指標，綜合對TECAB 的安全性、有效性以及術后生活質量進行了評判。研究結果顯示，TECAB 組與OPCAB 在并發癥、死亡率及乳內動脈橋血管通暢率方面無統計學差異，TECAB 組采用骨骼化游離乳內動脈，可獲得更好的術中血流量；TECAB 安全可靠，手術創傷小，術中及術后出血量少，術后疼痛程度輕、并發癥少、恢復工作時間早，對傷口恢復滿意度高，術后生活質量評分高，中遠期效果良好，是可供選擇的良好心臟微創手術方式[10-12]。

 2.2 機器人二尖瓣成形或置換

 1998 年，法國的Carpentier 使用“達芬奇”原型機器完成了首例機器人輔助下二尖瓣成形術[13]。經過美國FDA 臨床Ⅰ、Ⅱ期試驗，“達芬奇”機器人手術系統開始應用于二尖瓣成形手術[14,15]。國內，2007 年3 月解放軍總醫院開展了國內首例“達芬奇”機器人下二尖瓣成形術[16]。到目前為止，共完成二尖瓣手術共170 例，包括二尖瓣成形120 例，二尖瓣置換50 例[17]。具體手術種類包括：后葉部分切除+ 成型環置入、單純成形環植入、假腱索、單純部分后葉切除、前葉裂修復、生物瓣和機械瓣置換[18]。無手術死亡，無術中術式轉化，未見瓣周漏等并發癥。術后4~6h 拔除氣管插管，術后疼痛明顯小于常規開胸手術，患者心理負擔較輕，恢復加快。

 目前，國際上尚未有機器人與常規開胸或腔鏡下二尖瓣成形對比的臨床隨機試驗公開發表[19]。解放軍總醫院的單中心、非隨機臨床經驗表明，同常規手術相比，機器人手術的輸血量及住院時間明顯縮短，術后生活質量較好[20]。

 機器人二尖瓣手術過程中，除4 個直徑為0.8cm 的小孔外，需要在側胸壁上開直徑為2cm的切口作為工作孔，用來傳遞瓣膜、成形環等手術耗材。機器人微創器械靈活度高，特別是在新型器械“左房牽開器”的輔助下，完全可以在避免正中或側開胸的情況下完成各種類型的二尖瓣成形。臨床研究證實了機器人二尖瓣成形術安全有效，近、中期結果良好。隨著臨床經驗的積累，部分醫生已經開始將機器人技術應用較復雜的二尖瓣成形，例如前葉或雙葉修復中[21]。但10~20年的遠期臨床結果有待于進一步證實。可以預料的是，隨機器人技術的進步及新型器械的發明，機器人下二尖瓣成形將更為簡單，并具有良好的可復制性。對于術后中遠期隨訪結果，有必要繼續明確。

 2.3 先天性心臟病矯正

 治療先天性心臟病（簡稱，先心病）的微創方案有：小切口、電視胸腔鏡輔助、機器人輔助和介入手術。各種小切口下簡單先心病矯治已較為成熟，此項技術通常使用常規手術器械和體外循環技術，同傳統正中開胸相比，體外循環建立、手術視野暴露及操作難度增加，適用病種有限。心臟介入技術可使患簡單先心病患者得到避免外科創傷的治療方案，但介入手術的并發癥和遠期安全性需要進一步評估；機器人外科系統的出現為全內鏡下微創心臟外科手術的發展提供了可能，通過右側胸壁4 個直徑為0.8~1.5cm 的小孔即可完成部分先心病的矯正，且具有手術視野清楚、器械靈活度高、操作精細和術者工作強度低等優點[22,23]。

 繼發孔房間隔缺損是目前開展最多的機器人先心病矯治手術。臨床報道證實，機器人輔助下房缺修補術安全、可行。解放軍總醫院共完成240 例機器人房缺修補術，是目前病例數最多的報道。該組病例中61% 的患者不適合封堵治療或合并三尖瓣關閉不全；為簡化手術過程和提高手術安全性，逐步開展了心臟不停跳下、機器人房間隔缺損修補術[24,25]。機器人輔助和常規正中開胸相比，手術時間、體外循環時間、主動脈阻斷時間均有延長，但隨著手術例數的增加，手術時間呈逐步下降趨勢[26-28]。術后隨訪未見殘余分流及并發癥發生[27]。隨著臨床經驗的積累，機器人輔助下先心病矯正術的手術適應證也在不斷的擴展中。解放軍總醫院對機器人輔助下原發孔房缺和膜周部室缺修補進行了初步的探索，于此之前國際上未見報道[29,30]。機器人系統下，可充分的暴露膜周部室缺后直接或補片修補，并可同期修補三尖瓣。

 機器人輔助下心臟手術避免了常規手術必須開胸及各種微創小切口，在不開胸的情況下可精確和高效的完成部分簡單先心病的矯正。同常規開胸相比，機器人先天性心臟矯正可治療病種有限，手術過程也較為復雜及耗時，包括術中食道超聲監測、雙腔氣管插管、單肺通氣及股動靜脈插管等步驟；不能耐受單肺通氣、右側胸部手術史或重度胸膜粘連、不適合股動靜脈插管和過于肥胖（體質指數>35kg/m2）也是機器人手術的相對禁忌癥[31]。

 2.4 機器人心臟腫瘤切除

 心臟內腫瘤發生率較低，而且一般為良性，但為防止栓塞并發癥發生，建議盡早切除。2010年，解放軍總醫院報道了國際上最大一組的機器人輔助下黏液瘤切除，并創新性的提出了左房黏液瘤的左房入路途徑，右房黏液瘤切除均采用心臟不停跳下術式；所有患者均成功接受機器人左房黏液瘤切除術，無手術死亡、栓塞等并發癥的發生，隨訪期間未見腫瘤復發[32,33]。機器人組在術中出血量、術后引流量、血液制品使用量、呼吸機輔助時間、ICU 時間及術后住院時間均明顯少于常規開胸組。同時，機器人組患者的術后完全恢復活動時間明顯短于常規開胸組，術后生活質量評分高，對傷口的滿意程度更高[34,35]。

 2.5 機器人房顫外科治療

 冷凍迷宮術是有效的房顫外科治療方案，但由于操作過程相對繁瑣、增加手術時間及出血風險，該項技術并沒有得到廣泛的開展。目前的研究證實，開胸下二尖瓣手術同期行房顫消融手術安全有效[36,37]。2004 年起，陸續出現了相應的機器人房顫外科臨床報道，但遠期結果有待于進一步隨訪[38,39]。

 2.6 機器人左室起搏電極植入

 大量的前瞻性研究證實，在適當藥物治療條件下，無論是否置入自動除顫儀，再同步化治療可以提高心力衰竭伴有室內阻滯患者的心臟功能、運動耐量及生活質量，同時可以減少病死率及因心力衰竭導致的住院。由于冠狀靜脈及冠狀靜脈開口解剖變異較大，左心室導線經心臟靜脈植入存在10%~12% 的脫位率。一旦脫位，開胸下左心室心外膜下植入起搏電極成為唯一的補救方案。與開胸術式相比，機器人手術具有創傷小、恢復快等優點，對于心臟功能衰竭的患者意義更大。國際上的兩組臨床應用報道，無手術失敗，無術中并發癥發生[40,41]。對于對經冠狀靜脈和機器人輔助下左心室電極植入的對比性研究正在進行中。國內首例機器人左心室起搏電極植入由解放軍總醫院完成[42]。

3.機器人微創技術的展望

 機器人手術系統最大的缺點是術者無法感受到壓力、張力、熱和振動等感覺，相信在未來的機器人手術系統中能夠通過特定的軟件和設備配合，使術者在操控臺操作時能夠具有綜合的、實時的、持續的觸覺反饋，從而使機器人手術操作變得更加簡便、更加安全；應具有更高的精確運動縮放功能，以便于進行更高精度的細微操作。同時，借助于更加真實的超清晰三維立體影像系統及人機交互平臺，使得術野結構更加真實，手術更加安全，其發展方向為。

 3.1 機器人手術系統進一步微型化

 未來的機器人手術系統能夠進一步縮小至微型化、機器人鏡頭及操作器械直徑能夠進一步縮小，從而提高其靈活性和方便性，同時手術器械將能夠提供定向治療功能，如激光、射頻、冷凍、高能量匯聚的超聲和熱消融等先進功能，將實現手術進一步微創化。

 3.2 實現遠程控制功能

 目前機器人手術系統所有操作數據均通過數據線直接傳輸到床旁機械臂，未能實現機器人手術系統的最大優勢——遠程遙控操作。相信不遠的將來，在未來的機器人手術系統中，借助于不斷發展、進步的遠程信息控制系統，真正能夠實現機器人手術系統的遠程遙控操作功能，使得上級醫院的經驗豐富的醫生能夠實現足不出戶便可完成千里之外的手術操作，提供醫療資源利用率，也便于上級醫師對不同地區下級醫師的指導和教學、培訓工作。同時，機器人手術系統的遠程功能，在軍事上也具有非常重要的意義。

 3.3 建立虛擬機器人手術系統

 借助計算機虛擬技術，建立一整套機器人手術系統模型，包括虛擬人體模型、仿真病變情況、虛擬手術臺及虛擬外科手術器械，使得手術醫師在術前通過此系統，在手術前進行模擬操作，以進一步提高手術的安全性，尤其對于一些復雜手術的術前規劃、術中意外情況的處理、手術結果的預測均有著重要的意義。

 3.4 實現機器人手術系統國產化

 目前機器人手術系統為美國生產，機器及手術器械費用均很高，這一方面增加了患者的經濟負擔，同時也不利于機器人手術技術的開展及普及。期望在不遠的將來，由我國自主研發的國產機器人手術系統廣泛應用于臨床，讓我國更多符合機器人手術適應癥的患者得到機器人手術治療，以實現良好的社會效益和經濟效益。

 總體來說，機器人微創心血管手術是一種顛覆性的技術創新，手術技術及相關設備在仍不斷發展中，需要跨學科、國際化聯合研究平臺支持。機器人不是一臺機器，而是一個信息系統，可以作為一個平臺與其他信息融合。試設想，未來的外科手術，在導航及機器人輔助下，外科醫生可見實時三維掃描圖像重疊于手朮屏幕上，或者說人體組織將成透明化，可避免損傷內部結構，數字外科時代，手術過程可以預先程序化。可以預見，在不久的將來，機器人微創手術將逐步取代大部分傳統手術成為未來的主要外科技術手段之一。

轉載自：中國醫療器械信息雜志網