機器人輔助外科在整形外科中的應用進展

殷竹鳴， 范金財

機器人輔助外科在整形外科中的應用進展

殷竹鳴， 范金財

整形外科； 機器人輔助外科； 口腔外科； 顯微外科

機器人輔助外科(robotic surgery, RS)是外科醫師通過控制手術機器人的機械臂進行外科手術，以提高操作精確度,減少手術創傷，最終獲得更加良好的手術效果的一門新技術和新學科。20世紀80年代，由美國國家航空航天局牽頭開發的遠程外科系統和機器人輔助外科技術，使得以達芬奇(Da Vinci)為代表的外科手術機器人的開發和應用得到了迅速發展。截至2012年，全球共有2000多臺達芬奇手術機器人，每年實施逾20萬臺手術，主要分布在泌尿外科、心臟外科以及普通外科等領域[1]。RS能夠提供三維立體的視覺圖像，12倍的視野放大，機械臂在7個方向的自由運動以及最高10倍的運動幅度轉換，因此大大提高了操作的精確度和靈活性，減少術者生理顫動的影響，使得手術操作能夠深入不易探查的腔隙和區域，擴展了微創外科手術的應用范圍[2]。由于其具有操控靈活、精確度高、創傷小等特點，外科手術機器人在整形外科的應用及相關研究得到了越來越多的重視，尤其是經口腔機器人輔助外科(trans-oral robotic surgery, TORS)、機器人輔助顯微外科(robot-assisted microsurgery, RAMS)以及機器人輔助組織采取(robot-assisted tissue harvest, RATH)等領域。

1 經口腔機器人輔助外科

口咽腔修復重建是整形外科醫師最常涉及的腔隙內手術?？谇蝗肟谳^小，咽腔狹窄而不規則，直視下手術操作困難，往往需要下頜骨正中劈開及增加頸部入路才能清楚顯示術野。這種傳統手術入路的主要缺陷是術后吞咽、咀嚼、發音功能障礙，甚至是呼吸功能障礙，常需要同期氣管切開[3]。TORS機器人的機械臂能夠在腔隙內靈活運動，無需下唇及下頜骨切開即具有清晰的視野，使其在口咽腔手術中的應用具有天然的優勢。

Weinstein等[4]首先提出TORS的概念，并利用動物實驗證明了TORS聲門上喉切除術的可行性，指出與傳統手術方法和經口腔CO2激光手術(trans-oral laser surgery, TOLS)相比，TORS具有術野更清晰、手術操作更靈活等優勢。隨后TORS很快進入臨床應用。Genden等[5]回顧了20例TORS口咽部腫瘤切除的手術病例，認為除了靈活的操控性，TORS能夠更徹底地切除早期(T1，T2期)腫瘤，術后復發率顯著下降，同時由于僅在口內入路實施手術，患者術后均未行氣管切開，吞咽、發音等功能也未受到影響。解剖學研究表明[6]，口內入路能夠顯露舌前部、腭部以及鼻咽部，而咽側壁入路可以看到會厭、舌根以及后咽部，但上述入路都難以徹底顯露自懸雍垂至會厭的口咽部及聲門上區域，TORS恰好能夠彌補這一術區顯露不足的問題。同時，由于操作精確、術后并發癥少，TORS口咽部腫瘤切除手術的效果已經被多數醫師認可。但Konofaos等[7]調查顯示，大多數(17/23)醫師并不采用TORS進行腫瘤切除術后的修復重建，分析其可能與早期腫瘤切除后可以Ⅰ期縫合或Ⅱ期愈合，無需再造和重建有關。然而，這一結論有很大爭議，Selber[8]認為，這項調查的受試者數量較少，且Konofaos等分析的缺乏再造適應證，也只能解釋部分病例。筆者認為，TORS手術適應證已經逐步放寬至T3及部分T4期腫瘤，甚至一些晚期病例的姑息性手術，大范圍的組織缺損勢必需要鄰位或遠位組織進行修復和功能重建，因此，TORS口咽部缺損的修復與再造是整形外科的發展趨勢之一。

Selber等認為[9]，口咽部腫瘤切除術后，大多數創面可以曠置，以待Ⅱ期愈合，但T4期腫瘤的擴大切除以及聲門腫物的切除，需要鄰位黏膜瓣或游離皮瓣移植進行修復，以恢復吞咽及發聲功能，并通過臨床前研究驗證了TORS皮片移植及游離皮瓣移植的可行性。該課題組同時將TORS應用于臨床病例[6]，在5例患者口咽部腫瘤切除后，同期分別采用頰肌黏膜瓣、前臂皮瓣和股前外側皮瓣局部轉移或游離移植再造和修復缺損，不僅避免了下唇切口及下頜骨劈開，而且術后隨訪顯示，器官的功能得到了良好的代償。咽后壁瓣[10]、舌骨下肌瓣[11]等傳統口咽部修復組織也被證實可以采用TORS進行轉移或移植，以減少副損傷及術后并發癥發生。

TORS在臨床應用中也在不斷進行改進。TOLS是TORS問世前聲門上喉切除的首選技術，其具有周圍組織熱損傷小、止血良好、術后恢復較快等優點；Solares等[12]利用TORS結合CO2激光進行聲門上喉切除術，取得了良好的效果。該技術匯集了TORS和TOLS的優點，能夠更精確地切除瘤體組織，同時減少副損傷，但需要增加一個CO2激光機械臂，因咽腔的運動空間進一步縮小，對機械臂的運動靈活性和術者操作技術提出了更高的要求。Desai等[13]改進了激光光導纖維束，提高了該術式的成功率，并同期采取咽部黏膜瓣進行缺損修復，證明了該技術也可以用于口咽部缺損局部黏膜瓣轉移修復手術。對于某些特殊病例，如下頜后縮、巨舌、小口畸形等，TORS可能也無法清楚顯示術區，Iloreta等[14]建議應用TORS口內劈開下頜骨而不破壞下唇的結構，這樣可以在擴大術野的同時減少周圍組織不必要的損傷。

TORS已經廣泛應用于口咽部腫瘤切除及整形外科修復手術中，具有操作精確、周圍組織損傷小以及術后功能恢復快等優點，但同時存在缺乏觸覺反饋，手術器械大多源于腔鏡手術器械，無法適應多角度操作的要求等系統性缺陷，需要進一步糾正或改進。

2 機器人輔助顯微外科

與傳統手術顯微鏡相比，外科手術機器人擁有12倍放大的三維立體視野和10∶1的動作幅度轉換，能夠明顯減少術者生理顫抖的影響，提高顯微操作的精確性，這些優勢促使整形外科醫師進一步探索RAMS臨床應用的可行性和比較研究。

Katz等[15]首次應用RAMS成功完成豬脛前動脈及伴行靜脈的吻合，并與傳統血管吻合進行了比較研究，證明RAMS可以勝任直徑1.0～1.5 mm的血管吻合，與傳統顯微手術相比，熱缺血時間沒有顯著增加，但機械臂安裝需要耗費20～30 min。Karamanoukian等[16]應用RAMS進行豬冠狀動脈旁路移植獲得成功，證明了RAMS進行腔隙內毫米級血管吻合手術的可行性。在臨床應用方面，van der Hulst等[17]利用RAMS成功完成游離皮瓣橫行腹直肌皮瓣(transverserectus abdominismuscle flap, TRAM)血管吻合乳房再造術，他認為RAMS在三維立體視野和減少生理顫抖方面的確具有積極作用，但總體耗時較長且缺乏觸覺反饋，以及費用較高，阻礙了RAMS的普及。對于觸覺反饋，筆者認為，在毫米級血管吻合中，術者更加依賴視覺反饋，因為比起針頭穿透血管壁微弱的觸覺而言，看到針頭穿過后血管壁的牽拉狀態更直接。RAMS腔隙外血管吻合的存活率目前尚無文獻報道；對于腔隙內血管吻合，Halkos等[18]平均37個月的隨訪研究發現，應用RAMS進行冠狀動脈旁路移植(coronary artery bypass graft, CABG)，與傳統CABG手術血管造影相比，其通暢率和患者癥狀緩解率差異無統計學意義。同時，Naito等[19]報道了4例應用RAMS進行Oberlin法屈肘功能重建手術，成功完成了尺神經束與肌皮神經束的顯微吻合，證明了RAMS在神經吻合領域的可行性。

目前，RAMS機械臂配置的基本器械包含顯微針持、Black Diamond顯微血管鉗、Potts剪刀、雙極顯微血管鉗以及單極彎剪等。盡管上述器械能夠滿足RAMS的基本要求，但是很多醫師在實施RAMS手術時提出器械改進的需求和建議[15,17,19]。各生產廠商也針對這些建議設計制造了滿足更多需要的手術器械，包括顯示超精細結構的高倍(×40)顯微鏡、顯微超聲成像儀，甚至是可實現細胞水平觀測的共聚焦顯微鏡，用于術中血管成像的超聲多普勒血流監測探頭和近紅外光靜脈觀測探頭，以及便于精細剝離、減少周圍組織損傷的水動力剝離探頭和CO2激光探頭[20]。這些新器械無疑為重要區域的精細解剖和術中超微結構的觀察提供了完備的技術支持，為顯微外科邁向超顯微外科起到了重要的推動作用。

與傳統顯微外科相同，整形外科醫師需要經過多次學習和反復訓練，才能真正駕馭RAMS技術；不同的是初學者必須掌握機器人操作和顯微外科兩項技術以完成培訓。從這一點上講，學習曲線和評價系統的相關研究對RAMS培訓和準入體系至關重要。目前，有文獻報道的主要有兩種評價體系：OSATS(objective structured assessment of technical skills)[21]和SARMS(structured assessment of robotic microsurgical skills)[22]。這兩種評價體系的依據主要包括機器人操作和顯微外科的理論和技術、操作過程和結果以及最后的綜合評定，內容比較全面，但條目較多，評價過程過于繁瑣，而且這兩種評價體系尚未經過大樣本的系統性檢測，其大范圍普及尚需進一步論證。

3 機器人輔助組織采取

整形外科手術往往需要在隱蔽部位采取深部組織，一般的方法是在隱蔽部位延長切口或采用內窺鏡技術，但切口延長必然發生供區瘢痕和繼發畸形等問題，而內窺鏡技術應用范圍則較為局限。機器人的機械臂運動較內窺鏡更加靈活，視野更加清晰，能夠勝任微創小切口深部組織采取。

Selber等[23-24]采用RATH采取單側整塊背闊肌的臨床前研究獲得成功，并將該技術用于保留乳頭乳暈的乳腺切除術后即刻再造，該技術僅需將腋窩前哨淋巴結活檢切口延長3 cm(切口總長度7～8 cm),就能完成整塊背闊肌組織的采取，采取的背闊肌組織可以帶蒂轉移再造乳房，也可以游離移植修復頭皮缺損等創面。該課題組還將RATH技術用于經腹膜腹直肌采取[25]，這種方法可以保護腹直肌前鞘的完整性，減少腹壁疝的發生，而經腹膜采取的設計只能由RATH完成，因為腹腔鏡器械無法完成向上方擺動并切開腹膜的動作。

Porto等[26]在RATH神經采取方面進行了有益的探索，這項臨床前研究證明了僅需上臂3處8.0 mm長的切口即可完成腋神經及其分支的剝離和采取，即便是位置很深、極難采取的肱三頭肌長頭分支也可以順利采取。另外，該課題組還成功完成了RATH單側胸腔內膈神經采取的動物實驗[27]，表明此項技術在神經采取方面的可行性以及微創、快速等優勢。

組織采取常伴隨組織塊的游離移植，因此RATH和RAMS技術常常相輔相成。Maire等[28]采用上述兩種技術在尸體上成功完成機器人輔助帶感覺神經拇趾趾腹游離移植修復同側拇指指腹缺損的手術，首次完成了RATH和RAMS技術的聯合應用，為該技術的臨床應用奠定了研究基礎。

4 小結與展望

手術機器人能夠為外科醫師提供清晰的三維視野和精確的手術動作，其在多項外科手術中的應用效果已經得到了公認。機器人輔助外科在整形外科中的應用起步較晚，現階段主要集中于TORS、RAMS和RATH 3個領域。TORS能夠避免傳統手術下頜骨切開帶來的術后并發癥，并提高了口內手術操作的精確性，其不僅可以用于口咽部軟組織缺損的修復，也能夠為頜面外科精確截骨和復雜頜面骨折的精確復位提供更多的技術支持。RAMS的應用實現了顯微外科向超顯微外科的跨越，符合整形外科微創和精細化的發展方向。RATH為小切口深部組織采取提供了有力的工具，目前文獻報道僅局限于肌肉和神經束的采取，更多種類的組織如骨、軟骨組織以及復合組織的采取和移植將會成為未來的發展方向之一，同時由于具備清晰的三維立體鏡頭，RATH也具備被開發為術中血管穿支探查工具的可能性。在美容外科領域，手術機器人有可能替代內窺鏡技術實施微創除皺術、腹壁整形術以及更加精準的下頜角弧形截骨術等腔隙內手術。此外，機器人輔助外科技術還有希望應用于毛發移植等高精確度、高重復性要求的術式，使得手術操作更加準確和高效。

值得一提的是，在機器人輔助外科技術為外科手術帶來革命性進步的同時，不少醫師也提示注意手術機器人的應用指征[29]，避免盲目擴大應用范圍，警惕和及時處理并發癥。同時，外科手術機器人的購買和維護成本較高，對操作醫師的經驗和熟練程度要求也很高，受到目前我國社會經濟水平的制約，作為常規設備全面推廣應用還比較困難。因此，利用成本-效率分析確定其應用范圍及應用指征，促進醫療資源的合理應用，也將是后續研究方向之一。

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100144 北京，中國醫學科學院北京協和醫學院整形外科醫院 整形九科

殷竹鳴(1988-)，男，山西運城人，博士研究生.

范金財，100144，中國醫學科學院北京協和醫學院整形外科醫院 整形九科，電子信箱：fanjincaimd@hotmail.com

10.3969/j.issn.1673-7040.2015.06.018

2014-02-03)