前沿 | 机器人手术在小儿外科中的发展现状及展望

摘 要 2000 年达芬奇机器人手术系统通过美国食品药品监督管理局认证，并作为现阶段微创外科领域最先进的技术逐渐应用在普外科、泌尿外科、胸心外科、妇科、小儿外科等领域。目前，小儿外科机器人手术的临床应用还处于学习成长阶段，存在很多的挑战及障碍。本文通过对国内外相关文献进行综合及分析，介绍了小儿机器人手术的发展现状及争议，并进一步展望机器人手术系统在小儿外科的发展前景。

关键词 机器人手术系统；小儿外科；微创手术

以腔镜外科为代表的微创手术正迅速发展， 在部分外科领域中已经取代开放手术成为金标准。尽管腔镜手术恢复快且手术瘢痕美观，但由于术者受到腔镜设备操作精度、灵活性及 2D 手术场景的限制，腔镜手术并没有在复杂器官重建手术中得到广泛应用。尤其是对于小儿患者，脆嫩的组织和有限的手术操作空间对微创手术提出了更大的挑战。机器人手术系统克服了腔镜中遇到的诸多问题，代表着当今外科手术机器人的最高水平，并融合众多新兴学科， 实现了外科手术微创化、精准化及智能化发展[1]。2001 年，德国医生报道了达芬奇机器人应用于胃底折叠术、肾上腺良性肿瘤切除术、腹腔入路输卵管囊肿切除术的研究，患者平均年龄为12 岁 [2]。与成人腹腔镜外科比较，小儿腹腔镜手术对患者和医生的要求更加苛刻，因而受到的限制也更多。传统腹腔镜技术向机器人腹腔镜技术的推进使得小儿腹腔镜技术获益更多， 这进一步拓宽了手术的适应证范围。然而，近20 年内众多医生一直在探索机器人手术在小儿外科中的应用途径和方法，但这一过程非常艰辛，因为达芬奇机器人手术除了优势外，也有明显的劣势，如装机政策导向、机械臂体积与患儿体腔相比过大、手术费用高、手术时间长等。本研究对机器人手术系统在小儿外科的应用及进展进行回顾分析，并对小儿机器人手术的未来进行展望。

1 小儿机器人手术发展历史及现状分析

达芬奇机器人于 1999 年由 Intuitive Surgical 公司发明，2000 年由美国食品药品监督管理局（FDA）批准应用于临床，第 1 代设备没有进入中国市场。2006 年 Intuitive Surgical 公司发布达芬奇 S 手术系统（第 2 代），包括 4 个机器臂； 2009 年发布达芬奇 Si 手术系统（第 3 代），其升级为双控制台，整体设备更加小巧和高效； 2014 年发布达芬奇Xi 机器人手术系统（第4 代）， 其应用悬吊式安装与移动平台，可满足手术机械到达各个方向的手术区域，手术臂较前更小、更薄；2018 年发布达芬奇 SP® 系统（单孔），但是暂未在中国注册，其采用8.5mm 的预弯型器械， 但仍存在“筷子效应”，且手术适应证相对窄 [3]。达芬奇手术系统的技术优势：①清晰：具有高分辨率，可提供放大 10~15 倍的高清立体图像；②自控：无需助手扶持镜臂，可根据术者意愿自己调节镜头的方向；③灵活：机械臂有 7 个自由度（人手是 5 个），可 360° 顺、逆时针自由旋转；④眼手协调性好：具有全景三维视野， 可以很好地配合医生手的精细动作；⑤精准： 可以过滤人手的自然抖动，并进行精细操作；⑥轻松：术者无需清洁洗手，能以舒适的坐姿进行手术操作 [4-5]。因此机器人手术系统比常规腹腔镜系统看得更清楚（可见性，Visibility）， 操作更灵活（灵活性，Dexterity），且医生更舒服（人体工程学，Ergonomics），满意度高。2000 年 7 月德国医生 Meininger D D 等 [6] 为1 例 10 岁的女孩完成了世界首例达芬奇机器人小儿胃底折叠术，并于 2001 年 4 月首次报道， 该手术开创了机器人手术在小儿外科应用的先河。之后，机器人手术系统逐渐发展并应用于小儿普通外科、泌尿外科及胸心外科等。2002 年 Gettman M T 等 [7] 首次报道了 4 例关于达芬奇机器人手术系统在小儿肾盂积水中应用的病例， 2002 年 Le Bret E 等 [8] 报道了机器人辅助下小儿胸腔镜手术，2004 年 Peters C A[9] 报道了机器人小儿输尿管膀胱再植术，2006 年 Woo R 等 [10] 报道了机器人小儿胆总管囊肿手术。此后每隔 1 年或 2 年都有一种或多种不同小儿疾病中应用达芬奇机器人进行手术的报道。2013 年Cundy T P等[11] 在J Pediatr Surg 杂志上发表了一篇关于小儿外科机器人手术在第 1 个十年应用情况的报道。2001 年 4 月 ~2012 年 12 月共发表文献 137 篇，完成手术2 393 例，79% 来自美国，14% 来自欧洲，4% 来自中东，3% 来自亚洲；其中泌尿外科手术 1 434 例，胃肠外科手术 882 例，胸外科手术77 例；排行前四的手术分别是肾盂成形术（672 例）、输尿管再植术（479 例）、胃底折叠术（424 例）、肺叶切除术（18 例）。近十年小儿机器人外科手术的发展明显加速，并正在向婴幼儿、新生儿外科迈进。

中国小儿机器人手术起步较晚。香港大学玛丽医院于 2007 年开始探索达芬奇 S 机器人手术在小儿外科中的应用，并分别于 2007 年和2008 年完成中国首例小儿达芬奇机器人胃底折叠术和小儿肾盂成形术 [12]。大陆地区最先拥有达芬奇机器人手术系统的机构是大型部队医院和综合性三甲医院，2006 年解放军总医院引进了第 1 台达芬奇 S 系统，开启了中国大陆开展机器人手术的历史，并完成了数十例大龄儿童心脏机器人手术 [13]。2015 年武汉协和医院完成中国首例机器人先天性巨结肠症和胆总管囊肿手术，2016 年完成机器人先天性肛门闭锁矫正术 [14-16]，目前已经完成先天性巨结肠手术 160 余例，先天性胆总管囊肿手术 80 余例。2017 年和 2018 年北京军区总医院附属八一儿童医院完成中国首例机器人小儿膀胱阑尾输出道重建术和小儿肾母细胞瘤手术 [17]，同时完成了千余例的小儿肾盂成形术，患儿最小年龄是 7d。2020 年 5 月、11 月和 12 月，浙江儿童医院、武汉儿童医院和北京儿童医院相继装机，浙江儿童医院已经完成了近百例的胸部手术。截至 2020年 10 月，全球共安装达芬奇手术机器人系统共5 764 台，北美地区最多，并已成功完成前列腺切除、心脏外科手术、小儿胆总管囊肿切除等各种手术超过 700 余万例。中国大陆已装机近180 台，共有 1 700 余名医生具有达芬奇手术机器人系统操作资格，其中能够从事小儿外科手术的医院有二十余家，积累的病例数位于世界的前列。世界范围内小儿机器人手术起步并不晚，但因受到诸多因素的影响，其发展落后于成人外科，最大障碍是机器成本与社会效益、器械直径与儿童体腔空间小、学习曲线与技术难度的矛盾等。达芬奇手术机器人的制造商建议每个端口之间的距离为 8cm，这在新生儿病例中是不可能实现的。尽管如此，小儿外科医生们发挥智慧共同克服了这一技术难点，在每个Trocar 之间使用 5cm 甚至更短的间隔，并已经在小婴儿甚至新生儿身上进行了多种手术，没有遇到明显的问题 [11]。

如同成人外科一样，小儿泌尿外科是机器人手术应用最多的领域，其中肾盂成形术是最常见的小儿机器人泌尿外科手术 [18-19]，其次是输尿管再植术、阑尾膀胱造口术及膀胱扩大术等重建手术 [20-24]。机器人辅助腹腔镜肾盂成形术（RALP）是迄今为止在儿科人群中最常见的手术，也是唯一一种结果至少可以与开腹或腹腔镜技术相媲美的手术，并已在体重小于 10kg 的婴儿中成功开展 [18，25-26]。美国过去 20 年的趋势表明，肾盂成形术是小儿外科机器人手术中应用最多的重建泌尿外科手术，并且已超过开放手术成为首选方法。中国临床病例资料多，应重点关注多中心前瞻性随机对照研究（Randomized control trial，RCT），以便形成自己的证据。小儿机器人消化道外科手术是最先开展的领域， 从胃底折叠术到胆总管囊肿和胆道闭锁 Kasai 手术 [6，10，27-29]，再到巨结肠、肛门闭锁手术等 [30-33]， 机器人手术使胆道和肠道吻合变得更加容易， 盆底直肠解剖更精准，术中和术后并发症更少， 主刀医生的操作体验明显提升。但这些都是基于小样本回顾性研究得出的结果，未来需要多中心、大样本对比研究证实这些优势。小儿心胸外科的机器人手术开展相对较晚，包括肺叶切除术、支气管囊肿切除术、膈疝修补术、膈肌折叠术、食管闭锁矫正术、动脉导管未闭（Patent ductus arteriosus，PDA）手术等 [34-35]。机器人手术系统在大龄儿童肺部、心脏、膈肌等方面的手术中具备优势，但对于小儿肋间隙和胸腔而言，12mm 或 8mm 机器人 Trocar 过大， 限制了机器人手术系统在小儿心胸外科手术中的应用， 尤其是对于<1 岁的婴儿[34]。目前单孔达芬奇（SP） 及 5mm 达芬奇设备均已在国外投入应用，期待更小的机器人系统和机械的诞生。达芬奇机器人在成人恶性肿瘤中的应用安全、可行、有效， 与腹腔镜及开腹手术具有类似的肿瘤学结果。而小儿肿瘤的机器人手术刚刚起步，需要积累病例和数据，进而为临床治疗提供参考依据。

2 小儿机器人手术适应证的演变

机器人手术在小儿外科的适应证与小儿腹腔镜和胸腔镜类似，但应用范围受到下列因素的影响：①机器人升级换代：如第 1 代、第 2 代机器人对较复杂的手术操作非常困难，如胆总管囊肿切除术和食管手术等，故不主张应用机器人手术系统 [12]；②费用因素：如小儿腹股沟斜疝、阑尾切除术，虽然机器人操作将更加完美， 但“疾病 - 费用比”差距太大，故不适合机器人手术；③年龄因素：基于成年人开发的设备和器械在大龄患儿中的应用无障碍，但在婴幼儿特别是新生儿中应用存在争议 [36]，目前国外多数专家认为体重 >15kg、年龄 >2 岁患儿实施机器人手术是安全的 [37]；④未来小儿专用机器人的诞生：这将使得其适应证更加广泛。总之， 小儿外科机器人手术的适应证是一个不断变化、发展的过程，选择机器人手术需要综合考虑手术效果与经济成本，即卫生经济学价值 [11，38]。

3 机器人手术系统的劣势及其改进意见

目前， 达芬奇机器人手术系统仍有很多问题亟待解决：①最明显的缺点是缺少触觉反馈：医生初始打结易断线，夹持组织易损伤， 这需要不断地学习，可通过手感经验和视觉反馈弥补；②机器准备和连接时间长：初始时间为 30~60min， 反复磨合后可降至 15~20min；③费用高：包括将维修费折算成的开机费 1 万人民币左右、一次性机器臂套费用和有次数限制使用的器械费用；④缺乏儿童专用的机器人手术系统和器械。这些是未来机器人改进和研发需要解决的主要问题。机器人手术时间长，麻醉医师与患儿接触受到限制，使小儿手术麻醉风险更大 [39]；另外气腹对小儿的呼吸力学和血流动力学的影响更明显 [40]， 若临床经验不足，则机器人手术时间会更长， 可进一步加重 CO2 的负面生理影响 [41]，期待未来设计的临床研究可综合量化评估机器人手术的优势及麻醉手术时间长、手术费用高等劣势。有关培训问题，目前我国仅有香港中文大学威尔士亲王医院、上海长海医院和北京解放军总医院三家达芬奇手术机器人培训中心，未来可能需要建立更多的培训基地，以帮助外科医生更快、更好地掌握这一技能。

4 机器人小儿外科手术的未来预期

达芬奇机器人手术的优势之一是可以在较小空间内完成精细、高难度操作。小儿组织脆嫩， 体腔狭小，客观上要求手术操作更精准、更轻柔。因此，早在 2004 年美国医生 Kant A J 等 [42] 撰文指出，最有前景的机器人手术是小儿外科手术。基于目前的机器人手术平台，2007 年香港医生Yeung 等通过模拟技术研究发现，随着操作空间的减小，机器人手术操作受限越明显。然而基于患者的临床研究并不支持这一观点，2014 年法国临床研究显示，15kg 体重以上患儿和 15kg体重以下患儿的机器人手术效果无差异，故体重并不影响手术疗效，但需要手术者设计好患者的体位和腹腔穿刺器位置 [43]。目前标准化的机器人手术平台及手术器械依据成人进行研发， 并不适合于新生儿手术。虽然从世界范围来看， 新生儿手术在泌外科、普外科、胸外科等均有报道，但我们绝不能认为手术患儿年龄（或体重） 越小，所需操作水平越高。随着研发的进一步深入，儿外科医生应积极参与机器人智能学习、数据控制和更小手术机械的开发。谷歌与强生公司联手创办 Verb Surgical，旨在建立一个基于手术机器人和手术耗材等方面的综合外科手术平台，让外科医生能够自由开展微创手术。美国密歇根大学研发的 FlexDex 手术机器臂是一种由外科医生手持操作的简化版机器臂，它保持了外科手术机器人操作便捷的功能，并明显降低了成本。目前，国产外科手术机器人项目的研发及产业化已被纳入《中国制造 2025》规划。其中，由科研机构领军研发的项目，包括天津大学与中南大学等联合研发的妙手手术机器人、由北京天智航医疗科技股份有限公司生产的天玑骨科手术机器人，为科研成果的杰出代表。未来小儿专用机器人和器械的出现是确保婴幼儿及新生儿手术安全、高效完成的关键。正如腹腔镜的发展一样，小儿机器人也必将迎来自己的黄金时代。

5 结语

小儿外科达芬奇机器人手术几乎与成人外科同时起步，前十年发展明显落后于成人，近十年，特别是近五年，随着儿童中心装机数量的不断增加，从事小儿机器人手术的医生和接受机器人手术的患儿明显增多，并涉及到小儿外科的各个亚专科，患儿的手术年龄也从大龄儿童到刚出生的新生儿。由于目前达芬奇机器人手术系统是基于成人开发的，机器人手术不能完全取代腹腔镜，故期待小儿专用机器人的诞生，同时也期待更多的临床研究为小儿机器人手术的开展提供可靠的临床证据。

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