达芬奇机器人在结直肠外科及其专科教学中的应用

戴胜 白炳君 王飞 黄学锋

微创外科是外科发展的必然趋势。目前，腹腔镜手术已经代替开放手术在各个外科领域广泛应用，包括结直肠外科。但是腹腔镜设备的内在不足限制了其在微创领域的进一步发展[1]。随着科学技术的进步，直觉外科公司发明了达芬奇机器人手术系统以用于克服腹腔镜手术所面临的困难。在结直肠外科领域，其稳定的3D图像及灵活的机械臂更有利于在较深较狭小的空间进行灵活精细的操作[2,3]。作为一套全新的手术系统，达芬奇机器人拥有其独特的学习曲线及教学模式。本文研究了国内外相关进展，浅析达芬奇机器人手术系统在结直肠外科的应用及其专科教学的特点。

1 达芬奇机器人手术系统概述

2000 年，美国食品药品监督管理局批准了达芬奇机器人手术系统在普通外科手术中的应用许可，全面开启了机器人手术的时代。随着20 年的发展，欧洲、美国等地已经广泛开展机器人手术，涉及结直肠外科、泌尿外科、妇产科等多个领域[2]。在中国，达芬奇机器人手术也在飞速发展。截至2018年底，中国大陆共有76台达芬奇机器人，比2017年（68台）增加了11.76%。2018 年全国总共开展了3 198 例机器人辅助结直肠癌手术，比2017 年（2 694 例）增加了18.71%。

达芬奇机器人手术系统由医生控制系统、床旁机械臂系统、立体成像系统三个部分组成。机器人手术系统的主要优势在于其拥有稳定的3D 放大视野、自由灵活的机械臂，可以达到普通器械无法完成的部位和角度，能够有效滤过手部运动带来的震颤。最新的第四代达芬奇机器人还自带萤火虫荧光显影帮助识别关键解剖部位[4]。当然，达芬奇机器人也有其不足，最主要的问题是目前机器人机械臂无法将操作时的张力反馈给手术医生。如果机械臂施加过度牵引或者快速地移动就很容易发生组织损伤。因此，外科医生必须掌握使用视觉线索来估计施加在组织上的张力，比如在牵拉肠道时就必须非常小心，以免损伤肠壁，以视觉反馈来代替张力反馈。另外，由于机器人系统需要精确的定位以获得最佳的手术效果，并避免机械臂之间的碰撞，所以需要一个对接的过程。在多脏器联合手术时（比如直肠癌肝转移联合切除时），还需要重复的对接与分离，虽然第四代达芬奇机器人的这方面已经有所改进，但是仍然会延长手术时间。如果无法及时分离转开放，当遇到出血等危急时刻时，这个时间的消耗可能是致命的[5]。不过这些缺点无法掩盖达芬奇机器人的优点，临床医生通过不断配合，提高操作熟练程度，也能最大程度地避免这些问题。

2 达芬奇机器人手术系统在结直肠外科的研究进展

在结直肠领域，达芬奇机器人有其独特的优势，尤其是在直肠癌的手术上体现得更加明显。1982 年，Heald 等[6]首次描述了直肠系膜与直肠癌扩散的相关性，提出了全直肠系膜切除的概念，奠定了直肠癌根治术的范围。从外科的角度来看，通常认为直肠起始于骶岬水平，向下穿过骨盆通过肛提肌延伸为肛管。在解剖过程中，必须始终谨慎考虑直肠与邻近器官、神经和血管系统的解剖关系。作为盆腔内的固定器官，在直肠解剖过程中，手术视野可能在视觉和空间上都受到限制，在肥胖或骨盆狭窄的男性患者中尤其明显。而机器人的器械更加灵活，有利于术者更好地游离直肠以及对腹下神经、盆腔神经丛和骶前血管等重要结构的识别和保护。

目前研究认为，机器人手术在某些方面优于腹腔镜手术，如泌尿生殖系统功能的保护，降低转开放的比例等，但结果可能还存在争议。Panteleimonitis 等[7]调查了126 例患者（78 例接受腹腔镜手术、48 例接受机器人手术）术后泌尿生殖系统功能的影响，结果显示对于男性患者，机器人手术可以显著提高对泌尿生殖功能的保护；对于女性患者，机器人手术的优势则不明显。一项国际多中心、前瞻性、随机对照研究比较了机器人和腹腔镜转开放手术的风险，研究结果发现，机器人较腹腔镜降低了转开放的比例（8.1% vs 12.2%），但是结果没有统计学差异[8]。Corrigan等[9]结果显示，参与临床研究的外科医生是腹腔镜手术的专家，但其中一些外科医生仍处于机器人手术的学习曲线阶段，这个因素可能影响了试验的结论。另外结果还显示机器人组与腹腔镜组在术中及术后并发症、环周切缘阳性比例、肿瘤学预后等指标组间无统计学差异。除了直肠癌手术，机器人手术还可以用于盆腔脏器脱垂的治疗。一项临床研究结果证明机器人手术治疗直肠脱垂是安全有效的，功能恢复和复发率都在可接受范围内，具有较低的复发率[10]。不过后续的荟萃分析显示机器人手术的治疗效果与腹腔镜并无显著差异[11]。

目前，机器人手术在结肠切除术中的应用也逐渐开展。针对结肠癌根治术，Hohenberger 等[12]提出了全结肠系膜切除术的概念，全结肠系膜切除术的原则是直视下锐性游离脏壁层间筋膜间隙，保持脏层筋膜完整性，血管根部充分暴露并结扎，这可以最大限度减少肿瘤播散和保证淋巴结清扫，以达到更好的生存获益。但是这可能会增加微创手术的技术难度，特别是在处理右半结肠癌时。此时，达芬奇机器人的器械可能更有利于完成这些困难的步骤。但是最新的研究发现，机器人右半结肠手术相较于腹腔镜手术无明显优势，除了减少中转开放比例以及术后住院时间，在术后并发症、淋巴结清扫等方面无统计学差异[13]。一项纳入更多患者随访时间更长的研究也得出了和上述类似的结论，同时认为机器人和腹腔镜在5 年生存率和无病生存率方面也无显著差异，但是该研究认可了机器人手术对于右半结肠切除腹腔内吻合的优势[14]。Kelley 等[15]专门对机器人辅助右半结肠切除行腹腔内吻合的患者进行研究，结果显示在术后并发症、术后住院时间、肠道功能恢复方面都有比较好的结果。不过到目前为止，关于机器人右半结肠切除术的数据仍然缺乏。有待于后续多中心的大样本研究将提供更有说服力的证据。

3 达芬奇机器人辅助结直肠手术的学习曲线

虽然机器人手术系统在结直肠外科有一定的优势，但是和任何新技术一样，掌握机器人辅助的结直肠手术也需要学习曲线。了解学习曲线是开展机器人结直肠外科专科教育很重要的环节。一般认为，机器人结直肠切除术的学习包括两个方面。第一个方面是必须熟悉手术机器人系统的操作，例如机械臂对接、操控台操作等。此外，与腹腔镜手术相比，外科医生必须适应略微不同的手术环境，比如在机器人手术中完全失去触觉反馈，取而代之的视觉反馈，可能会发生机械臂的外部碰撞等。摄像机视野之外的器械必须正确定位，避免造成医源性伤害。第二个方面是掌握手术步骤，这与普通的开放、腹腔镜手术类似，需要掌握解剖知识，正确识别无血管平面，保护自主神经，并遵守全系膜切除的原则。大部分研究认为机器人直肠癌的学习曲线包括三个阶段[16]，第一阶段：技术习得；第二阶段：技术巩固；第三阶段：技术掌握。大量研究分析了机器人辅助直肠癌手术的学习曲线，认为在进行15～35 例机器人手术后即可完成学习曲线[16,17]，这个数字明显低于传统腹腔镜直肠癌手术的学习曲线所需的病例数（30～70 例）[18]，这可能得益于机器人固有的设备优势。然而，一些学者指出，上述研究所纳入的病例数量较少（每个少于50 例），这可能导致结果产生偏倚。另外一些纳入了更多病例的研究使用了相同方法分析机器人辅助直肠癌手术的学习曲线，结果显示完成学习曲线预计需要41～43 例手术，这与腹腔镜手术相似[19]。

随着手术机器人的不断普及，研究其在初学者中的学习曲线非常有意义。但是，目前能获得的证据非常有限，因为大多数中心已经广泛开展腹腔镜手术，年轻的结直肠外科医生可能没有机会进行开腹的结直肠手术，而是在一开始就接受了腹腔镜的培训。Kim等[20]报道了一位拥有20年结直肠手术经验的外科医生，虽然擅长开腹手术，但腹腔镜手术经验非常有限，结果显示在完成20 例机器人直肠手术后，就可以熟练掌握机器人手术技巧。Foo 等[21]评估了一位在低位直肠手术方面（不论开腹还是腹腔镜）经验有限的外科医生，分析其连续主刀的39台机器人低位直肠手术，结果显示完成学习曲线为25 例，与已经掌握腹腔镜或开放手术的人相当。虽然以上证据证明，在开展机器人结直肠手术之前，腹腔镜手术的经验并不是必须的，但是如果外科医生拥有腹腔镜经验，将有助于更好地识别解剖结构，应对手术中各种可能的情况。

4 达芬奇机器人结直肠手术的教学模式

结直肠外科专科医生如何顺利开展机器人手术，需要合适的教学计划。制定并遵循结构化教学是学习复杂技术的关键手段。结构化教学应包括基础知识教学、多平台模拟课程和各种不同难度和渐进难度的实践操作，同时要注重对结果的即时反馈。此外，学员必须有机会在课程中重复和改进他们的表现。培训后需对能力进行评估，外科实践要求相关机构的认证。如果没有达到相应的课程要求，任何课程参与者则需要重修。对于结构化教学，一些中心贡献了自己的教学经验，例如澳大利亚卡布里尼医院针对机器人结直肠手术提出了一个教学和评价体系[22]，他们认为学习机器人结直肠手术的外科医生需要50 例腹腔镜手术的经验，教学流程包括：①完成线上训练模块；②达芬奇机器人模拟器的训练；③在指定培训机构完成达芬奇机器人培训；④临床实践并评估术后并发症。爱尔兰的一所医院根据欧洲机器人结直肠外科学会制定的结构化培训体系开展教学，教学内容包括理论及病例学习、机器人系统及解剖培训、临床训练、能力评估及认可[23]。每个部分教学详细开展都会涉及到非常多的内容，比如关于机器人的模拟训练。除了使用模拟软件，最新一代达芬奇机器人还配有双操控台。第二操控台可以拥有和主刀一样的视野。初学者可以借此更好的学习解剖结构及手术流程。Melich 等[24]开发了一套特定的直肠切除模拟设备，并使用正常运行的达芬奇机器人系统在一个由硅和海绵制成的盆腔模型上进行手术操作。这种模拟训练更加接近真实状况，在确保安全的前提下达到最佳的训练效果。教学评估是判断外科医生是否真正掌握机器人辅助结直肠手术的关键，常利用全球评分表来评估机器人单孔直肠切除的教学效果。该评分表分四个模块：机器人对接、结肠解剖、全直肠系膜切除、切除与吻合，每个模块又包含若干评分点，评分越高表示每个部分的完成度越好。评估后结果显示，如果严格地按照教学计划学习，专科医生可以顺利完成机器人结直肠手术，术后的各项指标如术后住院时间、吻合口漏等其他并发症等都可以控制在合理范围内。

结合不同医疗中心的教学经验，笔者建议准备开展机器人结直肠手术的机构遵循三个模块开展教学：基本模块、高级模块、临床实践模块。以学习目标为导向，以评价系统为标准的模式制定教学计划。基本模块的学习目标包括了解机器人平台功能、机器人对接、不同结直肠手术（右半结肠切除术、左半结肠切除术、直肠切除术）的Trocar 孔布置，如何避免机械臂碰撞以及如何协调各个操作部件的理论原理。基本模块以虚拟模拟器为主要教学方式，学习成像系统原理、第三臂使用、双手协调、仿真手腕器械使用技术、打结与缝合、能量平台使用等。高级模块的目标是获得执行手术步骤的能力：血管分离、肠段切除、腔内吻合等。推荐的教学方法包括与专家的理论讨论、模拟教程和实体实践（如动物）。临床实践模块应该根据手术的难度按如下顺序进行：较为简单的乙状结肠以及高位直肠切除术、左半结肠切除术，较为复杂的右半结肠及低位直肠手术。根据以上每一个学习目标，制定评估量表，评价教学效果。以上教学模式也适用于年轻的结直肠外科住院医师。只不过相对于经验丰富的主刀医师，住院医师需要花费更多的时间进行训练才能完成课程，尤其是模拟实践到临床实践的过程，需要大量病例的积累。总之，机器人系统的应用能在一定程度上缩短学习曲线。相较于既往通过开放手术学习，机器人系统的3D视野以及第二操控台的使用更有利于学员观察腹盆腔的解剖结构以及手术操作步骤，让住院医师感受到沉浸式的教学体验，在书本知识的基础上对结直肠的解剖及结直肠手术有更直观、清晰的认识。

5 总结

达芬奇机器人作为最新的微创手术系统，拥有更灵巧的器械、更稳定的成像系统。相较于腹腔镜，机器人在结直肠外科的应用有不同程度的优势。对于经验有限的医疗机构，想要顺利地开展机器人结直肠手术，需要了解机器人系统及其教学模式的特点。机器人结直肠手术的教学内容包括机器人系统的教学、结直肠手术的教学以及评价体系。在严谨的教学计划下，经过培训的外科医生可以顺利地开展机器人结直肠手术。