机器人辅助手术

　　在过去的 20 年里，已经推出了四代达芬奇系统。技术改进不断实施，目前，美国公司 Intuitive Surgical 拥有超过 1500 项专利。Intuitive Surgical 由 Fred Moll 博士、他的助手 John Freund 博士和工程师 Robert Younge [ 16 ] 创立。该系统得名于艺术家达芬奇，其灵感来自他对人体解剖学的研究以及他对自动机和机器人的开发。由 Intuitive Surgical 开发的达芬奇平台是一个三到四臂系统，中央臂装有一个双目镜。除了卓越的 3D 视觉之外，一个独特的卖点是具有七个自由度的铰接手腕的先进仪器（Endowrist 技术）。达芬奇系统于 1999 年获得 CE 标志，并于 2001 年获得 FDA 的全面批准。达芬奇平台专为机器人辅助冠状动脉手术而设计，首批病例在莱比锡心脏中心进行 [ 20 ]。2001 年，亨利福特医院开创了机器人辅助腹腔镜根治性前列腺切除术 [ 21 ]。达芬奇标准和 S-HDIntuitive Surgical, Inc. 成立于 1995 年，第一台（标准）达芬奇机器人手术系统于 1999 年推向市场。达芬奇机器人技术包括三维视觉、EndoWrist 仪器、直观运动、人体工程学优势和手术精度，并克服了阻碍广泛采用腹腔镜 RP (LRP) 的困难。第一次升级发生在 2003 年，增加了第四个机械臂，使控制台外科医生能够更好地控制回缩。2006年，达芬奇系统发布，提供高清视觉和多图像显示功能TilePro。最新型号 da Vinci ? Si (2009) 具有双控制台功能，可提供协作手术机会。第一个达芬奇手术系统（标准）于 1999 年投放市场。它是一个封闭的控制台机器人，三个机械臂安装在一个图表上，提供 3D 视觉、EndoWrist 仪器、卓越的人体工程学和手术精度（图1）。第一次升级发生在 2003 年，增加了第四个机械臂，使外科医生在回缩过程中能够更好地控制。2006 年，达芬奇 S 系统发布，提供更好的运动范围、更长的仪器、双极能量的实施、可选的高清视频系统和安装第四臂的可能性（图2）。图1

　　达芬奇标准机器人系统

　　图 2

　　达芬奇 S-HD 机器人系统

　　达芬奇系统的独特之处在于其 Endowrist 技术，具有 7 个自由度和环形手柄，可实现符合人体工程学的工作，包括离合器机构。外科医生坐在外科医生控制台前，在三维双目观察器中查看手术部位，并使用两个主控制器和专用脚踏开关控制手术器械的运动。达芬奇标准和S的技术支持分别于2015年和2018年结束。达芬奇da Vinci Si 系统于 2009 年推出，获得完整的 CE 标志和 FDA 批准。它的独特之处在于高清 (HD) 视频技术、基于手指的离合器机构以及使用可选摄像头的术中荧光（Fire-Fly 技术）的可能性（图3）。外科医生控制台配备了一个用于设置偏好和操作参数的触摸屏显示器，以及一个新设计的脚踏开关，允许外科医生在操作模式和激活仪器的电外科能量之间切换。da Vinci Si 双控制台允许两名外科医生在手术过程中进行协作，是一个理想的培训平台（图4）。da Vinci Si 系统还允许使用 Intuitive Surgical 单点平台，提供仅具有 4 个自由度的灵活器械（VesPa 系统）[ 22、23 ]。图 3

　　( a ) da Vinci Si 机器人系统，( b ) da Vinci Si 踏板，( c ) da Vinci Si 相机

　　全尺寸图片图 4

　　达芬奇双控制台

　　全尺寸图片达芬奇第四代（Xi, X）与前几代相比，da Vinci Xi 机器人经过了彻底的重新设计（图5）。已于 2014 年推出，获得 CE 标志和 FDA 批准。它由安装在旋转臂上的四个臂组成，允许从任何一侧对接机器人（图6a）。一种新的用于对接的激光制导系统已经实施。一个绿色目标从推车的悬臂上投射出来，该悬臂与摄像头端口对齐。当插入相机并按下“目标按钮”时，剩余的机械臂会自动优化它们的位置，以最大限度地减少咔嗒声（图6b ））。臂架结构经过完全重新设计，以最大限度地减少仪器碰撞，并允许套管针端口的定位比以前的版本更近并以直线方式（图6c）。一个独特的功能是新的 8 毫米 3D 高清 (HD) 摄像头，可以自由放置在四个端口中的任何一个（“摄像头跳跃”）（图6d）。此功能对于特定的多象限程序（例如结直肠手术）可能很重要。此外，30° 上下功能允许直接从控制台更改视觉。萤火虫技术已集成在相机中，不应作为可选设备获得。一个先进的和专门设计的手术台是可选的。它可以连接到系统并在连接机械臂时移动（“工作台运动”技术）（图7）。新的 Xi 机器人平台有许多技术进步，包括新的缝合设备和用于单点手术的 7 自由度灵活器械。最后，该系统与为机器人单端口手术 (SP999) 设计的新型机器人 SP 平台兼容。图 5

　　达芬奇 Xi 机器人系统

　　图 6

　　( a ) da Vinci Xi 对接灵活性，( b ) da Vinci Xi 对接激光器，( c ) da Vinci Xi 0 和 30° 数码相机，( d ) da Vinci Xi 臂架构

　　图 7

　　( a ) 具有工作台运动技术的达芬奇桌子，( b ) 达芬奇桌子遥控器

　　2018 年，Intuitive Surgical 推出了 da Vinci X 系统，旨在提供更实惠的 Xi 平台版本（图8）。X 系统配备了安装在类似 Si 系统图表上的 Xi 模型的所有最先进技术。它使用与 Xi 型号相同的仪器和相同的相机，但它没有提供像老大哥那样的对接灵活性和对 SP 平台的兼容性。图 8

　　达芬奇 X 机器人系统

　　达芬奇 SP迄今为止，机器人腹腔镜单部位 (R-LESS) 手术的经验包括使用单通道端口、专用半刚性弯曲器械和软件修改（VesPa 系统）对现有机器人系统进行修改 [ 22 , 23 ] . 缺点主要与只有 4 个自由度仪器的可用性和由于运动范围有限和不可能同时使用多个仪器 [ 24 ] 而极其困难的床边辅助有关。达芬奇 SP（单端口）机器人平台专为单部位手术而设计，以克服最新 R-LESS 手术的许多限制（图9）。此外，在难以进入的空间中操作时，它的设计比标准多臂系统具有优势。事实上，所有仪器都包含在一个端口中，该端口通过单个腹壁切口引入。一旦引入，包括光学元件在内的灵活仪器就可以通过蛇形手腕进行分离并实现三角测量 [ 25 ]。图 9

　　达芬奇 SP 机器人系统

　　与多端口系统相比，达芬奇 SP 平台具有几个独特而新颖的功能 [ 25 ]。该平台配备了一个与 25 mm 多通道端口对接的机械臂（图10a）。它有一个完全铰接的 12 × 10 毫米椭圆形相机和三个 6 毫米仪器，能够有 7 个自由度（图10b）。所有仪器和相机都有双关节设计（即手腕和肘部）（图10c）。虚拟引导系统允许外科医生在手术过程中可视化每个手臂和摄像机的空间关系。设计了一个额外的离合器，外科医生可以通过它独立移动相机和工作臂，或者在手术过程中作为一个单元移动。达芬奇 SP 手术系统上的外科医生控制台设计与标准达芬奇系统相同，除了已经提到的额外脚踏开关 [ 26 ]（图10d）。图 10

　　( a ) da Vinci SP 端口，( b ) da Vinci SP 相机，( c ) da Vinci SP 仪器，( d ) da Vinci SP 额外离合器踏板

　　第一代 SP 平台 (SP999) 设计为使用与达芬奇 XI 患者侧推车相同的底座和立柱，但手术臂和机械手的配置不同，以便通过单个驱动独特的 SP 仪器和摄像头港口。Intuitive Surgical da Vinci SP999 平台于 2014 年获得 FDA 批准用于泌尿外科单孔手术 [ 27 ]。然而，Intuitive 决定不进行营销，而是专注于开发专用平台 SP1098。该系统尚未获得 CE 和 FDA 批准，仍处于开发阶段。第二代SP手术系统（SP1089）在技术特性上与谓词装置SP999相当，使用适应证相同。它基本上是第一代SP999的更新版本。对外科医生控制台、视觉和患者推车进行了修改，以结合最新的机械、电气和用户界面技术，用于已清除的多端口 da Vinci Xi 手术系统 (IS4000)。Vision Cart 中还添加了一个集成的单极能量监视器。还对 EndoWrist SP 器械和附件进行了修改，以提高可制造性、坚固性、可靠性、清洁能力和易用性，同时提高安全性并保持执行手术任务的相同能力。为了适应修改后的仪器并提高易用性，已经在涉及少数患者的临床前试验中进行了调查，结果表明带有第二代 SP1098 平台的 R-LESS 是可行的，但是需要进一步调查才能与传统的多端口机器人手术进行比较 [ 28 , 29 , 30 ]。Versius 手术系统是由 CMR Surgical（英国剑桥）设计的新型远程操作机器人手术系统，旨在帮助外科医生进行微创手术。Versius 的设计与达芬奇手术系统的设计有很大不同。机器人手臂是模块化的，提供了增加的手臂定位和灵活性。每个仪器和可视化臂都连接到自己的轮式推车上，形成一个紧凑且可移动的床头单元（图11）。每个床头柜都通过电缆连接到代表市场上世界上最小的临床机器人的控制台。这是一个可重新配置的系统，每次手术可以使用的床边单元数量在 3 到 5 个之间变化。床边单元或机械臂是可移动的，可以互换。机器人器械模仿人类手臂的关节，手腕器械尖端提供七个自由度，允许比标准腹腔镜手术更大的手术进入（图 1）。12 )。Versius 外科医生控制台是打开的，可以在站立或坐姿下进行操作，所有机器人设备控制都放置在机载手持控制单元上，无需脚踏板控制（图13）。控制台有一个 2D/3D 屏幕，外科医生戴着 3D 眼镜坐直，而其他人可以坐在外科医生身后观看手术 [ 31 ]。图 11

　　Versius 机器人系统

　　图 12

　　Versius 机械臂在骨盆训练期间

　　图 13

　　Versius 手持式控制单元

　　2019 年，该系统的安全性和有效性已在临床前环境中的泌尿外科 [ 32 ] 和普通外科 [ 33 ] 程序中得到证明。评估是在尸体和猪模型上进行的。在尸体中测试了几种类型的腹部手术，首席外科医生评估了一系列端口和床边单元的位置。所有手术均顺利完成。在活体动物模型中还安全有效地进行了根治性肾切除术、胆囊切除术和小肠肠切开术。最后，Puntambekar 等人。最近证明了在 30 名患者的临床环境中使用 Versius 机器人系统进行根治性子宫切除术的可行性、安全性和有效性 [ 34 ]。Telelap ALF-X 是由意大利医疗保健公司 Sofar Surgical Robotics（意大利米兰）设计的机器人平台。2007 年注册了一项初始专利。2015 年，Sofar Surgical Robotics 被 TransEnterix（美国北卡罗来纳州莫里斯维尔）收购。Telelap ALF-X 于 2016 年获得普外科、妇科、泌尿外科和胸外科适应症的 CE 许可。第一台设备已在意大利销售，并由意大利罗马（意大利）的一个组织发表了机器人辅助子宫切除术的早期临床报告。) [ 35 ]。它使用一个开放式控制台、类似腹腔镜的手柄和安装在单独推车上的手臂。TELELAP Alf-X 系统通过增加触觉、眼球追踪系统和高度的配置多功能性，为远程操作的 3 维内窥镜检查提供了一种新颖的方法。与目前的机器人相比，ALF-X 系统仪器可重复使用，一次性成本更低[ 36 ]。美国医疗设备公司 TransEnterix 专注于 Senhance 机器人系统的商业化。该平台获得了 FDA 对腹腔镜外科手术、心脏、结直肠、妇科、头颈、胸腔和泌尿外科手术的批准。机器人系统包括三个手臂，每个手臂单独安装在自己的推车上。最近，该公司批准了第四个机械臂。Senhance 仪器类似于传统的腹腔镜仪器，但它们提供来自电缆驱动臂的触觉反馈和 7 个自由度。此外，Senhance 采用了一种新颖的眼动追踪技术，可将摄像头图像集中在外科医生正在观察的点上。最后，Senhance 系统与许多当前可用的可视化系统兼容，包括荧光技术 [ 2 ]。从 2018 年 11 月到 2019 年 3 月，在克莱佩达大学医院（立陶宛克莱佩达），使用 Senhance 机器人平台在普通外科和结直肠外科、妇科和泌尿科进行了 100 次手术，结果非常好 [ 37 ]。