機器人技術(shù)是現(xiàn)代遠程信息技術(shù)和智能化機械工程技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，在軍事、制造、航天、醫(yī)療等眾多領域具有廣闊的應用前景，其在微創(chuàng)外科領域中的應用更是一個嶄新層面的革新，將手術(shù)質(zhì)量推至更高的境界。而在其基礎上的 后機器人時代 技術(shù)，甚至可能顛覆眾多現(xiàn)有的醫(yī)療模式和理念，引發(fā)新的醫(yī)學技術(shù)革命?，F(xiàn)總結(jié)機器人技術(shù)在泌尿外科微創(chuàng)手術(shù)的應用現(xiàn)狀，同時展望未來的發(fā)展前景。

1機器人外科系統(tǒng)的發(fā)展概況

500多年前，文藝復興時期的藝術(shù)及科學巨匠達 middot;芬奇在《大西洋古抄本》中繪制了第一個機器人的設計草圖，而Robot(機器人)源自1920年捷克作家Karel Capek的一個科幻劇本，意即幫助人們從事強體力勞動的工具。

外科機器人輔助系統(tǒng)主要分為脫機系統(tǒng)(offline)和在線控制系統(tǒng)(on-line)兩類，前者可按預設程序完成規(guī)定動作，后者需實時控制。最早應用于泌尿外科領域的脫機機器人手術(shù)系統(tǒng)是行前列腺電切和腎穿刺的Pro Bot系統(tǒng)(Imperial大學，倫敦)和PAKY系統(tǒng)(Johns Hopkins醫(yī)學院)。

最早開始研發(fā)在線控制機器人系統(tǒng)的是美國斯坦福大學的研究中心(Stanford Research Institute，SRI)。他們于上世紀八十年代初建立了相關實驗室，對遠程控制系統(tǒng)、機器臂等功能結(jié)構(gòu)進行研發(fā)。而美國軍方在提出 星球大戰(zhàn) 計劃后，加大了對此項目的資助，旨在研發(fā)一套用于戰(zhàn)場急救的無人智能手術(shù)系統(tǒng)，它的初衷是用于開放手術(shù)中。1995年，該中心正式推出Intuitive Surgical Systems，并進一步改進手腕式控制結(jié)構(gòu)，于1997年改名為達芬奇外科手術(shù)系統(tǒng)。此系統(tǒng)于2000年獲得美國FDA(食品和藥品管理局)批準后，開始在臨床使用。

同期出現(xiàn)的機器人外科系統(tǒng)還包括Computer Motion公司研發(fā)的AESOP機器人系統(tǒng)(1993年)和ZEUS機器人手術(shù)系統(tǒng)(1998年)。AESOP機器人系統(tǒng)僅能通過聲音或腳踏控制機械臂操縱腹腔鏡完成簡單動作，由于功能單一，并未得到廣泛應用。ZEUS機器人手術(shù)系統(tǒng)則類似于達芬奇外科手術(shù)系統(tǒng)，有獨立的外科操作平臺及機械臂。2003年，Intuitive Surgical公司收購了Computer Motion公司，自此世界上唯一可使用的在線實時可控外科手術(shù)系統(tǒng)(online system)僅剩達芬奇外科手術(shù)系統(tǒng)。由于技術(shù)壟斷，造成了此系統(tǒng)售價高昂、使用成本居高不下的現(xiàn)狀。

2達芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點

達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)包括3部分:操作平臺(surgeon control)、手術(shù)機械臂(patient side cart)和圖像處理系統(tǒng)。操作平臺由三維顯示器、與機械臂聯(lián)動的帶指環(huán)手柄及腳踏板組成;手術(shù)機械臂由Endo Wrist智能機械手臂組成，包括2～3支智能機械臂及1支扶鏡臂，手術(shù)機械臂系統(tǒng)借助特有的Intuitive技術(shù)及鋼絲滑輪傳動技術(shù)控制機械臂的腕式運動，同時可借助計算機輔助過濾人手的生理震顫;圖像處理系統(tǒng)模擬雙眼立體成像原理，通過雙窺鏡采集信號并整合，達到三維成像效果。

這些先進技術(shù)使達芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)具備了獨特的優(yōu)勢，如三維操作視野、十倍的高清放大、七自由度的腕式活動、無人手的疲勞顫抖等，相當于將人的手腕直接放入了患者腹腔，操作更精準。上述特點恰好克服了傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)的技術(shù)瓶頸，極大地提高了操作便捷性和準確度，解剖更精細，操作更容易，尤其降低了高難度重建技術(shù)的要求。因此，很快得到全球外科醫(yī)生的接受，成為高端的手術(shù)平臺。

自上市后，達芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)也在不斷改進中，截止目前，先后推出了三代，Da Vinci、Da Vinci S、Da Vinci Si。主要的改進是增加了第4臂，用于術(shù)中顯露，改進了操作手柄，推出了高清的手術(shù)視野，改良了手術(shù)器械，增加了術(shù)中教學功能，使整體更加小巧而高效。

3達芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)在泌尿外科腹腔鏡手術(shù)中的應用

截至2010年底，全球裝機達芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)已超過千臺，其中800余臺在北美地區(qū)，其次是歐洲。由于費用高昂，即使在經(jīng)濟高度發(fā)達的歐洲，受醫(yī)療體制限制，許多國家也未廣泛開展此技術(shù)。但是，不可否認的是，此手術(shù)平臺所具備的優(yōu)越性可極大降低某些重建手術(shù)的難度，提高療效。因此，患者的需求正是不斷推動此項技術(shù)在泌尿外科領域發(fā)展的源動力。

3.1前列腺癌根治術(shù)    

前列腺癌根治術(shù)是目前使用機器人平臺最廣泛、最成功的術(shù)式，這也反過來推動了此技術(shù)在其他領域的發(fā)展。2010年，美國70%以上的前列腺癌根治術(shù)是在達芬奇機器人輔助(robot-assisted radical prostatectomy，RARP)下完成的。

從技術(shù)層面而言，RARP手術(shù)完全模擬了傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)的標準步驟，在狹小骨盆中，靈活的機器臂解剖更精細，出血更少，更易于保留神經(jīng)，保護控尿結(jié)構(gòu)，達到腫瘤根治、性功能保留和完全控尿的完美結(jié)果 三聯(lián)勝 (Trifecta)。近期，完成RARP例數(shù)最多的外科醫(yī)生 Patel報道了最新的研究結(jié)果，2008年1月至2009年12月共完成1111例RARP，隨訪1年，發(fā)現(xiàn)完全尿控率、性功能保留率、無生化復發(fā)率及 三聯(lián)勝 率分別為96．4%，89．8%，96．4%和83．1%。同時，無并發(fā)癥發(fā)生率和切緣陰性率分別為93．4%和90．7%。這是一組極完美的結(jié)果。誠然，這與國外前列腺癌分期早、病例數(shù)量大、術(shù)者經(jīng)驗極其豐富密切相關。但是，至少在相同情況下，機器人輔助前列腺癌根治術(shù)操作難度低于傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)，學習曲線更短，尤其熟練掌握開放手術(shù)技巧的外科醫(yī)生。因此，從保留功能的角度看，機器人手術(shù)實現(xiàn)了從 身體微創(chuàng) 到 身心微創(chuàng) 更高層次的跨越，代表著前列腺癌根治術(shù)的未來發(fā)展方向。

3.2腎癌保留腎單位的手術(shù)

小腎癌保留腎單位手術(shù)已成為泌尿外科指南推薦的標準，其10年無瘤生存率與腎癌根治術(shù)相似。而且，在某些大型醫(yī)療中心，許多直徑4～7cm或位于腎蒂周圍的腎癌均嘗試行保留腎單位的手術(shù)。

保留腎單位手術(shù)的關鍵在于徹底切除腫瘤，并在最短的缺血時間內(nèi)確切關閉集合系統(tǒng)和血管殘端。一旦關閉、縫合質(zhì)量欠佳，就可能發(fā)生繼發(fā)性出血等嚴重并發(fā)癥，輕者切除腎臟，重者有生命危險?？p合時間如果過長，腎臟缺血造成的損傷會使手術(shù)失去原有的意義。因此，在某種程度上，此手術(shù)對術(shù)者縫合重建技術(shù)的要求更勝于前列腺癌根治術(shù)。

達芬奇機器人外科系統(tǒng)的出現(xiàn)，尤其七自由度的腕式活動特點，大大降低了關閉腎臟缺損的難度，可實現(xiàn)腎臟深層髓質(zhì)和淺層皮質(zhì)的 雙層關閉 ，明顯縮短了腎臟缺血時間，降低了術(shù)后出血等并發(fā)癥發(fā)生率。最近Lee等對比了69例機器人輔助保留腎單位手術(shù)與234例開放保留腎單位手術(shù)(open radical nephrectomy，ORP)，發(fā)現(xiàn)除手術(shù)時間和溫缺血時間略長外，術(shù)后腎功能恢復情況、手術(shù)并發(fā)癥均無明顯差異。但機器人輔助組患者術(shù)后疼痛明顯減輕，恢復工作時間縮短，達到了微創(chuàng)效果。另一組國際多中心的研究也表明，在機器人系統(tǒng)輔助下，泌尿外科醫(yī)生可安全有效地完成腎蒂旁腫瘤等高難度的保留腎單位手術(shù)，其手術(shù)效果與非腎蒂旁手術(shù)相同。

在達芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)的協(xié)助下，術(shù)者能更容易地完成高難度的腎臟手術(shù)，基本達到開放手術(shù)的水平。在帶來微創(chuàng)的同時，保證了手術(shù)的安全性和有效性，這也是未來保留腎單位手術(shù)的發(fā)展方向。

3.3其他泌尿外科手術(shù) 

達芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)所具備的高清放大、穩(wěn)定操作、高度靈活等特點，使其在許多泌尿外科微創(chuàng)手術(shù)中都具有優(yōu)勢，如腎盂輸尿管離斷成形術(shù)、原位膀胱術(shù)、輸尿管膀胱再植術(shù)、輸精管吻合術(shù)等。而復雜的二次腹腔鏡手術(shù)、大腫瘤手術(shù)、腔靜脈癌栓取出術(shù)、聯(lián)合臟器手術(shù)等，也有采用達芬奇機器人系統(tǒng)施術(shù)的報道。

由此可見，如果進一步完善達芬奇機器人外科手術(shù)系統(tǒng)，增加機器臂的觸覺反饋，縮小體積，并降低使用費用，它將全面地取代傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)，成為今后微創(chuàng)手術(shù)室的標準化配置。

4機器人系統(tǒng)在泌尿外科內(nèi)鏡手術(shù)中的應用

除腹腔鏡手術(shù)外，內(nèi)窺鏡手術(shù)也是泌尿外科微創(chuàng)手術(shù)的重要組成，機器人技術(shù)同樣涉及此領域，但發(fā)展成熟度及應用情況遠不如達芬奇機器人系統(tǒng)。最早的內(nèi)鏡機器人平臺來源于心內(nèi)科介入手術(shù)，在此基礎上，Hasen公司研發(fā)了機器人輔助的輸尿管鏡操作系統(tǒng)(Endovia系統(tǒng))，其基本結(jié)構(gòu)與達芬奇機器人系統(tǒng)相似，包括操控臺、操作臂和監(jiān)視器。Desai等完成了5例動物實驗，以評估系統(tǒng)的便捷性。作者完成所有的腎盂腎盞檢查，僅1例發(fā)生腎盂穿孔。此后，19例腎結(jié)石患者接受臨床試驗，結(jié)石直徑平均11．9mm，操作均順利完成，結(jié)石粉碎至1～2mm，手術(shù)時間平均91min，其中包括機器人系統(tǒng)的安裝時間(7min)及結(jié)石定位時間(9min)。最終，56%的患者在2個月內(nèi)排凈結(jié)石。

5未來機器人系統(tǒng)的發(fā)展

在不考慮費用的前提下，未來外科機器人系統(tǒng)的發(fā)展必定以微型化、智能化、觸覺化為方向。醫(yī)學理念已指明了微創(chuàng)的未來方向即 更微創(chuàng) ，因此，要達到此目的的唯一途徑就是多孔變單孔，甚至無孔，在盡可能小的創(chuàng)傷下治療疾病，達到同樣 身心微創(chuàng) 的效果。

Instuitive Surgical公司已開始這方面的創(chuàng)新，嘗試研發(fā)單孔機器人手術(shù)平臺(VeSPA)，采用可彎機器人器械和弧形套管的 交叉操作 模式，通過修改軟件編碼交叉?zhèn)鲗Р倏嘏_與機器臂的信號，實現(xiàn)正常人機工程學效果，避免龐大機器臂間的干擾。此外，歐洲的科研項目組正在設計一種新型機器人(ARAKNES)，兩個機器臂和內(nèi)窺鏡整合在一個圓柱體內(nèi)，置入腹腔后，機器臂可分開，并沿關節(jié)隨意折曲，就象把人的兩個手臂放入腹腔內(nèi)，極其靈活，這將是下一代微型單孔機器人的雛形。

總之，人的創(chuàng)造力是無限的，患者的未盡需求和工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展必將推動機器人微創(chuàng)外科繼續(xù)進步，機器人外科的時代已經(jīng)到來。