数字时代（5）：机器人辅助手术

机器人辅助手术

在过去的二十年里，新技术的引入极大地改变了大多数外科学科的实践。随着机器人手术的出现，有手术适应症的患者的治疗方法发生了巨大变化。全世界每年执行的机器人手术数量正在迅速增加，越来越多的中心正在配备这项技术。  新技术的可用性不断影响微创手术领域。  许多这些创新已被集成到最近的机器人手术系统中，为外科医生和患者带来了许多好处。  新一代机器人系统配备了创新的技术改进，以提高视力、灵活性并在手术过程中协助外科医生（虚拟现实）。  许多公司都在设计新的机器人系统，以便为成熟的达芬奇平台提供替代方案。  触觉反馈、图像引导手术和单点手术都是下一代机器人外科医生的热门话题。  同时，成本要么是因为这项技术很昂贵，要么是因为它们的引入导致所治疗患者的类型和数量增加，因此应该考虑最好地分配对医疗保健系统的投资。

简介：机器人手术

在过去十年中，新技术的引入极大地改变了我们对有手术适应症的患者的治疗方法。全世界每年执行的机器人手术数量正在迅速增加，越来越多的中心正在配备这项技术 。数据表明，在许多外科专业中，从开放手术向机器人辅助手术转变的总体趋势 。与腹腔镜相比，达芬奇手术系统极大地改变了微创手术的格局，为外科医生提供了器械灵巧性、震颤过滤和更好的手术区域可视化与腹腔镜检查相比的主要优势。在深而窄的视野中操作以及需要进行体内缝合和精细组织解剖时，可以观察到主要优点。 机器人系统的日益普及决定了外科实践的深刻变化，特别是在泌尿外科、基因科、心脏外科、普通外科和胸外科。前列腺、膀胱和肾脏疾病患者的管理发生了深刻的变化。例如，在考虑前列腺癌病例时，机器人辅助根治性前列腺切除术 (RARP) 现在已成为许多中心的黄金标准手术治疗方式。用于部分肾切除术 (RAPN) 的机器人辅助方法已显示出优于开放方法的益处，包括减少失血、术后疼痛和住院时间。最后，最近一项比较机器人辅助根治性膀胱切除术 (RARC) 与开放性膀胱切除术的系统评价表明，RARC 受益于更少的围手术期并发症、更大的淋巴结产量、更少的失血和更短的住院时间 。 本章的目的是回顾机器人手术的发展，重点介绍自 2000 年第一个机器人系统获得 FDA 批准用于腹腔镜手术以来所开发的技术创新。特别强调了新型机器人系统的开发。设备及其潜在的未来临床适用性。

进化：机器人手术的历史

“机器人”一词源自“ robota ”，这是一个检查术语，用于描述强迫劳动或活动[。机器人的使用在工业中很常见，机器可以多次执行超精确和预编程的任务，而在医学领域，它们只是最近才被采用以增强护理的提供。 机器人的定义表明机器能够自主执行重复性任务，如果有的话，可以使用不同数量的人工智能。目前在医疗保健领域有许多类型的机器人系统可用。主动系统本质上是自主工作并承担预编程任务。半主动系统允许外科医生驱动元件来补充这些机器人系统的预编程元件。最后是主从系统缺乏以前系统的任何预编程或自主元素。它们完全依赖于外科医生的活动，实际上它们只是复制外科医生的手部动作并将其传送到腹腔镜手术器械。医疗保健中采用的大多数机器人都不是真正的机器人，因为它们缺乏独立运动或预编程动作。它们是辅助外科医生进行各种手术的主从机器，而不是独立执行任务 。 医学上采用的第一个机器人系统是 PUMA 560。Kwoh 等人。使用这个机器人系统进行更准确的神经外科活检 。Davies 等人后来使用了相同的系统。进行经尿道前列腺切除术 (TURP) 。后来，Integrated Surgical Supplies Ltd 开发了专为进行 TURP 而设计的 PROBOT。本质上，它是一个带有旋转刀片的机器人，能够完成前列腺切除术。在非泌尿外科领域，开发了 ROBODOC 系统以提高髋关节置换手术的精确度，并率先获得美国食品药品监督管理局 (FDA) 的正式批准 。 美国 (US) 军方首先认识到将医生（远离战场）与士兵联系起来的潜在意义，以降低冲突地区的死亡率和发病率。类似的概念被用于发展医疗领域的创新，特别是微创手术。这个想法是用技术将外科医生与手术领域联系起来 。 Computer Motion 开发的 ZEUS 平台和 Intuitive Surgical 的 DaVinci 平台是十年来主导机器人手术领域的先驱，推动了微创手术的前沿。之后，Intuitive Surgical 于 2004 年 收购了 Computer Motion，并在成功获得美国 FDA 监管批准后，持续了近 2 年。 Computer Motion 由 Yulun Wand 博士于 1990 年创立，最初的目标是制造一个内窥镜支架。Computer Motion 开发了第一个用于最佳定位的自动内窥镜系统 (AESOP)。它基本上使外科医生能够语音控制腹腔镜摄像系统的定位。它是第一个获得 FDA 批准的手术机器人。  ZEUS 系统是一个三臂系统，其中一个臂握住相机，另外两个臂用于握住手术器械。启动时，ZEUS 系统使用的是 AESOP 相机系统 。手术台包括一把带扶手的高背椅，用专门的筷子状手柄控制器械。手术区域在二维 (2D) 或三维 (3D) 视频系统上可视化，器械仅提供 4 个自由度。Conformite Europeenne (CE) 和 FDA 于 1999 年获得心血管手术的批准。该系统最令人印象深刻的演示是由 Marescaux 等人进行的。纽约市的外科医生在法国斯特拉斯堡成功切除了一名 68 岁妇女的胆囊  。在泌尿外科领域，ZEUS 系统的人类泌尿外科应用很少，例如盆腔淋巴结清扫术和肾盂成形术  。

当前可用的机器人

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。

达芬奇家族

Intuitive Surgical 由 Fred Moll 博士、他的助手 John Freund 博士和工程师 Robert Younge 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。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。

达芬奇标准和 S-HD

Intuitive 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   ]。

CMR Versius

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

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   ]。

森汉斯机器人

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   ]。

即将到来的机器人

如今，达芬奇直觉系统是唯一的领导者。新公司致力于设计新的机器人系统，以提出成熟的达芬奇平台的替代方案  。然而，主要由于与专利相关的问题，它们的临床应用仍然有限。尽管如此，随着新技术可能很快出现，机器人手术的前景预计将发生重大变化。

Avatera（德国机器人）

自 2012 年以来，Avateramedical（德国耶拿）一直在与 Force Dimension（瑞士尼永）和 Tubingen Scientific（德国图宾根）合作开发 Avatera 手术平台（图  14  ）。Avatera 机器人具有一个带有集成座椅的封闭式控制台，该控制台使用类似显微镜的技术，可提供全高清分辨率的在线 3D 图像。四个机械臂安装在单个推车上，并应用具有 6 个自由度的 5 mm 仪器。专利于2012年和2013年注册。该系统仅用于实验动物试验。CE 认证的验证过程于 2017 年启动 [   38   ]。 图 14

Avatera 机器人系统（“德国机器人”）    

MicroSurge（美敦力）

美敦力正在与德国航空航天中心 (DRL) 一起开发一个新的机器人平台。2010 年发表了 MiroSurge 的第一个实验结果。该系统的主要优势在于其多功能性，事实上，该系统已被设计为可扩展且可用于多种手术应用 [   41  ]。2015 年，美敦力完成了对 Covidien 的收购，该公司能够开发所有必要的仪器，目前正在开发该系统的第十个原型。MiroSurge 由安装在手术台上的三个轻型臂和一个开放式控制台组成，外科医生坐在自动对焦监视器前。机械臂设计有七个具有串行运动学的关节，与人类手臂相当。仪器由微型电机驱动，通过电位计提供触觉反馈。专利于 2012 年和 2013 年注册。美敦力计划于 2018 年在美国推出该设备，但这仍然没有发生 [   42   ]。

REVO-I（韩国机器人）

在韩国，延世大学和其他韩国学术和工业团体 Meerecompany（韩国华城）开发了一种新的机器人平台，称为 REVO-I。它由一个开放式控制台和一个安装在单个推车上的四臂系统组成。该系统使用具有 6 个自由度的 8 毫米器械，可重复用于 20 次外科手术。触觉反馈系统是机器人手术的一个重要特征，因为它已被证明可以减少抓握力，并且可以改善手术结果 [   43   ]。该专利于 2014 年注册，该系统的首次实验于 2016 年发布。使用 REVO-I 机器人平台在猪模型上成功执行了 RPN。与达芬奇手术平台相比，唯一的限制是针驱动器缺乏运动范围[  39、40   ]  。_ 在韩国获得了人体试验的批准。

机器人手术技术

技术不断影响着微创手术领域。许多创新已集成到最近的机器人手术系统中，为外科医生和患者带来了许多好处。新一代机器人系统配备了最新的技术改进，以提高视力、灵活性并在手术过程中协助外科医生（图像引导手术）。荧光成像、触觉反馈、单点手术、虚拟现实和图像引导手术都是下一代机器人外科医生的热门话题。

荧光成像

自 2011 年以来，已经研究了近红外荧光成像 (NIRF) 在手术中的潜在用途。荧光成像技术可应用于微创手术的多个领域。它能够通过对血管、血流和组织灌注的视觉评估来提供手术区域的增强解剖视图。它能够改进对肿瘤学和非肿瘤学手术的关键解剖标志和病理结构的识别 [   39   ]。 吲哚菁绿 (ICG) 是一种水溶性分子，可与白蛋白结合并立即显示血管系统和解剖结构的轮廓（图  15  ）。自 1959 年以来，它已被 FDA 批准用于静脉给药 [   44   ]。它也已被证明在不影响肿瘤学充分性的情况下可能会改善某些手术期间的围手术期手术结果 [   45   ]。 图 15

直观的萤   光   技术     上一代（第四代）达芬奇平台默认配备了这项技术，而在上一代（第三代）型号上，它是可选的。事实上，使用该技术需要配备近红外激光的特定相机，并且可以通过绿色图形轻松识别。该系统被称为“萤火虫系统”，能够直接在控制台上提供实时内窥镜可见近红外荧光，外科医生可以随时激活它[   46   ]。 NIRF/ICG 的应用是多方面的，例如它可以识别病变的实质或评估淋巴通路。这对促进具有挑战性的重建和肿瘤机器人程序产生了重大影响。它已被证明在机器人辅助肾部分切除术期间对动脉的选择性/超选择性夹紧以及在肾肿块切除术期间的差异灌注评估中是有效的 [   47   ,   48   ]。它可以区分各种类型的肾上腺病变（嗜铬细胞瘤、转移性 RCC、淋巴管瘤、肾上腺皮质腺瘤、肾上腺出血性囊肿、肾上腺单纯性囊肿、囊性淋巴管瘤）并进行安全的肾上腺保留手术[   49、50  ]。已经发现，在前列腺癌患者的扩大盆腔淋巴结清扫术 (ePLND) 和前哨淋巴结活检期间，它可以实现更谨慎的诊断方法 [   51   ,   52   ]。最近的研究表明，它可以降低阴茎癌患者腹股沟浅部和深部淋巴结的发病率 [   53   ]。尽管可以应用，但证据水平很低，确实需要进一步调查以提高对该技术的理解（图  16  ）。 图 16

荧光应用：( a ) 肾蒂解剖，( b ) 肾肿瘤切除，( c ) 肾门选择性钳夹     此外，近红外荧光成像也可以在没有 ICG 染料的情况下使用。事实上，内窥镜的白光在萤火虫模式下呈绿色亮起，可以同时看到周围组织。在文献中，只有一篇发表报告使用 Firefly 模式执行的三种不同程序，而没有 ICG [   54   ]。

触觉反馈

与机器人系统相关的一个广受批评的缺点是缺乏触觉反馈。在机器人辅助下进行操作时，外科医生的手和机器人器械之间的物理连接会被移除，并且触觉感觉（例如缝线的张力、组织的质地，甚至机器人手臂之间的碰撞）在物理上是难以察觉的。此外，机器人系统能够产生远远超过组织公差的变化力，从而导致组织撕裂和缝合线断裂的风险 [   55   ]（图  17  ）。 图 17

触觉和视觉反馈     目前使用最广泛的机器人手术系统达芬奇受到缺乏触觉或触觉反馈的限制，这些反馈在执行复杂和精细的手术任务时可能很有用。同时，它在机器人辅助手术中的临床相关性仍然存在争议。许多专家机器人外科医生建议，缺乏触觉反馈可以使用视觉提示来充分补偿，例如在张力期间的组织变形和回缩。此外，要在复杂的手术系统中实现外科医生手中的直接触觉功能，还需要克服几个技术和实际挑战。 Reiley 等人研究了在外科打结过程中视觉力反馈的使用，该系统配备了力传感仪器尖端和实时图形覆盖的 da Vinci 机器人系统。该研究表明，当使用视觉力反馈时，缝合线断裂率和峰值施加力较低。然而，经验丰富的用户缺乏可衡量的好处 [   56   ]。 另一项初步研究调查了在机器人辅助打结的情况下感官替代在提供触觉反馈方面的可行性和潜在好处 [   57   ]。与约翰霍普金斯大学机械工程系合作，构建了一个张力测量装置 (TMD)，允许在机器人辅助打结过程中测量左右手的张力（以牛顿为单位）。开发了一种视觉彩条标度，以向手术外科医生呈现应用的缝合张力。结果表明，与没有反馈的打结相比，在使用触觉反馈的机器人打结过程中，缝合材料的张力明显更大且更一致，而没有破损。 一项有趣的研究调查了在体内应用触觉反馈系统的抓取力以及机器人组织操作过程中发生的组织损伤的发生率 [   43  ]。防水传感器安装在达芬奇机器人仪器上，能够评估力输出和数据采集。设计了一个控制系统，将在抓握器尖端检测到的力转换为外科医生指尖的压力。气动执行器使用半球形硅胶气球向指尖提供压力刺激，通过指垫的不断变形来瞄准缓慢适应的机械感受器。在机器人系统中集成触觉反馈的体内应用表明抓握力显着降低，从而显着减少组织损伤。这种触觉反馈系统可以改善手术结果，并扩大机器人辅助微创手术在更广泛的临床护理中的使用 [   58   ]。 最后，另一项研究调查了外科医生经验的能力，以弥补机器人系统 da Vinci Si HD [   59   ] 缺乏触觉反馈的能力。25 名外科医生分为两组（专家与非专家）进行了一项特定测试，以评估他们在没有触觉反馈的情况下识别定制膜厚度的能力。专家外科医生的得分明显高于非专家，这表明个人专业知识似乎克服了缺乏反馈触觉传感器的问题。此外，高清图像与达芬奇机器人手术系统的 3D 双目视觉提示相结合，弥补了触觉信息的不足。

单点手术

已经提出了腹腔镜单部位 (LESS) 手术的概念，以最大限度地减少微创手术期间的手术发病率。其目的是通过减少手术切口的数量来进一步提高传统多孔手术的益处，从而改善美容效果、术后疼痛、恢复时间以及术后切口疝 [   60   ]。同时，许多障碍，如人体工程学差、三角测量丢失、仪器碰撞、组织回缩有限和外科助理人体工程学挑战缺乏空间以及其他技术困难，阻碍了其广泛应用[   61   ]。 在推出新的 da Vinci SP 平台之前，Intuitive Surgical 单部位平台可用于机器人腹腔镜单部位 (R-LESS) 手术 [   62   ]。与标准的 LESS 手术相比，它代表了一个明确的进步。主要特点是 5 mm 半刚性器械，仅允许 4 个自由度，通过几个弯曲插管插入。插管通过一个多套管针端口以交叉方式放置，该端口允许对仪器进行三角测量。当单点仪器与达芬奇系统对接时，它们会自动重新分配，因此外科医生控制中心的右手将控制左侧仪器，反之亦然。 然而，使用 Intuitive Surgical 单点平台的 R-LESS 技术方法受到许多缺点的限制。主要是仪器无法使用 7 自由度 Endowrist 技术，以及由于运动范围有限和不可能同时使用多个仪器 [   28   ] 导致床边辅助极其困难。

虚拟现实

最初是为游戏而开发的，虚拟现实现在正在许多领域中传播。医疗保健部门是虚拟现实的最大采用者之一，特别是作为培训下一代医疗专业人员的一种手段。虚拟现实 (VR) 在培训机器人外科医生以在安全的环境中获得宝贵的经验方面发挥了重要作用。VR 是一种有用的工具，可以提高对机器人控制台、三维视觉和腕式仪器的熟悉度[ 63、64  ]  。 市场上有很多 VR 模拟器。由于过去几年的巨大技术进步，市场上出现了各种各样的 VR 模拟器。其中许多是为获得基本技能而设计的，而另一些则是为获得整个程序而设计的。最新的模拟器能够重新创建整个手术过程，例如 RARP。VR 模拟已被证明可以提高无风险环境中的手术性能 [   65   ,   66   ]。

影像引导手术

图像引导手术 (IGS) 是使用手术区域与术前成像数据集的实时相关性，该数据集反映所选手术器械与周围解剖结构的精确位置 [   67  ]。在许多手术中，外科医生对手术区域的视野有限，无法看到暴露表面之外的结构。在微创手术中，尤其是在内窥镜手术中，外科医生还面临着手眼协调困难的问题。更好地利用三维成像可以改善手术可视化并帮助外科医生克服这些限制。特别是，增强的现实可视化，其中外科医生的视野增加了额外的结构信息，可以为计划和执行手术提供有用的指导。机器人手术提供了独特的机会，可以将来自内窥镜摄像头的 3D 虚拟渲染和实时图像集成到机器人控制台中（图  18  ）。 图 18

影像引导手术     波皮利亚等人。描述了使用一种用于增强现实机器人辅助根治性前列腺切除术的新型软件的第一次临床经验。术前，对 MRI 图像进行分割，以获得前列腺和周围结构的 3D 重建。为了在操作过程中更好地可视化图像，需要使用弹性 3D 模型。使用达芬奇手术系统的 TilePro 设备，前列腺的虚拟图像被叠加到手术区域的内窥镜视图上。外科医生在使用 IGS 时能够执行侵入性较小的手术，从而为患者带来更好的功能结果 [   68   ]。 ICG 也可用于机器人辅助肾部分切除术，以便更好地观察肾脏肿块并在肿瘤摘除过程中进行更有效的选择性钳夹 [   69   ]。 新一代机器人外科医生对这项技术的兴趣日益浓厚。由于它有可能改善肿瘤手术后的患者预后，因此引起了人们的兴趣。与此同时，IGS仍处于发展的萌芽阶段。需要进一步调查以改进和使这项技术可用和盈利[   70   ]。

机器人手术的未来

在未来的手术室中，机器人将成为手术团队不可或缺的一部分，与人类外科医生一起工作，使手术更安全、更快、更精确和更自动化。与此同时，远程辅导和远程手术作为远程医疗的一个子集正在迅速发展。随着技术交流和手术的融合，远程手术和远程指导对下一代外科医生产生了巨大的影响。

远程指导和远程手术

远程医疗是一个不断扩展的领域，可以帮助临床医生在无法亲自就诊时与患者建立联系。例如，在 COVID 大流行期间，它已被用作慢性疼痛患者的救援管理 。 Telesurgery 使用无线网络和机器人技术，允许外科医生对位于远处的患者进行手术，而远程指导可以用作另一位位于不同地理位置的专家外科医生的指导（图  19  ）。随着技术的进步，远程指导和远程手术对于微创泌尿外科手术也变得更加实用和具有成本效益 [   72  ]。事实上，微创手术非常适合远程手术和远程指导技术，主要是因为手术区域的图像通过电缆投射到手术控制台和附加屏幕上。因此，可以在另一个屏幕上看到与初级外科医生完全相同的图像。Marescaux 等人对 Telesurgery 进行了令人印象深刻的演示。当他们从斯特拉斯堡的一名 68 岁女性身上成功完成跨大西洋胆囊切除手术时。 图 19

远程辅导     远程辅导和远程手术可以采取多种形式，基于监考人员和受训者之间不断增加的互动水平。导师的指导可以像口头指导一样简单，同时导师正在观看操作的实时视频。在其更高级的迭代中，远程指导可以逐步涉及在本地监视器屏幕上指示目标区域（远程），通过控制手术摄像机或通过机械臂（远程辅助手术）的仪器接管作为助手，或实际执行手术远程（远程手术）。 远程手术和远程指导可以在人力和经济资源有限的地方提供高质量的手术，例如在农村地区、战场和航天器等服务不足的地方。它们实际上消除了长途旅行的需要，允许不同医疗中心的外科医生之间实时进行手术协作。 第五代移动通信（5G）为远程医疗的进一步发展提供了巨大的潜力。高数据传输量、低延迟和高质量服务是实时远程手术和远程指导应用的重要要求。 先进的技术通过远程手术和远程指导为远程观察和互动开辟了新途径。尽管没有明确定义监考人员进行积极手术干预的法医影响，但作为观察员的角色应该免除医疗事故责任。应澄清与使用远程医疗、远程手术相关的法律和伦理影响。

机器人工程（航空航天与自动化）

机器人工程师是一名设计师，负责创建能够在制造、航空航天和医学等行业履行职责的机器人和机器人系统。通过他们的创造，机器人工程师帮助使工作更安全、更容易、更高效，甚至在医疗保健领域也有很多好处。 机器人工程是一个广泛的领域，专业人士正在从事和开发不同类型的项目。他们正在构建、配置和测试，以及设计软件系统来控制他们的机器人。与此同时，他们正在分析和评估他们创建的原型。监控通常是一项永无止境的任务，因为技术在不断变化和进步。成本计算和包括维护在内的技术支持对于使项目对生产者和客户都有利，是必不可少的。最后，教学计划和结构化的培训课程允许充分利用机器人系统。 医学机器人技术的目标不是取代人类外科医生，而是增强他们的能力并在困难的手术中提供更好的帮助。事实上，人类外科医生在不能留给机器人的决策过程中是必不可少的（例如，指示特定治疗或开发新的手术技术）。

另一方面，具有高功率计算和亚毫米精度的机器人将能够控制复杂的仪器并在人类外科医生无法进入的身体空间中导航。出于这个原因，工程师和外科医生之间的密切合作是获得成功的最佳秘诀。