超声波为机器人外科手术敞开大门

【HC3i翻译】自十几年前问世以来，机器人辅助外科手术给医学行业带来了巨大的变化。机器人控制台提供了一个强大的平台，使泌尿、胸科、妇科和普通外科手术实现了微创。今天，机器人手术面临变革。最近的外科超声波系统，尤其是Analogic公司的BK医学超声系统高级机器人技术(ART)把精度和诊断置信度提高到全新的水平。术中机器人辅助超声波使医生得以实施更复杂的手术，改善病人的预后，尤其是接受前列腺癌根治术和肾部分切除术病人的预后。

美国奥兰多佛罗里达医院全球机器人研究所医疗主任、医学博士Vipul Patel和他的小组已经完成了五千多台机器人辅助根治性前列腺切除术。

机器人控制台的数目大幅增长。直觉外科公司(Intuitive Surgery)是该医学行业无可争议的龙头企业，于1999年推出达芬奇机器人手术系统，2000年获得了美国食品及药物管理局的批准，用于腹腔镜手术。到2003年，公司共安装了210部系统。10年中，美国食品及药物管理局清除了其它一些手术平台，例如电视胸腔镜手术、心脏手术、泌尿手术、妇科手术、儿科和口腔耳鼻喉科手术。今天，达芬奇外科系统的安装总数达到近2000部。

手术机器人已经成为美国手术室中不可或缺的设备。纽约市纽约大学机器人外科手术中心等医院成为开路先锋。地方的中型医院也开始涉足这个领域，早期用户推广了机器人系统和基础设施。迄今为止，纽约大学诞生了三部达芬奇外科系统。

“机器人外科手术是一种微创技术，类似于腹腔镜检查，医生在病人的腹部切开4-5?英寸的小口，将仪器和摄像机放入体内，”纽约大学兰贡医学中心机器人外科手术主任、医学博士Michael Stifelman指出。腹腔镜手术和机器人辅助手术之间有着明显的差异。“对标准的腹腔镜手术来说，医生不需要做很多精细动作。”例如，医生为这些病人缝合伤口难度很大。

因此，腹腔镜手术受到整台手术的限制。医生只能依靠传统的切口来进行精细化手术，或者那些需要复原或对软组织处理的手术。然而，机器人控制台的出现改变了这个模式。

控制台细长的机器人手臂帮助医生实现精细化操作，医生能够在微创环境下完成更为复杂的手术。

成像的变革

成像不仅对于传统的外科手术来说至关重要，而且在机器人辅助手术中也发挥了重要作用。第一代解决方案之一就是腹腔镜超声波传感器。第一代检测技术依靠操作员或助手才能控制探头。

“医生实施这些手术的时候需要超声波。在泌尿科医生采用的众多技术中，术中超声技术可以说是一种非常令人兴奋的新型技术，”美国北卡罗来纳州温斯顿—塞勒姆市维克森林大学浸礼会医学中心机器人与微创手术项目主任、医学博士Ashok K. Hemal说。

美国西雅图瑞典医疗中心机器人辅助手术医疗主任、医学博士James Porter解释说：“腹腔镜外科医生开始实施机器人手术的时候必须要学会适应。(在第一代模式下，)医生不需要呆在病床边，依靠床边的助手来进行超声波检查。”

实施这项精密技术的关键在于密切沟通。医生指导助手控制探头切开伤口。医生每移动一步就要确定探头的确切位置，有必要时还要让助手重新定向。“这和观看网球比赛有些相似，”Stifelman说。医生盯着一个屏幕上的探头，然后再查看另一个屏幕上的成像数据。“这非常麻烦。”

在机器人辅助根治性前列腺切除术中，BK医学Flex Focus 700系统的术中超声图像帮助医生确定标志物。

2011年3月，Analogic公司推出了一个新型尖端技术。术中机器人辅助超声技术使医生重新获得了控制高级机器人技术(ART)解决方案的能力。ART的组成部分包括：BK医学Flex Focus 700系列超声波成像系统、ProART传感器、3DART传感器和RST机器人固定传感器手臂。Analogic还扩大和改善了医生选择面，提供了具有量子技术的Flex Focus800系列。该系统性能卓越，是机器人手术的理想选择。量子技术提高了对比分辨率，提供新型的灰度图和成像预调装置，帮助医生能够更方便、更快捷地获得最高品质的图像。该系统的矢量流成像(VFI*)模式可以从各个角度查看血流量，高级颜色Doppler模式提高了空间分辨率。

在机器人辅助肾部分切除术和其它手术中，BK ProArt提供三维视图。

1)BK探头。使用Tile-pro嵌入式探头的医生控制台视图。抬头数字显示仪。超声波图像可以看到肿瘤。2)将微型机械斗牛犬放在肾动脉的三级分支动脉上。目的是暂时向肿瘤及其周边区域供应血液，肾脏的其它部位仍然保持血液循环。注意划线荚膜处于夹钳的上方。使用嵌入式BK探头确定肿瘤的边缘。3)夹合式绿血管造影选择萤光模式。肾脏呈绿色，被暂时夹钳的肾脏部分呈黑色，其中包括划线荚膜左边的肿瘤。

BK医学Flex Focus 700超声波成像系统(右侧)是机器人辅助手术超声波成像的基础。

BK医学ART系统使医生可以利用探头实现对其的控制之外，还提高了探头的灵活性。“(第一代)灵活探头是一个很好的工具，但是用户是通过一个固定的端口进入(人体)，常常无法获得肾脏或肿瘤的最佳视角，”Porter表示。这些仪器只有四种角度：上、下、左、右。

“由于机械仪器具有旋转功能，医生可以利用机器人控制的探头获得任意视角，”Porter解释说。数据线上的传感器可以根据医生的需要任意调整角度。

ProART传感器的高级功能非常适合帮助医生解决三维重建问题。“肾脏是一个非常复杂的三维结构，并不遵循几何规则。我可将嵌入式探头放在肾脏的任何位置，来获得自己所需的图像，”洛杉矶市南加利福尼亚大学机器人手术与高级腹腔镜科主任、医学博士Monish Aron指出。

早期应用

前列腺癌根治外科手术是一种重要的机器人手术，75%以上的前列腺手术由机器人参与实施。前列腺癌根治术的目的在于切除前列腺癌变病灶、保留尿道等组织器官和神经血管束，病人通过手术可以恢复保留男性特征。

“我们中心将BK超声波探头的其中一个端口放入人体内，描绘神经血管束。神经血管束含有丰富的血管、神经和脂肪组织以及这些组织结构的聚集物，神经血管束是体内超声波的成像标志，可以在手术时找出并保留这些结构，”Hemal解释说。

超声波对于确定主要标志作用非凡，尤其是那些前列腺区域不明显或者边界不清时作用更大。“我们在切除前列腺时发现，膀胱颈的切除界面不够清晰。这对于新手外科医生来说非常困难。甚至有经验的老医生也很难找到这些界面，”美国奥兰多佛罗里达医院全球机器人研究所医疗主任、医学博士Vipul Patel表示，“超声波使得医生能够实时获得界面。”

前列腺手术另一个问题是前列腺尖部。前列腺尖部一般处于耻骨的末端和下端，不容易看到。然而，超声波为医生提供了前列腺顶部的图像。

超声波对病人产生了巨大的影响。“前列腺尖部的可视化降低了误差的风险，切除更彻底。由于切除手术会影响肿瘤的边缘、性欲和性功能，所以医生必须要知道器官的起始位置，”Patel表示。股骨囊泡和直肠后壁是前列腺比较模糊的区域，超声波也能提供切除方面的指导。

病人获得的另外一个好处是手术时间缩短了。“我们清楚地看到，实习医生用超声波切除的速度更快。他们清楚人体的构造、末端的位置。由于他们知道下面的步骤，所以手术实施地更快;他们不用切开口子查看肿瘤的位置，然后再次切开一个口子，”Patel表示。实际上，他和同事们使用超声波引导使膀胱颈的切除时间减半。Patel表示，对于没有经验的医生来说，全部手术时间长达4至6个小时，超声波导入后时间“大大缩短了”。他认为，手术时间的缩短完全归功于超声波的导入，能够实时获得图像，看到人体的图像。

虽然研究人员开始完成研究，解决术中超声机器人辅助根治性前列腺切除术的术中超声影响的问题。机器人手术的数据令人称奇。Patel领导的研究小组2010年9月发表在英国国际泌尿学杂志的报告显示，在404个接受过手术的病人中，有91%实现了术后排尿，18月后没有复发的迹象，术后6个月大部分病人达到了预期效果。

泌尿科医生掌握机器人辅助前列腺切除术的术中超声后，就可以在机器人辅助肾部分切除术等其它手术中利用这项新技能。

肾部护理的关键

肾部分切除术体现了机器人辅助手术革命的时间表和影响力。标准的腹腔镜检查是它的前身。显微镜微创手术代替了原有的开放式手术，是一种新型的手术模式，缩短了手术和恢复的时间，但是由于受到一些微创手术的限制，医生实施手术的能力受到限制，显微镜微创手术只适用于简单的手术。

第一代机器人协助手术使医生的灵活度得到提高，实现了精细操作。细长的机器人手臂夹持工具、摄像机和超声波探头，由医生手动控制。术中图像传输到计算机控制台。肾部分切除术等手术的治疗程序变得更为复杂。

数据开始显示了模式的优势。Stifelman和同事们在2009年9月泌尿学期刊发表的一份研究显示，计算机辅助肾部分切除术不仅实现了和切除病变组织的腹腔镜检查一样的效果，而且失血量更低，热缺血时间(器官在未降温时的缺血或血流中断称为热缺血)更短。接受机器人辅助手术的病人的住院时间比接受腹腔镜手术的病人的住院时间更短。纽约大学医院120个接受机器人辅助肾部分切除术的患者平均住院时间为2.47天。

然而，有些问题仍不完美，有待改善。“感知对医生非常重要。如果医生对器官实施手术，就要用手指触诊动脉的位置。机器人手术的一个挑战是医生无法感觉到器官组织了，”Stifelman说。正如机器人手臂弥补了医生实施微创手术灵巧性的问题一样，超声波也弥补了感知缺失的问题。

“超声波克服了这个挑战，提高了医生操作机器人的能力，”Stifelman表示。如果医生触诊困难时，可以随时将超声波探头放入腹部。超声波除了能够提供更清晰的图像以及通过多普勒成像提供指导外，还可以提供血液循环的声音，弥补感知缺失的问题。

机器人辅助肾部分切除术存在上述优点。实际上，2010年纽约大学就不再实施腹腔镜肾部分切除术，而改为机器人辅助手术了。Stifelman和他的小组成员比较了120份病历，发现机器人手术能够：

·减少病人的出血量;

·缩短了病人的住院时间;

·热缺血时间平均缩短33%。

“机器人辅助技术改善了病人预后，使医生能够处理更复杂、难度更大的病变组织，而这些组织我们过去很难用微创方法加以处理，”Stifelman表示。这其中包括大肿瘤、内生肿瘤以及靠近肺部血管的肿瘤。机器人技术的临床表现胜于腹腔镜。接受腹腔镜手术复杂病变的患者的预后比周围病变患者要差。

BK的ART系统在机器人辅助肾部分切除术发挥了重要作用，对于手术的一些步骤具有关键意义。

BK探头的效用首先在实施肺门切除中可见一斑。“在肺门切除中，确定肾脏的各个动脉非常重要，”Stifelman强调。医生需要分离向肾脏供血的动脉。“肾脏的血管十分丰富，每分钟获得的血液量为1200cc，约占人体总血量的五分之一。如果灌注肾部，切开肾脏，病人就会大出血，造成低血压，”美国南加州大学的Aron指出。

实施肾部分切除术的泌尿科医生可以使用ProART传感器的多普勒功能确定肾肿瘤的血液供给情况。Aron概括了两种方法。医生用血管夹暂时中断肾部的整个血流。“这个方法的缺点是肾部不能长时间地缺乏血液供应，如果肿瘤复杂，很可能会超过规定的时间。”

Aron表示，另外一个方法是选择夹紧向肾部特定区域供血的动脉。肾动脉根据接近肾的距离分成二级、三级、四级分支动脉。“有经验的大夫在进入肾部夹紧部分血管时，能够区分这些小分支动脉，避免整个肾脏的局部缺血状况。”然后，医生可以使用嵌入式超声波探头和多普勒功能查看指定区域是否还在灌注，或者查看被血管夹夹住的三级分支动脉是否存在血液循环不足的情况。

超声波还能提供肿瘤的路线图。“寻找1至2厘米肾脏分支仿佛是大海捞针。这个12至13厘米的器官周围有2至3厘米厚的脂肪，”Stifelman说。超声波可以显示整个肾脏的情况、肿瘤的确切位置。“我们可以直接找到需要切除的肿瘤的位置，而不是去猜。”图像分布在显示器上，就像电视屏幕的画中画来引导医生进行操作。

机器人辅助肾部分切除术使用超声波的第三部是肿瘤边缘的验证。超声波提供了肿瘤的深度和边缘、横向位置、宽度以及通向肿瘤的动脉和静脉。医生利用电烙术可以在肾部表面标出切线。“最终，手术结束医生要完结工作时，BK技术可以用来确定肾脏正在被灌注，没有什么部分被无意切除，”Stifelman说。

这项技术有很多好处，例如提高了效率、病人的安全性和诊断置信度。“通过这项技术，医生可以知道实施手术的位置，并且能够清晰地标出分界线，所以更安全，”Stifelman说。他估计ProART探头比以前的模式效率提高了10倍。

美国南加州大学的Aron表示，“有了超声波的引导，我们能够切除肿瘤，尽可能地保留肾脏。”实际上，南加州大学在机器人辅助肾部分切除术的全部过程中，几乎实现了切缘阴性。“我在每一个病历中都会使用术中超声技术，医生清楚地得到切除的位置，清除所有肿瘤，最大程度地保留正常的肾脏组织。我只在阳性边缘的时候才不使用超声波，”Aron说。Stifelman认为术中超声技术可以降低阳性边缘率，他强调纽约大学机器人辅助肾部分切除术的阳性边缘率为0.9%。

Aron表示，术中超声技术和机器人辅助手术可以为不同的患者带来额外的好处。例如，肾动脉中有动脉粥样硬化斑块的老年患者。斑块主要由钙组成。“医生用钳子夹住主要的肾动脉，斑块就可以和肾动脉分离，实现远距离地阻止向整个肾脏供血。医生可以完成肾部分切除术、修复肾脏，但是医生可能并不知道，如果斑块破裂，整个肾脏就会衰竭。”肾部分切除术完成后，可以利用术中超声技术评估残肾的血流状况，消除是否向残肾灌注的顾虑。

系统清晰度的提高还能使另外一小群受益——过去接受过肾脏手术的病人。“他们的肾门周边有很多粘连，如果血管周围有纤维瘢痕结痂组织，就很难分离这些血管，”Aron表示。医生可以将探头放在腔静脉或主动脉上，向肾脏横向移动来获得肾动脉的图像，正确引导切除手术。

对于接受过机器人肾盂石切除术的病人，Hemal还利用BK技术查找和清除继发性肾结石。没有超声波，医生的图像处理工作只能局限于术前CT或磁共振成像系统，但是这些系统不能在手术中放在体内使用。

展望未来

十年多来机器人辅助手术发展迅速，未来几年中将会继续发展，并且发展速度还会加快。“由于多种原因，BK ProART技术还会在其它手术得到应用。该技术非常直观，易于使用，能产生更清晰的图像，提供准确的三维重建，”Patel预测说。他表示，由于超声波可以帮助医生确定肌瘤位置，该项技术可能在未来应用于肌瘤切除术等妇科手术。

Stifelman也表示，随着机器人技术进一步成为主流，ProART技术将渗透到其它手术中。“医院应该知道技术能够解决的问题，”他说。例如，在妇科手术过程中，医生需要准确找到输尿管的问题，因为输尿管很可能在手术中受到伤害。“超声波需要解决这个问题。”

Stifelman预测，超声波还会应用在心脏手术、胰腺手术和普通外科手术等其它专科的机器人辅助手术中。

Porter提到了BK ProART系统的其它应用情况。“探头的主要好处就是医生不再依赖助手进行超声波成像。成像能力和灵活性得到了提高。如果医疗机构很认真地对待此事，计划实施大量的机器人辅助手术，对这个技术进行投资是一个非常正确的举动。”

显而易见，医学和技术的完美结合为医生和患者都带来了好处。BK医学公司的ART技术和机器人控制台就是这种形式的完美结合，这项技术将为今天和明天提供了一个绝佳的平台。

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