心血管外科達芬奇機器人手術淺談

(青島大學附屬醫院心臟外科，山東 青島 266003)

隨著達芬奇機器人的廣泛應用，微創手術逐漸成為主流，達芬奇機器人也逐漸滲透入臨床各學科當中。并且因其住院時間短、創傷小、恢復快等優勢而廣受病人好評。達芬奇機器人技術已成為現階段醫院醫療水平及醫學發展的代表。本文對達芬奇機器人的誕生、組成、在心外科的應用以及達芬奇的手術過程做一簡要綜述。

1 達芬奇機器人的誕生

1920年，捷克斯洛伐克的CAPEK首次在他的劇本中提到“機器人(robot)”這個詞語。1959年，在被譽為“機器人之父”的美國科學家JOE ENGELBERGER的不懈努力下，世界上第一臺機器人從此誕生，并首先應用于工業領域[1]。隨后，機器人技術不斷發展，逐漸擴展到農業、軍事等各個領域，并逐步向醫學領域滲透[1]。1989年，在政府和軍方的共同支持下，美國Computer Motion公司成立，隨后開發出了“伊索”(AESOP)手術系統和“宙斯”(ZEUS)手術系統，并分別于1994年和2001年應用于臨床。1995年，Intuitive Surgical公司建立，研發出了“達芬奇”(da Vinci)手術機器人系統，并且于2000年正式獲批應用于臨床[2]。1998年，首例達芬奇機器人輔助下二尖瓣成形術取得成功。經過4年的發展，達芬奇機器人技術正式應用于各類心臟手術當中[3-5]。使心臟外科進入了微創手術的新時代。

2 達芬奇機器人系統的構成

達芬奇機器人系統由手術機械臂、視頻系統、操作系統和手術操作器械4部分構成[6-7]。

2.1 手術機械臂

達芬奇機器人共有4支機械臂。其中主臂持內窺鏡，其余3臂通過更換器械完成電凝、電切、縫合、修剪、拉鉤等操作。手術時，機械臂位于床旁，助手及器械護士在機械臂旁工作，負責完成打孔、擺放機械臂、牽拉、吸引、打結、更換手術器械等工作。由于助手對機械臂的觀察更加直觀，能夠最早發現問題，因此助手應具有機械臂的優先控制權。

2.2 視頻系統

包括高強光源、手術輔助設備、圖像處理系統及攝像系統。視頻系統可將手術視野擴大10～40倍，并以三維立體圖像的形式呈現在主刀醫生視野中。高清放大系統有利于主刀醫生及助理醫生更清晰地辨認組織結構，更好地完成游離、縫合、打結等操作，提高手術的精準度及手術效率[8]。

2.3 操作系統

操作系統是醫生完成外科手術的控制中心。操作系統位于手術室一角，主刀醫生遠離手術臺，通過三維高清鏡頭觀察手術視野，通過雙手控制手柄、雙腳控制腳踏板來完成手術臺上各器械的活動與操作。主刀醫生的操作與機械臂及器械操作同步進行，從而增加手術醫生操作的靈巧性與協調性。操作系統中的活動比例縮放功能，能夠有效消除醫生手部的顫動和無意識活動，從而增加手術的精準性，避免手術失誤及副損傷。

2.4 手術操作器械

手術機械臂中裝入操作器械即可進行操作。手術操作器械具有轉腕功能，包括7個自由度，能夠有效完成關節臂的上下、左右、前后運動及機械手的開合、旋轉、關節彎曲等動作。手術操作器械沿垂直軸和水平軸分別可做360°和270°旋轉，并且關節的活動度均大于90°，遠超人手的活動范圍，使手術具有更高的靈活性和精確性。

3 達芬奇手術系統的基本應用

達芬奇手術系統已被廣泛應用于臨床各學科之中，包括普外科、泌尿外科、婦科、胸外科、心臟外科、小兒外科、耳鼻喉外科、甲狀腺外科、口腔科、頭頸外科等領域，并幾乎涵蓋了以上學科的所有的基礎手術[9]。在心臟外科，達芬奇手術系統可應用于二尖瓣修補/置換術、房間隔/室間隔缺損修補術、心臟包塊切除術、冠狀動脈旁路移植術以及心包包塊切除術等。2008年，中國人民解放軍總醫院購入國內第一臺達芬奇機器人，正式應用于心外科手術，并取得了心外科手術類型世界排名第一的優異成績[10]。2010年，該院又成立了國內首個達芬奇機器人心臟手術培訓中心，促進了中國心臟外科達芬奇手術的發展。我院于2014年開展達芬奇機器人手術技術，并分別于2016年、2017年心外科達芬奇手術量達到全國第一。

4 達芬奇機器人的手術過程

4.1 病人選取

由于缺少專門的小兒達芬奇器械，選取病人一般要求體質量大于40 kg，并且要排除高齡、肥胖、凝血功能障礙、大血管疾病、主動脈瓣疾病、嚴重肝功能不全、嚴重腎功能不全、嚴重心腦血管并發癥、嚴重肺動脈高壓或呼吸功能不全和因二次手術等原因造成的胸腔組織黏連等病人。

4.2 病人體位

病人體位既要方便手術操作，又要避免對病人造成損傷。手術醫生及助手站于病人的胸部切口側，床旁機器人位于對側。為了更好地暴露手術視野，通常在病人胸部切口側肩背部墊一個胸墊，使病人冠狀位與手術臺呈15°～25°夾角[11]；胸部切口側胸壁與床沿平齊，手臂用中單固定，位置低于腋后線的水平。盡管病人與手術臺呈一定角度，主刀醫生仍會要求將手術臺向對側傾斜，以更好地暴露手術視野。由于病人胸部被抬高，麻醉醫生一般給病人頭部墊一墊子，使下頜與胸骨中線平齊，從而避免手術臺傾斜過大引起病人頭部過度扭動，導致臂叢神經牽拉損傷。

4.3 血管通路

達芬奇手術的血管通路，不僅需要外周靜脈置管，也需要用于測壓和注射藥物的中心靜脈置管。通常選擇在病人的左橈動脈插動脈測壓管。原因如下：①手術體位導致右側手臂略低于腋后線，使手腕和肘部略彎曲，有時可致回血，導致動脈波形不準，并且體外循環時難以調整該部位。雖然有缺點，右側橈動脈置管也是可以備用的選擇。而且應用血管內阻斷時可以通過右側橈動脈檢測無名動脈是否受阻[11-12]。②手術時經股動靜脈插管建立體外循環，術中存在一側插管困難改用對側的可能，應盡量避免經股動脈置入動脈測壓管。

4.4 電除顫

由于達芬奇機器人手術屬于微創手術，手術切口小，除顫板無法插入胸腔內，主刀醫生和麻醉醫生通過體表貼除顫電極貼來完成電除顫和電復律。電極貼通常貼于右側肩下部和左側胸側壁，兩電極貼連線通過心臟長軸，使電流更好地通過心臟[13]。因為電流同樣經過肌肉，為了防止電燒傷，在電除顫時應將達芬奇機器人器械撤出病人體內。同時進行短暫的通氣，使胸腔內壓力及二氧化碳氣體量減低，從而降低電阻抗，增加電除顫的成功率。如果不能進行體外除顫，也可應用兒科器械插入胸腔內充當電極板進行除顫。

4.5 麻醉與鎮痛

盡管達芬奇手術獲得了很高的評價[14]，但因為切口創傷的刺激、術中機械臂牽拉、術后引流管刺激等原因，病人術后仍有明顯的切口疼痛。有研究表明，達芬奇手術的術后疼痛程度與常規開胸術后并沒有太大不同[15]。麻醉醫生通常會應用一些靜脈藥物、局部麻醉藥物進行鎮痛。雖然胸部硬膜外鎮痛可能被視為一種理想的術后鎮痛方法，但這種方法并不普及。術前或術后應用肋間或者脊椎旁神經阻滯能夠達到很好的鎮痛效果[16]。

4.6 單肺通氣

達芬奇心臟手術是通過單側胸壁小切口進行操作，因此，體外循環前后應給予單肺通氣。術中使單側肺塌陷的方法有兩種，一種是應用帶有支氣管阻塞器的單腔氣管插管，另一種是應用雙腔氣管插管。為避免手術后更換氣管插管，一些外科醫生更傾向于應用支氣管阻塞器的單腔氣管插管。但應用單腔氣管插管更容易使病人在體外循環停機后發生供氧不足[12]。相關研究結果表明，體外循環停機以后，單肺的氧合指數(PaO2/FiO2)可能會比手術前減少超過50%[12]。體外循環后的單肺通氣過程當中，通常會出現供氧不足的情況，可能是因為塌陷肺的血流量增加，導致了通氣肺的通氣/灌注比例嚴重失調所致[12]。

體外循環過程中，操作側胸腔持續通入二氧化碳氣體，以減少胸腔中的空氣含量。這樣，在體外循環停機后，可以避免空氣進入左心系統[14]。然而，二氧化碳吹入量增加也會使胸腔內壓力增高進而導致靜脈回心血流受阻[11]。為避免上述情況，應盡量控制二氧化碳流量在2～3 L/min，或者控制胸腔氣壓低于1.33 kPa[11]。為有效避免胸腔內壓力過高，有些外科醫生提出在胸腔內置入一個18 G的靜脈導管作為二氧化碳進出的通道[11]。不管采用哪種方法，都應盡量保證手術期間血流動力學的穩定，避免靜脈回心血流受阻。

4.7 冠狀動脈旁路移植術手術過程

4.7.1手術切口 達芬奇機器人輔助冠狀動脈旁路移植術通常取左側第四肋間鎖骨中線外側2 cm置入鏡頭套筒針，二氧化碳通過鏡頭臂套筒吹入胸腔內，第二、第六肋間鎖骨中線外側1 cm置入套筒針作為機械人左、右臂器械進入的通道。

4.7.2手術方式 達芬奇輔助冠狀動脈旁路移植術最常見的治療方案有4種：非體外循環下全機器人冠狀動脈旁路移植術、體外循環下全機器人冠狀動脈旁路移植術、達芬奇機器人輔助下乳內動脈游離+胸壁小切口冠狀動脈旁路移植術以及雜交手術[17]。①非體外循環下全機器人冠狀動脈旁路移植術：乳內動脈游離完成后，在左側肋下或劍突下打孔[18]，通過此孔置入心肌固定器。固定器中包含打水裝置，能夠在縫合時更好地暴露靶血管。由于操作復雜，此類手術目前多用于單支病變的冠狀動脈旁路移植術。②體外循環下全機器人冠狀動脈旁路移植術：體外循環建立過程與二尖瓣體外循環建立過程基本一致。體外循環可使雙肺壓縮、心臟排空以更好地暴露手術視野，心臟停跳時血管吻合也更加簡便，降低了手術難度。③達芬奇機器人輔助下乳內動脈游離+胸壁小切口冠狀動脈旁路移植術。是目前較為流行的手術方式。乳內動脈游離備用后，撤除機器人手術系統并終止二氧化碳氣胸。而后通過內鏡確定血管吻合的位置，并使用腰椎穿刺針穿過胸壁以標記小切口的位置[19]。使用軟組織牽開器暴露手術視野并用心肌固定器穩定血管，用標準的非停跳旁路移植術完成血管吻合。④雜交手術：適用于多支病變的冠心病病人。冠狀動脈旁路移植術與經皮冠狀動脈介入治療在雜交手術室中同期進行，通常先進行機器人輔助下乳內動脈-前降支冠狀動脈旁路移植術，而后行經皮冠狀動脈介入術。其優點主要是住院時間短，術中可評估橋血管通暢度以及在經皮冠狀動脈介入失敗時行補救性搭橋手術治療[20]。其缺點主要有手術時間較長、花費較高、腎損傷、出血及急性支架內血栓形成等[21-22]。對于非前降支病變引起的急性冠狀動脈綜合征病人，美國心臟學會推薦先行冠狀動脈旁路移植術，這也是應用最多的雜交手術方式[22]。這樣可以在血管造影下評估橋血管的通暢性，并且在介入手術過程中，前壁心肌也得到了充分保護。

4.7.3打結方法 雖然達芬奇機器人靈活度很高，但應用達芬奇器械進行體內打結依然非常耗費時間。因此出現了2種新的打結方法。①主刀醫生通過機器人完成縫合操作后，由助手應用特制打結器于體外進行打結。這種方法既準確又迅速，并且對線的損傷比機器人打結小[23]。②主刀醫生可以應用鎳鈦合金線夾代替打結操作[24]。現在國外大部分縫合都應用鎳鈦合金線夾，并且逐步應用于開胸手術中[23,25]。但在國內，這項技術仍未普及。

4.8 二尖瓣手術過程

4.8.1建立體外循環 達芬奇輔助下二尖瓣手術通常選擇通過股動脈、股靜脈建立體外循環。術前常規行計算機斷層血管造影(CTA)檢查，以排除主動脈夾層以及假性動脈瘤等大血管疾病。部分醫院應用多普勒超聲檢查來確定病人是否患有以上疾病[26]。髂動脈及股動脈粥樣硬化也屬于手術的禁忌證[27]。

體外循環靜脈管一般應用20～28F管道，從股靜脈經下腔靜脈置入右心房。插管前進行食管超聲檢查確認是否存在心房水平分流。應用食管超聲確定靜脈管是否插入右心耳或者經卵圓孔進入左心房[28]。靜脈管的位置取決于靜脈回流情況，同時跟醫生的習慣有關。主要有3種方式：①單管回流。單管回流時，通過食管超聲確定靜脈管的頂端進入到上腔靜脈與右心房連接處，或者位于上腔靜脈以上幾厘米。需要注意的是，當左心房拉鉤拉起左心房時，靜脈管可能因為牽拉作用而從上腔靜脈退回右心房。因此，應盡量將靜脈管深入上腔靜脈3～5 cm。②加入上腔靜脈管回流。為保證靜脈回流，有時會經右側頸內靜脈將上腔管置入上腔靜脈，上腔管型號一般選用15～18F。基本與開胸手術體外循環方式相同。③加入主肺動脈管回流。從頸內靜脈將特殊的上腔靜脈引流管置入主肺動脈內，輔助體外循環機引流。一般將其置入肺動脈瓣與肺動脈分叉之間的主肺動脈內。

為了保證血液回流，一般在靜脈管中接入負壓裝置。盡管用到的靜脈管管徑較細，但-5.33 kPa的負壓足夠維持術中靜脈回流與動脈供血之間的平衡[29]。體外循環的動脈管是通過股動脈插入的，通常應用導絲或游離出股動脈后置入18～24F動脈管。主動脈管頂端到達腹主動脈或髂動脈近心端。應該確認動脈管進入腹主動脈，而不是進入對側髂動脈。

4.8.2心臟停跳 心臟停跳的方式有多種，包括順行灌注、逆行灌注和混合灌注等。順行灌注又分為2種。第一種是血管外阻斷。將灌注管經過胸壁插入近心端升主動脈，這種方法跟傳統開胸手術的方法基本一致。第二種是血管內阻斷。應用一個長100 cm，管徑10.5F的管道，通過股動脈插管進入主動脈根部。這種管道末端有一個氣囊，氣囊進入升主動脈后充氣使其膨脹，阻斷血流，相當于血管內的阻斷鉗。管道的末端存在順行灌注的管道，可以使停跳液進入冠狀動脈。氣囊的定位是非常重要的，如果氣囊阻塞冠狀動脈或者無名動脈，就會出現嚴重的并發癥，如腦灌注不足等[11-12]。因此，有必要通過食管超聲檢查進行氣囊的正確定位。也有主刀醫生主張從雙側橈動脈置管，以防止氣囊阻塞無名動脈[11-12]。這2種順行灌注的方法都要求主動脈瓣結構及功能基本正常。主動脈瓣輕度以上反流被認為是順行灌注的相對禁忌證。逆行灌注可以通過經皮置入冠狀靜脈竇導管來實現，通常選用右側頸內靜脈作為穿刺點，并通過食管超聲和壓力檢測來定位。在進行逆行灌注時，要保持冠狀靜脈竇的壓力維持在4.0～5.33 kPa，當壓力大于6.67 kPa時，則需要改變逆灌管的位置或者降低輸出流量。

4.8.3手術切口 達芬奇機器人輔助二尖瓣手術通常是經右側腋前線第四肋間切一6 cm小口作為鏡頭進入口及操作口，二氧化碳通過鏡頭臂套筒吹入胸腔內，右側腋前線第二、第六肋間置入套筒針作為機器人左、右臂器械進入的通道，胸骨旁第五肋間置入套筒針作為拉鉤器械進入的通道。二尖瓣的解剖結構決定了經右側胸壁操作更具合理性[14]。

4.8.4手術方式 最常見的二尖瓣病變手術治療方式有2種：二尖瓣置換術和二尖瓣成形術。二尖瓣置換術主要分為3類[30]。①傳統的二尖瓣置換術。切除病變二尖瓣瓣膜及其瓣下腱索，置入二尖瓣生物瓣或機械瓣。②保留二尖瓣全部瓣葉的二尖瓣置換術。二尖瓣原始腱索、乳頭肌、瓣環不做處理，將二尖瓣前葉做簡單處理，進行二尖瓣置換。這種方法保存了二尖瓣生理結構的完整性，維持了心臟結構的連續性，減少了左室破裂的發病率，有利于心臟功能的快速恢復。但這種方法也存在局限性，即當二尖瓣狹窄時，狹窄的二尖瓣不僅限制血流通過，還限制置換二尖瓣的瓣葉活動度，因此合并二尖瓣狹窄的病人不適合此種手術方法。③保留二尖瓣后瓣葉的二尖瓣置換術。切除二尖瓣前瓣及腱索，保留后瓣葉，進行二尖瓣置換。這種方法不僅能夠在一定程度上維持心臟的原有結構，而且能夠保證心臟的收縮功能[31]。但此種方法同樣存在缺陷，不僅對主刀醫生的技術水平有很高的要求，而且可能出現瓣膜功能障礙、左室流出道梗阻等風險。

二尖瓣成形術主要分為3類[32]。①腱索成形術。主要應用人工腱索和腱索轉移的方法，適用于腱索延長、斷裂及乳頭肌斷裂等原因引起的二尖瓣關閉不全。該種方法對瓣葉的處理最小，最大程度地保留了瓣葉的原始結構與功能。但也存在手術難度大、適應范圍狹窄等缺點[33]。②瓣葉成形術。主要包括三角形切除成形、楔形切除成形、瓣葉穿孔修補、雙孔化成形等手術方法。手術方法的選擇不僅要根據病人瓣膜的病理生理改變，還取決于主刀醫生的習慣與技術水平。③瓣環成形術。可單獨應用于二尖瓣瓣環擴大的病人，亦可與以上二尖瓣成形術結合使用。由于達芬奇機器人能夠提供放大10倍的手術視野，使手術靈活度和準確性進一步提高，從而降低了二尖瓣成形的手術難度，進而促進了二尖瓣成形手術的發展。

5 展望

達芬奇機器人技術是一次新的技術革新，使人們正式邁入心臟外科手術的微創時代。達芬奇機器人手術因其創傷小、住院時間短、能夠提供更好的生活質量等優點而廣受醫生和病人的青睞。同時，達芬奇機器人技術也帶動了其他技術的革新，如鎳鈦合金線夾、血管內阻斷等技術相繼誕生，并逐步向普通手術中推廣。但不得不承認，達芬奇機器人技術也存在其不足：達芬奇器械過于笨重、所需耗材及花費的增多、手術時間延長、缺乏觸覺反饋等。隨著科學技術的發展與手術團隊的不斷磨合與努力，相信這些問題在不久的將來都將得以解決，我們也將迎來達芬奇手術的新時代。

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