外科機器人在頭頸部腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用進展

摘 要 近年來，適用于頭頸部腫瘤的外科機器人的研發(fā)取得了長足的進步，達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)已經(jīng)更新到第4代，單孔柔性機器人、Flex機器人等外科機器人不斷涌現(xiàn)，增強現(xiàn)實、術(shù)中超聲、熒光成像等新技術(shù)也相繼被應(yīng)用到外科機器人研發(fā)中。本綜述主要闡述了這些外科機器人的特點，并依次對其在口咽、喉、下咽、咽旁間隙等頭頸部腫瘤中的應(yīng)用現(xiàn)狀、優(yōu)勢及不足等進行概述。

關(guān)鍵詞 機器人手術(shù)；頭頸部腫瘤；口咽癌；喉癌；下咽癌

中圖分類號 R608 R651 R653 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2022）05-0388-08

Surgical robots for head and neck tumors：

applications and advances

MENG Lingzhao1， FANG Jugao2

（1. Department of Otorhinolaryngology Head and Neck Surgery， Beijing Tiantan Hospital， Capital Medical University， Beijing 100070， China; 2. Department of Otorhinolaryngology Head and Neck Surgery， Beijing Tongren Hospital， Capital Medical University， Beijing 100730， China）

Abstract Recently， great progress has been made in the research and development of surgical robots for head and neck tumors. Da Vinci robots have been updated to the fourth generation. Meanwhile， surgical robots such as flexible single-port robots and Flex robots are emerging. Augmented reality， intraoperative ultrasound and fluorescence imaging have also been applied to surgical robots. This article mainly reviews the characteristics of these surgical robots for head and neck tumors， and their application status， advantages and disadvantages in head and neck tumors （such as tumors in oropharynx， larynx， hypopharynx， parapharyngeal space， et al）.

Key words Robotic surgery; Head and neck tumor; Oropharyngeal cancer; Laryngeal cancer; Hypopharyngeal cancer

隨著科技的不斷發(fā)展，各種機器人廣泛應(yīng)用于廣大群眾的生產(chǎn)和生活中。由于機器人具有定位精準、操作靈活、可重復(fù)性強、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，有學(xué)者不斷嘗試將機器人應(yīng)用于外科領(lǐng)域。1985年，有學(xué)者借助工業(yè)機器人Puma 560完成了機器人輔助定位的神經(jīng)外科活檢手術(shù)，標志著機器人手術(shù)從設(shè)想走向臨床[1]。此后，持鏡機器人伊索（AESOP）和操作機器人宙斯（ZEUS）相繼被研發(fā)出來，并被美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準用于臨床。1999年達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)被推出，并于2000年被美國FDA批準用于腹腔手術(shù)，這標志著外科機器人的初步定型。此后，達芬奇機器人不斷進行更新?lián)Q代，目前已經(jīng)是第4代，且單孔柔性機器人Single-port（SP）也已經(jīng)被研發(fā)出來。

1 外科機器人的研究進展

近年來，國外一些有遠見的科研團隊和公司紛紛加入到外科機器人的研發(fā)中。外科機器人的總體研究傾向于柔性更佳、精度更高、定位更精確、帶有觸覺反饋等方向，如Flex機器人、森漢斯外科機器人（Senhance Surgical Robotic System）、單口技術(shù)機器人（Single Port Orifice Robotic Technology，SPORT）、Versius機器人等[2]，其特點見表1。我國也加大了對外科機器人研發(fā)的投入，科技部已連續(xù)多年立項多個科研課題以進行外科機器人的研發(fā)。可喜的是，目前一些適合頭頸部腫瘤的外科機器人已經(jīng)投入臨床，如“妙手”微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)等[3]。除了單孔、觸覺反饋等技術(shù)外，其他外科機器人的新技術(shù)還包括以下方面。

1.1 增強現(xiàn)實

Chan J Y K等[4]運用增強現(xiàn)實技術(shù)證實，在人體尸頭標本變形嚴重的軟組織中可以進行圖像引導(dǎo)下的實時導(dǎo)航，從而減少術(shù)中頸內(nèi)動脈等重要結(jié)構(gòu)的損傷風險。

1.2 術(shù)中超聲

Chang C C等[5]、Green E D等[6]在術(shù)中運用超聲技術(shù)能獲得腫瘤邊緣和頸內(nèi)動脈等關(guān)鍵信息，從而提高腫瘤全切率和手術(shù)安全性。

1.3 磨骨鉆

目前外科機器人手術(shù)系統(tǒng)尚無骨鉆，不能切除骨質(zhì)，這也限制了其應(yīng)用范圍。Ahmad F A等[7]研發(fā)了一種帶有導(dǎo)航的柔性機器人骨鉆，并成功運用于全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)，如果能嵌合到外科機器人中，將會極大地拓寬其適用范圍。

1.4 熒光成像

Weyers B W等[8]研究證實，通過熒光成像技術(shù)可以在機器人切除口咽癌手術(shù)中實現(xiàn)可視化的大血管解剖結(jié)構(gòu)和腫瘤邊界定位，從而降低機器人手術(shù)中因為缺乏觸覺反饋所帶來的問題。

2 達芬奇機器人在頭頸部腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用進展

目前，國內(nèi)外學(xué)者已發(fā)表了大量的關(guān)于達芬奇機器人輔助下進行的頭頸部腫瘤手術(shù)的相關(guān)研究。2005年Mcleod I K等[9]在達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)輔助下對1例患者進行經(jīng)口會厭囊腫切除手術(shù)，開創(chuàng)了經(jīng)口機器人手術(shù)（Transoral robotic surgery，TORS）在臨床應(yīng)用中的先河。2006年O’Malley B J等[10]成功報道了3例達芬奇機器人經(jīng)口舌根癌切除手術(shù)。2007年Solares C A等[11]報道了達芬奇機器人輔助聲門上水平半喉切除術(shù)的研究。2009年Kang S W等[12]首先使用達芬奇機器人行經(jīng)腋窩切除甲狀腺腫物手術(shù)。2010年O’Malley B J等[13]報道了達芬奇機器人輔助咽旁間隙腫瘤切除術(shù)的相關(guān)經(jīng)驗。同年Wei W I等[14]報道達芬奇機器人輔助經(jīng)口切除復(fù)發(fā)性鼻咽癌的病例。2013年Smith R V等[15]報道了達芬奇機器人經(jīng)口全喉切除術(shù)。

達芬奇機器人在頭頸部腫瘤應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢，包括：①極大地拓展了頭頸外科醫(yī)生的技能極限。高清內(nèi)鏡系統(tǒng)能提供三維、超高清、放大10～15倍的視野，使外科醫(yī)師更容易辨識和控制咽喉部腫瘤的邊界、血管、神經(jīng)及骨性結(jié)構(gòu)。機械臂具有7個活動自由度，可以540°自由旋轉(zhuǎn)，因此能夠通過口腔這一自然腔道在咽喉部狹窄的深部空間內(nèi)完成精細的手術(shù)操作，避免了頸面部的切口。

②顯著降低了頭頸外科醫(yī)師的工作強度。術(shù)者無需刷手即可上無菌手術(shù)臺、坐在操作臺端進行遠程操作。術(shù)者術(shù)中如果感覺疲憊或者手術(shù)遇到難度，可臨時中斷手術(shù)，進行休息、查閱資料、遠程專家會診討論等，該系統(tǒng)很適合于難度大、時間長的手術(shù)。③學(xué)習曲線短，技能容易掌握。術(shù)者可以直接利用已經(jīng)積累的手術(shù)經(jīng)驗，通過達芬奇機器人操作系統(tǒng)提供的完全正向、立體、放大的圖像進行操作。同時術(shù)者可以自行全面控制鏡頭和器械臂，從而降低了與手術(shù)助手和器械護士配合的信賴。④極大地延長了外科醫(yī)師的工作壽命。達芬奇機器人能夠過濾人手因緊張、疾病或老年退行性變等引起的不自主顫動，明顯提高了手術(shù)的精準程度。⑤可以縮短手術(shù)時間、住院時間、術(shù)后康復(fù)時間，降低術(shù)中、術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率，提高術(shù)后美容效果。

盡管達芬奇機器人在頭頸部腫瘤中應(yīng)用的優(yōu)勢明顯，但是也有一些缺陷限制了其進一步推廣，具體包括：①衛(wèi)生經(jīng)濟學(xué)評價差。目前購置一臺達芬奇機器人需要約2 000萬人民幣，機器人手術(shù)中專用的操作器械每使用10次后就需強制性更換，這部分費用未被納入醫(yī)保報銷范圍，再者每年的機器維修保養(yǎng)費用也是一筆不小的開支。因此國家對達芬奇機器人的采購進行了嚴格的管控，目前國內(nèi)僅少數(shù)大型醫(yī)院購置了達芬奇機器人。②器械體積龐大。達芬奇機器人的安裝和調(diào)試比較復(fù)雜，需要較大空間且專門的手術(shù)室和各種配套設(shè)施。而且該系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜，術(shù)者、助手、護士、麻醉醫(yī)生均需要專門的培訓(xùn)和資質(zhì)認證。③準備工作較為煩瑣。對接及調(diào)試機械臂和器械均需耗費時間，一旦術(shù)中因腫瘤暴露不佳而進行反復(fù)調(diào)整開口器的位置時則需要重新對接和調(diào)試器械。④機械臂的操作末端缺乏觸覺反饋，術(shù)者對血管、骨質(zhì)、神經(jīng)等不同質(zhì)地的組織無法直接感知，僅能通過視覺信息、既往積累的經(jīng)驗和手術(shù)臺上助手匯報的反饋信息進行綜合評判。⑤機械臂末端無動力系統(tǒng)，不能切除骨性結(jié)構(gòu)，配置的超聲刀末端也不能彎曲，手術(shù)適應(yīng)證受限。⑥由于術(shù)者遠離患者，有時會過于集中于放大的手術(shù)區(qū)域，對重要解剖結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)誤判。因此助手的及時反饋很重要，可以避免發(fā)生嚴重的并發(fā)癥[16]。

2.1 口咽部腫瘤

口咽部是達芬奇機器人在頭頸部腫瘤中應(yīng)用最早、最為成熟的部位。與開放入路的較高并發(fā)癥相比，TORS術(shù)為口咽部腫瘤患者提供了另一種治療選擇。de Almeida J R等[17]于2015年綜合分析了全球多中心大樣本研究結(jié)果（410例，88%為口咽癌），2年局部控制率為91.8%，疾病特異性生存率為94.5%，總體生存率為91%。Ford S E等[18]研究證實，TORS的療效優(yōu)于傳統(tǒng)開放手術(shù)。

與經(jīng)口激光顯微鏡手術(shù)相比，TORS克服了部分缺點，比如氣管著火風險、陡峭的學(xué)習曲線、止血困難、僅允許線性切割而非整塊切除等，同時還能提供更高清的立體視野和更方便的手術(shù)入路[19]。與放療相比，TORS術(shù)也有明顯的優(yōu)勢。最新的一項系統(tǒng)回顧研究證實，TORS術(shù)與調(diào)強放療在治療早期口咽癌中的遠期生存率方面比較無明顯差異，但在吞咽功能和生活質(zhì)量方面明顯優(yōu)于調(diào)強放療[20]。也有文獻證實，TORS術(shù)已成功應(yīng)用于局部晚期口咽癌、復(fù)發(fā)腫瘤或殘留腫瘤[21]。Moore E J等[22]報道TORS術(shù)能使9%～27%口咽癌患者避免術(shù)后放療，34%～45%患者避免同步放化療。

2.2 喉部腫瘤

TORS術(shù)在喉部腫瘤中應(yīng)用的報道較少，仍處于探索階段，影響其開展的主要因素是術(shù)中腫瘤暴露困難和狹小空間內(nèi)器械之間的互相干擾。主要包括3種手術(shù)：①聲門上水平部分喉切除術(shù)：目前機器人聲門上水平部分喉切除術(shù)已經(jīng)是一種標準手術(shù)。Ozer E等[23]相繼報道了13例聲門上型喉癌行TORS術(shù)患者的病例資料，所有患者均為陰性切緣，其中11例患者可以在24h內(nèi)耐受口服飲食。Park Y M等[24]證實TORS術(shù)的2年無病生存率為91%，與傳統(tǒng)開放手術(shù)相比，TORS術(shù)顯示出更早的經(jīng)口進食、更短的拔管時間和更短的住院時間。②聲帶切除術(shù)：Park Y M等相繼報道小樣本量的早期聲門型喉癌的成功經(jīng)驗，術(shù)后發(fā)音及吞咽功能恢復(fù)良好，且無嚴重并發(fā)癥出現(xiàn)。該學(xué)者團隊推薦使用CO2激光代替單極電鏟以克服口腔狹窄的操作空間[25-27]。而目前尚缺乏適用于聲帶的精細器械，故限制了其應(yīng)用推廣。③全喉切除術(shù)：Dowthwaite S等相繼報道了小樣本的機器人全喉切除術(shù)，初步隨訪無復(fù)發(fā)，吞咽功能恢復(fù)快，術(shù)后切口裂開和咽瘺發(fā)生率降低[15，28-29]。

2.3 下咽部腫瘤

目前TORS術(shù)在下咽部腫瘤中開展較少，多為小宗病例報道[30-31]，目前主要應(yīng)用于位于梨狀窩外側(cè)壁及咽后壁的早期腫瘤。Park Y M等[32]于2017年報道了38例下咽癌患者TORS術(shù)后長期隨訪結(jié)果（中位隨訪期為60個月），86.8%為中晚期患者，陽性切緣率為21%，早期病變5年疾病特異性生存率和無病生存率均為100%，中晚期病變5年疾病特異性生存率和無病生存率分別是74%和68.6%，患者較快恢復(fù)了吞咽功能（平均15.9d）和經(jīng)鼻呼吸功能（平均15.7d），胃管拔管率97.37%，氣管拔管率為92.3%。

2.4 咽旁間隙腫瘤

O’Malley B J等[33]于2007年在人體尸頭標本上驗證了機器人經(jīng)口入路咽旁間隙入路的可行性，并于2010年報道了10例患者機器人輔助經(jīng)口入路咽旁間隙腫瘤手術(shù)的經(jīng)驗。此后，國內(nèi)外不斷有TORS術(shù)治療咽旁間隙腫瘤的報道。該手術(shù)成功的關(guān)鍵取決于良好的暴露，術(shù)前應(yīng)充分評估病變的部位及性質(zhì)，準確判斷病變與頸內(nèi)動脈和顱神經(jīng)的關(guān)系。Chan J Y等[34]認為行TORS術(shù)切除咽旁間隙腫瘤是安全、可行的，但是僅建議應(yīng)用于莖突前間隙腫瘤。De Virgilio A等[35]系統(tǒng)綜述了最近發(fā)表的22項研究共113例行TORS術(shù)患者的資料，僅有13例（11.5%）和5例（4.4%）患者分別采用了經(jīng)頸和經(jīng)腮腺聯(lián)合入路；11例（14.5%）患者出現(xiàn)包膜破裂，住院時間中位數(shù)為3d，68%患者術(shù)后第1d就可以進行口服飲食，該研究再次證實該入路是安全、有效的。

2.5 甲狀腺和甲狀旁腺腫瘤

外科機器人運用于甲狀腺和甲狀旁腺腫瘤的主要目的是改善外形。目前已經(jīng)發(fā)表文獻的作者主要集中在東亞，尤其是韓國和中國，西方較少。這可能是因為在東亞文化中頸部的瘢痕不僅影響美觀，而且還可能影響女性的正常婚戀、就業(yè)和心理。目前，外科機器人頸部手術(shù)的主要入路有雙側(cè)腋乳入路、無注氣單側(cè)腋（胸）入路、耳后面部除皺切口、經(jīng)口腔前庭入路等。較多文獻已證實，機器人輔助甲狀腺/甲狀旁腺手術(shù)的腫瘤學(xué)效果和安全性與傳統(tǒng)開放手術(shù)相當，但是美容效果明顯優(yōu)于開放手術(shù)[36-38]。

2.6 頸部腫瘤

有文獻報道，外科機器人已成功運用于各種頸部病變，包括頜下腺切除、頸部神經(jīng)鞘瘤、頸部淋巴結(jié)清掃等[39-41]，手術(shù)入路與甲狀腺手術(shù)相似。與傳統(tǒng)手術(shù)相比，機器人手術(shù)明顯提高了美容效果，但手術(shù)時間及并發(fā)癥相似，而腫瘤學(xué)效果則需要更長時間、更多樣本的研究來驗證[39]。

2.7 鼻咽部腫瘤

Wei W I等[14]于2010年首先報道了鼻內(nèi)鏡聯(lián)合經(jīng)口機器人成功切除復(fù)發(fā)鼻咽癌的手術(shù)經(jīng)驗。此后，多篇文獻描述了機器人在復(fù)發(fā)鼻咽手術(shù)中的應(yīng)用情況[42-44]。需要注意的是，許多手術(shù)需要經(jīng)鼻/經(jīng)口/經(jīng)頸等聯(lián)合入路，部分患者還需要切開軟腭，從而增加了腭咽閉合不全、腭瘺和咽鼓管功能障礙等并發(fā)癥，與單純鼻內(nèi)鏡經(jīng)鼻/經(jīng)口手術(shù)相比，TORS術(shù)優(yōu)勢并不明顯[43]。

2.8 顱底腫瘤

因為顱底位置狹小、深在，而目前的外科機器人機械臂相對較大，且操作末端缺乏磨除骨質(zhì)的工具，因此達芬奇機器人運用于顱底手術(shù)多為人體尸頭標本解剖或者是內(nèi)鏡經(jīng)鼻/經(jīng)口手術(shù)的有效補充手段[45]。

3 其他手術(shù)機器人在頭頸部腫瘤外科中的應(yīng)用

3.1 達芬奇單孔柔性機器人

達芬奇單孔柔性機器人（SP系統(tǒng)）由三個鉸接式機械臂和一個立體內(nèi)鏡攝像機組成，通過一個直徑2.5cm的單孔出入，克服了傳統(tǒng)達芬奇機器人粗大、笨重的缺點，可以經(jīng)口將口咽外側(cè)、舌根、喉和下咽病變予以切除，對于某些暴露困難的部位（如鼻咽、顱底等），也可以進行很好的切除[46-47]。該系統(tǒng)于2019年獲得FDA批準，并用于TORS術(shù)。2019年Holsinger F C等[48]進行的一項非隨機多中心臨床試驗證實，SP系統(tǒng)在口咽腫瘤中的應(yīng)用是有效和安全的。

3.2 Flex機器人

目前另一個可用于頭頸手術(shù)的機器人系統(tǒng)是Flex機器人系統(tǒng)，這款手術(shù)機器人是專門為TORS手術(shù)的應(yīng)用而設(shè)計的，于2015年7月獲得FDA批準。Flex機器人系統(tǒng)是一種混合機器人輔助系統(tǒng)，由一個靈活的機器人內(nèi)鏡和兩個類似于腹腔鏡手術(shù)的手動控制的器械臂組成。內(nèi)鏡可以定位在剛性或柔性狀態(tài)，從而克服了傳統(tǒng)達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)的位置線問題。此系統(tǒng)包含一個由機器人操縱桿引導(dǎo)的內(nèi)鏡，該操縱桿連接放大的高清晰度二維視覺顯示器，機械臂末端可以安裝最小直徑3mm的各種儀器。與達芬奇機器人不同，F(xiàn)lex機器人在操作時可以獲得觸覺反饋。有文獻證實，F(xiàn)lex機器人對口咽、下咽和聲門上水平的喉部病變可以做到有效和安全的切除[49-50]。Flex機器人另一個優(yōu)點是能夠到達達芬奇機器人機械臂無法觸及的區(qū)域。人體尸頭標本解剖及早期的人體研究均已經(jīng)證明，F(xiàn)lex機器人應(yīng)用于達芬奇機器人無法到達的鼻咽、下咽、頸部、食管等部位的手術(shù)是成功的[51-52]。此外，與目前的達芬奇機器人手術(shù)系統(tǒng)相比，F(xiàn)lex機器人系統(tǒng)成本更低。不過，與達芬奇機器人相似，F(xiàn)lex系統(tǒng)也不是完全自動化的，而是由外科醫(yī)生控制的。

4 展望

目前，國內(nèi)外科研人員正在進行加載單孔、觸覺反饋、增強現(xiàn)實、術(shù)中超聲、超聲骨刀、顯微成像、影像導(dǎo)航、神經(jīng)監(jiān)測等更多功能的新型外科機器人的研發(fā)，這需要醫(yī)科和工科兩個領(lǐng)域的學(xué)者長期、良好、穩(wěn)定的合作與研發(fā)。與傳統(tǒng)開放手術(shù)相比，外科機器人在頭頸部腫瘤中具有較大的優(yōu)勢，代表了微創(chuàng)外科的發(fā)展方向。相信未來，外科機器人在頭頸部腫瘤中的應(yīng)用范圍將會不斷拓寬，并發(fā)揮良好的應(yīng)用前景。

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