中央型肺癌機器人袖式肺葉切除進展及前景展望

倪恒 周春琳 王鶯 俞豪杰 王延燁 呂望 胡堅

肺癌是全球范圍內最為常見的惡性腫瘤之一，同時其也是導致病人死亡數最多的癌癥之一[1]。據統計，世界范圍內，僅2018年一年就有2 093 876例新發肺癌病例以及1 761 007例肺癌相關的死亡病例，分別占所有癌癥新發病例的11.6%和所有癌癥相關死亡病例的18.4%[2]。我國2018年肺癌的新發病例數為774 323例，死亡病例數為690 567例[3]。許多癌癥的5年生存率有了顯著提高，但肺癌的5年生存率仍局限在4%～17%[4]。早期診斷和治療對改善肺癌病人的預后具有非常重要的作用。有研究指出對于IA期肺癌病人的早期診斷和治療可將其5年生存率提升至80%[5]。對于早期非小細胞肺癌病人，手術治療或輔以圍術期綜合治療仍是其首選方式[6]。目前，多項指南仍推薦肺葉切除術作為針對早期非小細胞肺癌(NSCLC)的首選術式，但隨著影像學的進步以及人們健康意識的提高，越來越多的肺部早期病變和磨玻璃樣陰影(GGO)被發現，促使研究中開始探索包括解剖性肺段切除和肺楔形切除的亞肺葉切除在治療肺部小結節方面的可能性[7]。對于累及葉支氣管開口和周圍主支氣管或中間支氣管受累并不能耐受全肺切除的中央型肺癌的病人，袖式肺葉切除術往往是其首選治療方案。

一、機器人袖式肺葉切除術的歷史發展與現狀

自1933年，Graham醫師對1例左上肺葉腫瘤病人行全肺切除術以來[8]，胸外科手術治療肺癌的歷史已經歷了70余年的發展。目前，解剖性肺葉切除外加系統性淋巴結清掃已寫進諸多指南，成為肺癌外科治療的標準術式。但是對于侵犯葉支氣管開口或是中央肺動脈而無周圍肺組織浸潤的NSCLC，單純肺葉切除可能無法有效清掃腫瘤組織。全肺切除作為曾經的解決手段，存在諸如術后并發癥多，肺功能保留差等問題。在此基礎上，一種針對中央型肺癌的術式-袖式肺葉切除術便應運而生。與肺葉切除或全肺切除相比，袖式肺葉切除術可在兼顧腫瘤清掃效率和降低復發率的同時保留肺功能，改善病人術后的生活質量[9]。1947年Price Thomas首次引入支氣管周圍切除這一概念以來[10]，袖式肺葉切除術也已經歷了長足地發展。如今，伴隨電視輔助胸腔鏡技術(video-assisted thoracoscopic surgery,VATS)和機器人輔助胸腔鏡系統(robotic-assisted thoracoscopic surgery,RATS)等微創技術的融合應用，進一步提升了袖式肺葉切除術的安全性和有效性。Santambrogio 等[11]于2002年首次報道了腔鏡下袖式肺葉切除術。由于袖式肺葉切除術本身操作復雜，難度較大，加之腔鏡下操作靈活度和視野有限，使得腔鏡袖式肺葉切除術的安全性和腫瘤清掃效率受到一定質疑。

達芬奇手術機器人系統的問世為上述胸腔鏡手術的缺陷提供了一個新的解決方案。國際上，第一例機器人輔助下袖式肺葉切除術由Ishikawa等[12]于2006年在人類新鮮尸體上完成，首先利用胸腔鏡行上肺葉切除術，隨后使用達芬奇機器人手術系統對右支氣管進行切除和淋巴結清掃，最后對支氣管斷端行端對端支氣管吻合。5年后，Schmid等[13]于2011年報道了全球首例胸腔鏡與達芬奇機器人雜交的袖式肺葉切除術，術中術者通過三通道VATS對病灶進行切除，隨后使用達芬奇手術機器人對右中間支氣管和右主支氣管進行吻合。術后第14天的支氣管鏡檢查顯示右氣道通暢，吻合口愈合良好。Nakamura等[14]于2013年首次報道了1例全達芬奇機器人袖式肺葉切除術，術后病人恢復良好，未出現相關并發癥。與傳統胸腔鏡比較，達芬奇手術機器人系統可為術者提供三維立體手術視野，其機械臂在提高操作穩定性的同時，也兼顧了于狹小空間中操作的靈活性，在一定程度上降低了手術的難度，緩解了術者在術中的疲勞。Jiao等[15]的研究也在一定程度上證實，機器人手術相比于常規胸腔鏡手術在袖式肺葉切除治療中央型肺癌上更具優勢。

二、機器人袖式肺葉切除術的優點

1.機器人手術系統性能優勢：機器人手術在避免醫務人員直接接觸病人、降低術中交叉感染風險的同時，也能進一步減少手術對病人造成創傷。此外，與胸腔鏡手術相比，機器人手術系統的優勢主要體現在兩方面：(1)操控系統，以目前主流的達芬奇機器人手術系統為例，其機械臂具有7個自由度，并且配有可以完成540°轉動的腕部關節，其術中操作的靈活性是傳統胸腔鏡手術無法媲美的，通過過濾主刀手部顫動等干擾，進一步提高了手術操作的精準性，機械臂可及的操作空間以及可控的操作力度，也優于人手對胸腔鏡的控制范圍和力量，并最大限度地降低了術者的操作疲勞。(2)3D高清視覺成像系統，達芬奇機器人手術系統配備的內窺鏡可以實時采集2個同步畫面并成像于控制臺的3D顯示器上，使術者獲得近似于開放手術的視野感受，其成像質量和3D效果均優于目前的3D胸腔鏡。此外其使用的鏡頭放大倍數可達到10倍以上，能提高術者對精細解剖結構和微小病灶的識別。最后，由主刀控制的鏡頭，更有利于體現主刀的手術思維，減少對助手的依賴和降低助手的勞動強度。

2.圍術期安全性和遠期生存獲益：對于肺功能較差的病人而言，選擇袖式肺葉切除可以更大程度保留正常肺組織，提高病人術后生存質量。目前多項研究表明，與傳統針對中央型肺癌的全肺切除術相比，袖式肺葉切除術具有更低的術后并發癥發生率和圍術期死亡率，并在遠期生存率方面不劣于全肺切除術[16-18]。在微創及快速康復理念的推動下，全胸腔鏡袖式肺葉切除術應運而生，但受限于3D視野的缺乏和操作靈活性的不足，胸腔鏡袖式肺葉切除術對術者提出了更高的要求，并在一定程度上限制其推廣。在此基礎上，兼具視野以及操作靈活度優勢的機器人輔助下的袖式肺葉切除術被認為具有更好的圍術期療效以及不亞于開放手術的長期生存獲益，目前已有的研究也為上述觀點提供了有力的支持。Qiu等[19]比較了49例接受RATS，73例接受VATS和66例接受開胸袖式肺葉切除術的病人，發現3組病人90天死亡率和術后并發癥發病率無明顯差異，而其余兩組比較，接受機器人袖式肺葉切除術的病人具有更少的術中出血、更短的手術時間和術后引流時間。Gu等[20]比較了17例接受RATS和86例接受開胸袖式肺葉切除病人的3年生存率，結果顯示兩組間無明顯差異。自Schmid 等[13]首次報道機器人聯合胸腔鏡開展袖式肺葉切除術以來，機器人袖式肺葉切除術的發展只經歷了短短10年的時間，目前還缺乏前瞻性的大樣本的臨床研究為其安全性和有效性提供更高等級的循證證據。

三、機器人袖式肺葉切除術的發展方向

袖式肺葉切除目前仍是外科治療中央型肺癌的重要手段，憑借在狹小空間中食管和肺段重建的優勢，達芬奇機器人手術系統在一定程度上降低了手術難度，提升了手術的安全性。隨著醫療器械工業的發展，在傳統的手術機器人系統上發展出了例如多通道多鏡機器人診療平臺等新技術，這些新技術與袖式肺葉切除術的結合成為了未來機器人袖式肺葉切除術的發展方向。

1.多通道多鏡機器人診療平臺在機器人袖式肺葉切除中的應用：多通道多鏡機器人診療平臺是一種經由胸壁和氣管兩條路徑，通過經皮、經氣管、經胸腔鏡等通道，利用射頻消融、激光、放射、手術機器人等方法，集檢查、診斷、介入治療和手術治療為一體的綜合化肺癌診治平臺[21]。在定位診斷方面，對于適合袖式肺葉切除的中央型早期肺癌，電磁導航下纖維支氣管鏡是獲取組織樣本的首選方法。Pupovac等[22]研究表明，將磁導航支氣管鏡與手術機器人機器臂的集成，可以實現早期肺癌病灶的精確定位和診斷。憑借手術機器人機械臂中集成的超聲、近紅外線、X線等檢查手段對早期肺癌病灶進行識別，隨后借助磁導航支氣管鏡的定位優勢對病灶進行解剖結構分析和術前病理診斷，從而實現病灶的定位和診斷。在此基礎上，Bolton等[23]報道了磁導航支氣管鏡檢查胸膜亞甲基藍染色標記下的機器人楔形切除術19例，研究表明，磁導航支氣管鏡輔助下可有效提高機器人手術過程中對肺小結節的定位準確性，并且不會顯著延長手術時間。基于多通道多鏡機器人診療平臺的機器人袖式肺葉切除術將成為未來發展的方向之一。

2.人工智能與機器人手術的結合：人工智能是用于模擬以及擴展人類智能的集理論路徑、技術手段和應用系統為一體的綜合性學科。目前，大量的研究集中于將卷積神經網絡(convolutional neural network,CNN)和機器學習(machine learning)理論應用于影像學檢查的圖像識別處理以及病理閱片[24-25]。當前機器人手術仍依賴于外科醫生的操作，并不能實現真正意義上的被編程，完成真正意義上的自動化縫合以及更進一步的自動化手術，針對智能化機器人手術的研究也不斷被推進。Shademan等[26]報道了基于新型深度傳感器全光相機光學校準的機器人監督自主系統(STAR)，并比較了STAR系統、人工腹腔鏡手術和機器人輔助手術三組之間在腸吻合指標(平均吻合間距、吻合泄漏壓力、手術時間、需要從組織中取針的錯誤次數以及腸吻合腔減少的一致性)，結果表明，機器人監督自主系統具有更優的性能。Shademan等[26]的研究代表了全自動化手術的發展方向，但目前更多的研究仍著眼于如何最大程度發揮人工智能在機器人手術中的輔助作用。

術前規劃對手術的順利開展十分重要，三維重建技術加上三維數字軟件技術作為術前規劃的一種輔助手段在臨床中應用越來越多，使用計算機軟件對CT、MRI、PET-CT以及DSA等影像學檢查所獲得的圖像信息進行三維重建，使術者在術前就能對病人的病灶、病灶周圍血管以及可能的解剖學變異有所掌握，并選擇合適的手術切口[27]。未來，通過頂尖胸外科手術經驗和知識儲備進行深度學習的人工智能系統，能否在術前直接利用病人三維重建的數據，對手術過程進行仿真模擬，并上傳至手術機器人系統，以可視化的方式展現手術過程，并實時輔助主刀，幫助確定手術切除范圍，估算術后病人肺殘量等步驟，實現機器人手術的智能化輔助。

3.國產機器人手術系統在袖式肺葉切除中的應用：目前，臨床上應用最成功也是最廣泛的手術機器人系統是美國直覺公司研發的達芬奇手術機器人。現有的關于機器人袖式肺葉切除術的報道也均是通過達芬奇手術機器人完成。然而，高昂的設備購置成本以及耗材使用成本，也是導致其無法得到廣泛推廣的原因之一。作為代表未來外科微創化發展方向的手術機器人系統，自然也吸引了例如Medtronic,VERAN公司等國際醫療器械公司的研發投入。與此同時，在政策的支持下，越來越多的國內醫療器械公司也在手術機器人系統上不斷創新，推出具有國際競爭力的國產品牌。由金大成等[28]報道的圖邁微創機器人輔助胸腔鏡手術3例以及黃佳等[29]圖邁微創腔鏡手術機器人輔助右肺上葉切除2例證實了其機器人手術系統的有效性和安全性，并且相較于經典的達芬奇手術機器人其可達到相似程度的清晰3D視野和操作靈活性。此外圖邁(Toumai)腔鏡手術機器人于2021年8月由上海市胸科醫院羅清泉教授團隊完成了第一例機器人輔助肺癌袖式切除動物實驗，這也是首例國產腔鏡手術機器人完成的袖式肺葉切除術，為今后其在病人身上開展袖式肺葉切除術提供了寶貴的數據基礎。

四、總結與展望

機器人手術在病人短期獲益上的優勢已得到廣泛認可，而其長期生存獲益也不劣于傳統開放手術或胸腔鏡手術。對于中央型肺癌，袖式肺葉切除術可為病人保留更多功能肺組織，提高病人術后生存質量，并且病人長期生存獲益也不劣于全肺切除。上述二者的結合是胸外科學科發展的必然趨勢。未來，機器人手術向多通道多鏡診療平臺的發展以及人工智能的加入勢必會推動該領域的快速蓬勃發展。相信國產手術機器人的加入也將會為該領域注入新的活力，并更廣泛的造福病人。