结直肠癌的外科治疗亚洲视角优化与标准化 - 29 机器人结肠直肠手术的未来前景

概要

机器人结肠直肠手术的革命使其采用率大幅提高，接受这些手术的患者数量在世界范围内迅速增长，包括在亚洲。自从“主从”的原始概念以来，机器人技术已经最大化了远远超出人类极限的能力，即由操作外科医生控制的额外机器人手臂，手腕式关节，具有高清晰度和深度感知的放大三维可视化与使用符合人体工程学且稳定的立体光学相机。机器人手术的优势在密闭空间中最大化 - 在结肠直肠手术中，这是低直肠癌的领域，机器人手术可以帮助实现良好的肿瘤和功能结果并且改善外科医生的手术容易性。硬件，软件和设计架构的技术集成的新进展，例如纳米机器人技术，混合增强虚拟现实，人工智能和尚未实现的概念，可以在未来协同和增强机器人结肠直肠手术。机器人手术系统有可能优化低位直肠癌患者的手术治疗，并提高其生存率和功能结果。

29.1机器人结肠直肠手术：过去，现在和未来

“研究过去，如果你要定义未来......”孔子

29.1.1机器人手术史

机器人这个词（发音为/rəʊbɒt/）起源于卡洛尔Čapek在捷克戏剧“罗森”中首次使用的robota（“强迫劳动”）

1920年的“通用机器人”（图29.1）。牛津英语词典将其定义为机器，尤其是可由计算机编程的机器，能够自动执行一系列复杂的动作[1]。在科幻小说领域，机器人机器类似于人类，能够自动复制某些人类的动作和功能。可以使用外部控制设备来引导它，或者可以将控制嵌入其中以便呈现人形。控制其精确度和运动，触觉和触觉感官反馈以及成像（超高维深度感知）中的信息处理的计算机系统是完全机器人的[2]。


图29.1 1920年的“罗森的通用机器人”

另一方面，机器人手术，计算机辅助手术或机器人辅助手术是指用于辅助外科手术的机器人系统。开发了机器人辅助手术，其主要目的是克服先前存在的微创外科手术的局限性并增强外科医生进行常规开放手术的能力。

29.1.2全球机器人结肠直肠手术的时间表

Arthrobot是为了协助手术而开发的，并于1983年首次在温哥华使用;它是由生物医学物理工程师和工科学生团队发明的 - 即James McEwen博士，Geof Auchinleck博士和Brian Day博士[3]。在12个月的时间里，它被用于60多种关节镜手术，国家地理杂志在1985年的机器人革命中展示了这种装置。一种手术擦洗护士机器人，通过语音指令和医疗设备交付手术器械。这个时候也创造了实验室机器人手臂。在同一年，Unimation Puma 200（初始版本）和560（其继承者）用于使用计算机断层扫描立体定向引导对大脑进行活组织检查，该技术提高了准确定位[4]。 1992年，在伦敦帝国理工学院开发的PROBOT被Senthil Nathan博士用于在伦敦盖伊医院和圣托马斯医院进行前列腺手术。该程序被认为是世界上第一个纯粹的机器人外科手术。 PROBOT专门用于经尿道前列腺切除术[5]。 ROBODOC由Integrated Surgical Systems（与IBM密切合作）设计，用于协助进行髋关节置换手术，是同年由美国食品药品管理局（FDA）批准的第一台手术机器人[6]。

这预示着机器人系统的现代时代，这是由SRI International和Intuitive Surgical开始的，其中引入了达芬奇手术系统和计算机运动以及用于最佳定位的自动内窥镜系统和ZEUS机器人手术系统[7]。 Robert E. Michler在哥伦布的俄亥俄州立大学医学中心用ZEUS机器人系统进行了第一次机器人手术[8]。 ZEUS系统也用于执行Lindbergh手术，这是2001年9月远程进行的胆囊切除术[9]。美国食品和药物管理局批准了自动内窥镜系统作为机器人凸轮时代的临床使用的最佳定位系统，而ZEUS系统仅限于1994年作为手术助手使用。

达芬奇机器人系统（Intuitive Surgical Inc.，Sunnyvale，CA）是美国食品和药物管理局于2001年批准的第一个在美国进行腹腔内手术的机器人系统[10]。从那时起，达芬奇系统已在全世界广泛用于机器人结肠直肠手术。 Weber等人的初步病例报告。 [11]在2002年使用达芬奇机器人系统报告了三种用于良性疾病的机器人右侧和乙状结肠切除术。2003年，Delaney等人。 [12]证明了达芬奇系统与标准腹腔镜方法相比的可行性和安全性，尽管他们的患者队列很小。随后是D'Annibale等人的研究。 [13] 2004年，报告了53例机器人结肠直肠手术，其中包括22例恶性结直肠疾病。这些早期的机器人结肠直肠手术研究表明手术和术后结果与标准腹腔镜技术相似。

2006年，Pigazzi等人。 [14]报道了机器人全直肠系膜切除术治疗直肠癌的可行性和安全性。该研究显示机器人和腹腔镜低位前切除术与全直肠系膜切除术和自主神经保留术之间的结果相似。罗林斯等人。 [15]，报告了17个机器人右半椎体切除术和13个机器人前切除术的结果，同样表明使用达芬奇系统在技术上是可行的。 2007年，同一组在机器人和腹腔镜结肠切除术之间显示出相似的结果[16]，这一发现得到了Hellan等人的支持。 [17]，他们报告了6例机器人全直肠系膜病例与传统腹腔镜手术相比，并且包括2007年连续39例未选择的原发性直肠癌患者。2008年，Spinoglio等人。 [18]报道机器人结肠手术也是可行和安全的，但需要更长的手术时间。

29.1.3亚洲机器人结肠直肠手术的时间表

Baik等人在亚洲地区的文献中首次报道了机器人结肠直肠手术。 [19]，他们在2006年6月报告了直肠癌患者的机器人全直肠系膜切除术。再次，实现了类似于腹腔镜手术的可行性，安全性和肿瘤学结果。 Ng等人。 [20]描述了2006年8月在香港和中国首例机器人腹会阴切除术。2008年，Baik等人。 [21]报道了直肠癌和子宫肌瘤的同时机器人全直肠系膜切除术和全腹子宫切除术。

Baik等人。 [22]进行了第一项前瞻性随机试验，比较机器人低位前切除术和腹腔镜低位前切除术。他们的研究目的是比较使用达芬奇手术系统和常规腹腔镜检查的直肠癌患者的机器人和腹腔镜肿瘤特异性直肠系膜切除术的短期结果。研究人员为研究的每个部门招募了18名患者。该研究表明，使用达芬奇手术系统可以安全有效地进行肿瘤特异性直肠系膜切除，并且围手术期结果是可以接受的。 2009年，Choi等人。 [23]报道连续50例患者在下前路切除术中接受完全机器人单对接;这项技术最初是在亚洲开发的。从那时起，许多出版物都来自亚洲，包括报告，系统评价和机器人结肠直肠手术的试验。

29.2机器人结肠直肠手术的当前情况

“闪电越精彩，它就越快消失…… “阿维森纳

29.2.1西部会见东部

泌尿外科手术，普通腹腔镜手术，妇科腹腔镜手术以及普通胸腔镜和胸腔镜相关心血管手术的机器人手术于2000年获得FDA批准[24]。病例选择，病例计划和技术专业知识在机器人结肠直肠手术中很重要。通过使用磁共振成像，内窥镜超声和计算机断层扫描进行分期，术前计划是必不可少的，获得技术专业知识和克服学习曲线至关重要。

多年来，机器人手术将来自西方和东方的外科医生聚集在一起，各自领域的专家会面讨论和分享想法和技术。对于微创腹腔镜手术也是如此，该手术报告了短期益处，例如降低术后发病率 - 包括疼痛，住院时间，早期肠功能恢复，以及对患者更好的美容，而对肿瘤学结果没有不利影响 - 许多地标试验包括CLASSIC [25]，COLOR I [26]，COLOR II [27]，ROLARR [28]和ACOSOG-Z6051 [29]。

机器人手术解决了腹腔镜手术中的一些缺点 - 二维视图，使用刚性器械的灵活性有限，固定仪器尖端具有4个自由度，以及外科医生无法同时握住两个仪器并控制相机。另一方面，达芬奇机器人手术系统提供立体光学三维成像，具有稳定的自控摄像头和操作平台，带有四个铰接式仪器，具有7个自由度，运动缩放，无震动，和人体工程学的舒适性。

与常规腹腔镜结肠切除术相比，机器人结肠切除术的潜在益处可能包括较少的失血[30,31]，肠功能恢复较快[30,32]，并发症发生率较低[30,33,34]，且住院时间较短逗留[30,33]。在低位前切除术中，机器人手术的优势可能是在出血量较少的狭窄空间[35,36]，疼痛减轻[35,37]，住院时间缩短[35,38]，改善癌症边缘[39,40]，减少开放手术[39,41-43]的比例，并更快恢复正常饮食[35,41]。

全世界约有300万患者从达芬奇机器人技术中受益。虽然技术上可行且安全，但机器人结肠直肠手术相对于传统腹腔镜手术的肿瘤学和功能结果仍然存在争议。此外，尚未达成关于机器人技术的共识。技术变化包括对接机器人臂，放置端口和套管针以及人体工程学以避免机器人臂之间的冲突的技术。

在2015年的中国，关于结直肠癌机器人手术的专家共识设计了一个全面的协议[44]。存在其他建议，例如Morelli等人的建议。 [45]尽管总体上报道了机器人和腹腔镜手术之间的相同结果[46-48]，但在荟萃分析和系统评价中报告的全直肠系膜切除，周缘边缘阳性和精算生存数据的质量在研究之间有所不同，证据水平尚无定论。

近期长期肿瘤生存和复发的证据表明，直肠癌的机器人全直肠系膜切除术比腹腔镜全直肠系膜切除术具有更好的生存率。机器人手术是整体存活和癌症特异性存活的良好预后因素，表明经验丰富的机器人结直肠外科医生可以获得潜在的肿瘤学益处[49]。

机器人结直肠手术对于广泛的盆腔手术和非肿瘤病例的益处尚不清楚。据报道，使用达芬奇机器人系统进行盆腔脏器切除术对于局部晚期直肠癌[50]和良性憩室病合并自然孔口标本提取是可行的[51]。

29.2.2未来的挑战

对机器人技术的革命提出了担忧。随着机器人技术取代人类在各种任务和角色中的努力，技术失业（技术变革造成的失业）成为可能。几个世纪以来，专家们预测机器会使人类工人过时并增加失业率[52,53]。最近的一个例子是台湾科技公司富士康; 2011年7月，富士康宣布了一项为期3年的计划，用更多机器人取代工人。富士康计划在3年内将机器人数量从数千增加到数百万[54]可能预示着技术失业的新时代。律师们推测，工作场所机器人的流行率增加可能导致需要修改裁员法[55]。

机器人技术的另一个主要问题是职业安全和健康问题。欧洲工作安全与健康局起草的一份讨论文件强调了机器人技术的传播如何为职业安全与健康带来机遇和挑战[56]。 Michio Kaku [57]，理论物理学家，日本全国畅销书“未来物理学：科学将如何影响人类命运和作者的日常生活到2100年”的作者，预测到2100年大多数工作将被机器人技术所取代，特别是重复性，生产和基于商品的工作。从事智力资本主义，创造力，想象力，领导力，分析，幽默，常识，屏幕/编剧和科学努力的职业将有能力应对技术革命[57]。

达芬奇手术系统是FDA批准的唯一一种目前用于外科手术的机器人系统。在大多数机构使用它的主要障碍是财政限制[24]。一个重要的学习曲线也与其使用有关。机器人手术的批评者认为，在结直肠手术领域，文献没有显示机器人和传统腹腔镜手术之间的结果有显著差异[58]。文献还证明了机器人进行的子宫切除术缺乏益处。

此外，达芬奇系统使用医生无法修改的专有软件，从而限制了修改操作系统的自由[59]。在没有充分培训和监督的情况下，对机器人技术的使用也存在担忧[60]。技术安全报告表明，系统使用的手术尖端的不适当部分可能会释放杂散电流。然而，在非机器人腹腔镜手术中也可能出现杂散电流[61]。

蒂莫西·勒努瓦声称，在“医学的英雄时代”中，外科医生认为他对人体解剖学的直观认识以及他修复重要身体系统的精心制作的技术将会消除外科医生的创造性自由。勒努瓦认为，达芬奇的三维控制台和机器人手臂创造了一种称为内侧化的中介作用形式，其中体内图像和路径的内部知识成为映射到简单计算机编码中的外部知识[62]。

人们相信，随着技术的进步，机器人与人类之间的合作将达到全新的标准[63,64]，人与机器人之间的界限受到人工智能的挑战。人类的常识，智慧，情感和感性将与机器人智能和精确度相匹配。

29.3机器人结肠直肠手术的未来

“智慧的真正标志不是知识，而是想象力。”阿尔伯特爱因斯坦

29.3.1创新与技术

现在的未来 - 要么正在进行，要么将新的想法推向新的水平。预测未来的最好方法是创造和假设它;作为机器人的反对者说，很难预测未来。为了超越批评和反对者的评论，制造商和最终用户（即机器人结直肠外科医生）之间的合作必须发展和演变，以在健康的条件下实现更好的医疗环境。由于机器人手术的好处仍不明确，早期采用者已经铺平了前进的道路。尽管存在缺乏证据的批评和反对，但创新者已表现出韧性，并继续推进技术发展。大多数新技术都会出现同样的问题，但也许是因为它的成本，为机器人手术设定了更高的举证责任。尽管其可用性，成本和学习曲线有限，但机器人技术的革命在专业中心已经显示出前景，但它也遇到了重大的障碍和审查，特别是那些没有接受过机器人手术培训的人。迫切期待随机多中心试验（COLRAR [www.clinical trials.gov identifier NCT01423214]和ROLARR（标识符NCT01196000））的长期结果。目前正在进行的试验或潜在的创新和技术研究未来的思考和规划即将到来的机器人结肠直肠手术时代将提升并将其提升到一个新的水平。

使用机器人手术系统以最小化手术切口的平台包括机器人单端口或现场手术，机器人NOTES，经肛门机器人，内窥镜机器人;这些将最大限度地发挥微创和无疤痕手术的益处。然而，将在一个单个端口/臂中实现增强的手或多通道工作可互换的手的技术，但是将实现最小的操作 - 并且几乎没有触摸肿瘤轴承。对试验和研究人员以及商业生物医学公司感兴趣的新商业参与者。然而，自动机器人或自动驾驶，自动驾驶机器人手术系统（如无人机外科医生或自动驾驶汽车和生产行业）等自动化概念的革命可以与未来的机器人结肠直肠系统相结合。

机器人手术系统中的成像和可视化方面也需要进行修改和升级。多模式成像和成像引导手术的概念，实时解剖学识别，如Firefly™荧光成像，近红外荧光和吲哚青绿灌注是目前可用的，但可能需要更广泛的可用，并有更多的证据使用它们。增强视觉和虚拟现实技术可能是增强这些可视化的下一步。此外，西门子医疗集团的Artis Zeego被昵称为“灵活的未来”;这种独特的机器人技术主要用于干预放射学，并可灵活地执行任务，支持最前沿，并利用空间和资源。来自图像数字化的增强和自动化眼睛的概念，例如超激光视觉，其在识别颜色的阴影，匹配打印和完成缺失的部分方面具有超出人眼的能力。最后但同样重要的是，人工智能技术，混合成像，实时虚拟现实或治疗设备的进步可能有益于上面列出的那些。

关于高级情报和战略科学背后的信息，导航系统可能是机器人结肠直肠手术的新概念;这可能涉及导航摄像系统在手术前的计划，模拟和指导，甚至在术中期间。想法包括拓扑解剖学地标地图和通过融合与增强现实进行标记，例如体积和表面渲染，虚拟建模，相邻边界以及器官和相关邻近器官的分割。信息综合计算机手术也可能为未来带来希望。

协作和整合，例如与内窥镜检查技术合作，腔内或腔内内镜下内镜粘膜切除术和内镜黏膜下剥离术，需要在该领域进行更多的探索。强化医学和介入放射学等多学科领域之间的合作，甚至超出了手术室，可以为患者提供更好的护理。 Verb Surgical公司最近宣布，该公司向其在强生医疗设备公司和Verily Life Sciences（前身为Google Life）的Ethicon Endo-Surgery，Inc。的合作伙伴展示其首个数字手术原型。科学），以及Johnson＆Johnson和Alphabet Inc.的高级领导。数字手术平台包括公司五大技术支柱的所有元素：机器人，可视化，高级仪器，数据分析和连接。一些原型进行了测试并引发了一些想法，例如“Supercirujano”Steel Hands和Scott Huennekens（Verb Surgical的总裁兼首席执行官）对Verb Surgery 4.0下的下一代机器人手术的看法。它是“数字手术”的新概念，包括将数据和成像集成到手术机器人中，并通过人工智能技术改进决策制定。

其他需要探索的杂项未来概念和想法包括机器人结肠直肠手术中使用的认知技术中的触觉和触觉感受;这需要软组织分化，仔细操作组织，以及缝合外科医生的缝合。 TELELAP ALFX-是一种手术机器人，通过向外科医生的手施加力量来提供触觉反馈;这需要一个复杂的处理器和执行器系统来实现足够的保真度，因此本质上很复杂[65]。此外，已经开发并测试了最小进入手术中的总触觉信息和感觉，以便定位动脉和检测血流，例如，识别肠系膜下动脉，如同Tact阵列（压力轮廓系统）[66 ]。

源于具有里程碑意义的林德伯格行动的想法，远程手术和远程医疗的想法是基于远程拍打技术，跨边界手术可能有利于与机器人手术合作。在这个纳米技术时代，纳米机器人，纳米粒子，纳米材料，纳米基因组学，纳米分子和纳米技术等思想的整合是相关的，并且给出了有希望的结果，还有许多漏洞和空间需要探索。目前，已经在市场上和在实践中使用智能吻合器反馈分析来分析组织灌注并测量厚度和张力可以提供几乎没有或零吻合器泄漏。在未来，作者希望它可以进一步测量吻合口周围灌注并确定吻合口漏率。也许将来可以使用通用吻合器的自动延伸或定制长度和厚度。到目前为止，Endowrist One的使用效果良好，并且在等效的最小热扩散中表现出可持续的性能，并且意味着在三条动脉中可以更好地测试爆破压力，即脾，肠系​​膜和肾动脉[67]。 Leonard等人。 [68]引发了关于智能组织吻合机器人（STAR）作为视觉概念的证据 - 引导机器人系统，该系统具有致动的腹腔镜缝合工具，能够从基于图像的命令执行运行缝合并测量表面轮廓。肠之间吻合。

29.3.2理想的机器人手术系统：机器人智能

目前可用的机器人手术系统在非竞争性市场中购买和维护极其昂贵。一个庞大的机器人“奴隶”有四个手臂和许多电线需要一个宽敞的手术室设置。尽管所有安全性，可行性和手术结果（如经济成本，生存，并发症和结果分析）可以基于证据和实际应用，手术并非完全机器人并且不完全受外科医生的自主控制，取得成就。具有精确技能的个性化手术的概念很好地适应而不是工具或器具。

理想情况下，“人形”机器人可以被想象为具有平滑的动作，对所有人类和自然友好，具有光滑的外观，并与其“主人”进行智能互动，表现超越人类的能力，感性和能力，同时满足所有原始外科手术程序和目标的标准无限期。除了确保机器人手术是理想和最终的概念之外，操作员或机器人外科医生必须准备好并同步更新的手术技能，并在技术上准备好采用新的创新和技术，并且可以随着时间的推移进步和发展成本效益。与医疗（如生物医学工程，放射学，免疫学，病理学，肿瘤学，遗传学）或非医学（如软件工程，人工智能，生物医学建筑）等其他新团体的智能合作与合作将为机器人手术开辟新的多样性超越当前的想象力。在这里，天空是极限。

因此，作者可以想象理想的机器人系统将从上方安装，光滑，小巧;有多个稳定的手臂;耦合成像，如射线照相，计算机断层扫描或磁共振成像，无需对接;通过提供完全单一和超级动力的机器人结直肠方法来协助术中。此外，外科医生的控制台应该是动态的，但仅限于推车;作者建议在不接合头部的情况下更宽敞，并允许完全的手部动作控制，就好像在接受触觉和触觉感觉时实时进行外科手术一样。该过程包括在执行和执行动作之前感知，分析，理解和判断信息。对于外围，训练或模拟机器人手术，存在器官和所有周围相邻器官的虚拟精确图像，相互作用在手术期间显示出警告。需要使用具有智能功能的下一代能量，工具和吻合器来完成这些最先进的手术。患者与机器人外科医生舒适区之间的功效与侵袭性应成为两者的共同终点。作者还假设未来手术的想法是信息 - 集成机器人，成像和人工智能的综合计算机化手术（图29.2），

重新学习形成了一个循环，以保持，翻译和转移知识和教育从人与人之间。类似的概念适用于高度专业化的机器人结肠直肠手术的专家，以便在处理这种高技术装置时标准化和维持某些协议和安全性。此外，鉴于病例数量和机器人结肠直肠手术的正确处理和技术，必须实现不同的陡峭学习曲线。目前，由于不允许自动机器人外科医生在任何时候都具有更多的支配地位和控制权，所以各种中心都提供学徒，奖学金或监督，没有错误;它将非常有能力并产生高效的团队合作，为所有患者提供最佳管理。也许在做机器人结肠直肠手术时喝咖啡和听最喜欢的歌曲播放列表是外科医生放松的一个想法，并且可以让他们在手术室外的手术期间短暂休息。最后，无论作者在未来实现机器人手术系统的理想概念，作者古希波克拉底誓言的主要重要目标是“首先不要伤害”（Primum non nocere），这需要成为所有人的支柱。医疗实践。


图29.2未来的手术概念

29.4机器人结肠直肠手术中的特权和证件培训

“一千英里的旅程从一步开始。”老子

首先，在应用于患者实践之前，每位外科医生都必须足够胜任掌握和指挥机器人系统。从模拟到现实世界的陡峭学习曲线还涉及机器人外科医生，助手和支持人员，以掌握和指挥机器人手术系统。需要进行培训以获得特权并获得认证，以进行机器人结肠直肠手术，以证明和认可这种微妙的手术。提供学习，学习和认证培训中心的概念。机器人结肠直肠外科手术团队的专家必须建立适当的标准教学大纲，以识别和承认世界各地特别是亚洲地区的机器人结肠直肠手术学员的特权和资格认证。关于通过远程学习过程验证获得实用技能的问题已经说了很多，但问题是现在是否有任何共识或最佳实践可用。为了解决这个问题，继续医学教育，上级机构的过程审核，以及通过基于证据的医学，如出版物，国际会议和专家峰会确定患者的结果，益处和实践，是这些新想法的良好起点和做法。机器人结直肠外科医生的工作描述，工作自动化和风险评估需要在被称为机器人外科医生之前加以考虑。

这些想法的缺陷包括一家商业公司控制市场的可能性以及培训和认证的高成本; 在作者开始这些想法之前，作者可能需要思考。 但是，作者认为优势大于这些想法的缺点。 在未来，作者假设受训者将能够在他们自己的中心进行训练，并且随着机器人手术的进展，如果有必要，可以由主管在各大洲进行监控。 机器人社区之间的自由贸易思想将为发展中国家提供在机器人手术时代有类似机会前进的机会。 这一切都只是旅程的开始。 随着作者拥有未来，让医学覆盖所有人，超越边界……

参考：Surgical Treatment of Colorectal Cancer Asian Perspectives on Optimization and Standardization