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导读：近50年来作为外科发展主旋律的微创技术得到广泛施行并造福于大众，微创泌尿外科技术更是其中的典型代表。本文从机器人外科系统的发展概况、达芬奇机器人外科手术系统的结构特点、达芬奇机器人外科手术系统在泌尿外科腹腔镜手术中的应用、机器人系统在泌尿外科内镜手术中的应用以及未来发展等5个方面阐述。
机器人技术是现代远程信息技术和智能化机械工程技术的结合产物，在军事、制造、航天、医疗等众多领域具有广阔的应用前景，其在微创外科领域中的应用更是一个崭新层面的革新，将手术质量推至更高的境界。而在其基础上的 后机器人时代 技术，甚至可能颠覆众多现有的医疗模式和理念，引发新的医学技术革命。现总结机器人技术在泌尿外科微创手术的应用现状，同时展望未来的发展前景。
1机器人外科系统的发展概况
500多年前，文艺复兴时期的艺术及科学巨匠达 middot;芬奇在《大西洋古抄本》中绘制了第一个机器人的设计草图，而Robot(机器人)源自1920年捷克作家Karel Capek的一个科幻剧本，意即帮助人们从事强体力劳动的工具。
外科机器人辅助系统主要分为脱机系统(offline)和在线控制系统(on-line)两类，前者可按预设程序完成规定动作，后者需实时控制。最早应用于泌尿外科领域的脱机机器人手术系统是行前列腺电切和肾穿刺的Pro Bot系统(Imperial大学，伦敦)和PAKY系统(Johns Hopkins医学院)。
最早开始研发在线控制机器人系统的是美国斯坦福大学的研究中心(Stanford Research Institute，SRI)。他们于上世纪八十年代初建立了相关实验室，对远程控制系统、机器臂等功能结构进行研发。而美国军方在提出 星球大战 计划后，加大了对此项目的资助，旨在研发一套用于战场急救的无人智能手术系统，它的初衷是用于开放手术中。1995年，该中心正式推出Intuitive Surgical Systems，并进一步改进手腕式控制结构，于1997年改名为达芬奇外科手术系统。此系统于2000年获得美国FDA(食品和药品管理局)批准后，开始在临床使用。
同期出现的机器人外科系统还包括Computer Motion公司研发的AESOP机器人系统(1993年)和ZEUS机器人手术系统(1998年)。AESOP机器人系统仅能通过声音或脚踏控制机械臂操纵腹腔镜完成简单动作，由于功能单一，并未得到广泛应用。ZEUS机器人手术系统则类似于达芬奇外科手术系统，有独立的外科操作平台及机械臂。2003年，Intuitive Surgical公司收购了Computer Motion公司，自此世界上唯一可使用的在线实时可控外科手术系统(online system)仅剩达芬奇外科手术系统。由于技术垄断，造成了此系统售价高昂、使用成本居高不下的现状。
2达芬奇机器人外科手术系统的结构特点
达芬奇机器人手术系统包括3部分:操作平台(surgeon control)、手术机械臂(patient side cart)和图像处理系统。操作平台由三维显示器、与机械臂联动的带指环手柄及脚踏板组成;手术机械臂由Endo Wrist智能机械手臂组成，包括2～3支智能机械臂及1支扶镜臂，手术机械臂系统借助特有的Intuitive技术及钢丝滑轮传动技术控制机械臂的腕式运动，同时可借助计算机辅助过滤人手的生理震颤;图像处理系统模拟双眼立体成像原理，通过双窥镜采集信号并整合，达到三维成像效果。
这些先进技术使达芬奇机器人外科手术系统具备了独特的优势，如三维操作视野、十倍的高清放大、七自由度的腕式活动、无人手的疲劳颤抖等，相当于将人的手腕直接放入了患者腹腔，操作更精准。上述特点恰好克服了传统腹腔镜手术的技术瓶颈，极大地提高了操作便捷性和准确度，解剖更精细，操作更容易，尤其降低了高难度重建技术的要求。因此，很快得到全球外科医生的接受，成为高端的手术平台。
自上市后，达芬奇机器人外科手术系统也在不断改进中，截止目前，先后推出了三代，Da Vinci、Da Vinci S、Da Vinci Si。主要的改进是增加了第4臂，用于术中显露，改进了操作手柄，推出了高清的手术视野，改良了手术器械，增加了术中教学功能，使整体更加小巧而高效。
3达芬奇机器人外科手术系统在泌尿外科腹腔镜手术中的应用
截至2010年底，全球装机达芬奇机器人外科手术系统已超过千台，其中800余台在北美地区，其次是欧洲。由于费用高昂，即使在经济高度发达的欧洲，受医疗体制限制，许多国家也未广泛开展此技术。但是，不可否认的是，此手术平台所具备的优越性可极大降低某些重建手术的难度，提高疗效。因此，患者的需求正是不断推动此项技术在泌尿外科领域发展的源动力。
3.1前列腺癌根治术
前列腺癌根治术是目前使用机器人平台最广泛、最成功的术式，这也反过来推动了此技术在其他领域的发展。2010年，美国70%以上的前列腺癌根治术是在达芬奇机器人辅助(robot-assisted radical prostatectomy，RARP)下完成的。
从技术层面而言，RARP手术完全模拟了传统腹腔镜手术的标准步骤，在狭小骨盆中，灵活的机器臂解剖更精细，出血更少，更易于保留神经，保护控尿结构，达到肿瘤根治、性功能保留和完全控尿的完美结果 三联胜 (Trifecta)。近期，完成RARP例数最多的外科医生 Patel报道了最新的研究结果，2008年1月至2009年12月共完成1111例RARP，随访1年，发现完全尿控率、性功能保留率、无生化复发率及 三联胜 率分别为96．4%，89．8%，96．4%和83．1%。同时，无并发症发生率和切缘阴性率分别为93．4%和90．7%。这是一组极完美的结果。诚然，这与国外前列腺癌分期早、病例数量大、术者经验极其丰富密切相关。但是，至少在相同情况下，机器人辅助前列腺癌根治术操作难度低于传统腹腔镜手术，学习曲线更短，尤其熟练掌握开放手术技巧的外科医生。因此，从保留功能的角度看，机器人手术实现了从 身体微创 到 身心微创 更高层次的跨越，代表着前列腺癌根治术的未来发展方向。
3.2肾癌保留肾单位的手术
小肾癌保留肾单位手术已成为泌尿外科指南推荐的标准，其10年无瘤生存率与肾癌根治术相似。而且，在某些大型医疗中心，许多直径4～7cm或位于肾蒂周围的肾癌均尝试行保留肾单位的手术。
保留肾单位手术的关键在于彻底切除肿瘤，并在最短的缺血时间内确切关闭集合系统和血管残端。一旦关闭、缝合质量欠佳，就可能发生继发性出血等严重并发症，轻者切除肾脏，重者有生命危险。缝合时间如果过长，肾脏缺血造成的损伤会使手术失去原有的意义。因此，在某种程度上，此手术对术者缝合重建技术的要求更胜于前列腺癌根治术。
达芬奇机器人外科系统的出现，尤其七自由度的腕式活动特点，大大降低了关闭肾脏缺损的难度，可实现肾脏深层髓质和浅层皮质的 双层关闭 ，明显缩短了肾脏缺血时间，降低了术后出血等并发症发生率。最近Lee等对比了69例机器人辅助保留肾单位手术与234例开放保留肾单位手术(open radical nephrectomy，ORP)，发现除手术时间和温缺血时间略长外，术后肾功能恢复情况、手术并发症均无明显差异。但机器人辅助组患者术后疼痛明显减轻，恢复工作时间缩短，达到了微创效果。另一组国际多中心的研究也表明，在机器人系统辅助下，泌尿外科医生可安全有效地完成肾蒂旁肿瘤等高难度的保留肾单位手术，其手术效果与非肾蒂旁手术相同。
在达芬奇机器人外科手术系统的协助下，术者能更容易地完成高难度的肾脏手术，基本达到开放手术的水平。在带来微创的同时，保证了手术的安全性和有效性，这也是未来保留肾单位手术的发展方向。
3.3其他泌尿外科手术
达芬奇机器人外科手术系统所具备的高清放大、稳定操作、高度灵活等特点，使其在许多泌尿外科微创手术中都具有优势，如肾盂输尿管离断成形术、原位膀胱术、输尿管膀胱再植术、输精管吻合术等。而复杂的二次腹腔镜手术、大肿瘤手术、腔静脉癌栓取出术、联合脏器手术等，也有采用达芬奇机器人系统施术的报道。
由此可见，如果进一步完善达芬奇机器人外科手术系统，增加机器臂的触觉反馈，缩小体积，并降低使用费用，它将全面地取代传统腹腔镜手术，成为今后微创手术室的标准化配置。
4机器人系统在泌尿外科内镜手术中的应用
除腹腔镜手术外，内窥镜手术也是泌尿外科微创手术的重要组成，机器人技术同样涉及此领域，但发展成熟度及应用情况远不如达芬奇机器人系统。最早的内镜机器人平台来源于心内科介入手术，在此基础上，Hasen公司研发了机器人辅助的输尿管镜操作系统(Endovia系统)，其基本结构与达芬奇机器人系统相似，包括操控台、操作臂和监视器。Desai等完成了5例动物实验，以评估系统的便捷性。作者完成所有的肾盂肾盏检查，仅1例发生肾盂穿孔。此后，19例肾结石患者接受临床试验，结石直径平均11．9mm，操作均顺利完成，结石粉碎至1～2mm，手术时间平均91min，其中包括机器人系统的安装时间(7min)及结石定位时间(9min)。最终，56%的患者在2个月内排净结石。
5未来机器人系统的发展
在不考虑费用的前提下，未来外科机器人系统的发展必定以微型化、智能化、触觉化为方向。医学理念已指明了微创的未来方向即 更微创 ，因此，要达到此目的的唯一途径就是多孔变单孔，甚至无孔，在尽可能小的创伤下治疗疾病，达到同样 身心微创 的效果。
Instuitive Surgical公司已开始这方面的创新，尝试研发单孔机器人手术平台(VeSPA)，采用可弯机器人器械和弧形套管的 交叉操作 模式，通过修改软件编码交叉传导操控台与机器臂的信号，实现正常人机工程学效果，避免庞大机器臂间的干扰。此外，欧洲的科研项目组正在设计一种新型机器人(ARAKNES)，两个机器臂和内窥镜整合在一个圆柱体内，置入腹腔后，机器臂可分开，并沿关节随意折曲，就象把人的两个手臂放入腹腔内，极其灵活，这将是下一代微型单孔机器人的雏形。
总之，人的创造力是无限的，患者的未尽需求和工业技术的迅猛发展必将推动机器人微创外科继续进步，机器人外科的时代已经到来。
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