走进“达芬奇”的手术室,看机器人如何切除肿瘤(附手术视频)

科通社2018-04-16 14:33:51


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全国第一台“达芬奇”手术机器人落户301医院已十年。记者带您走进手术室,直击机器人切除肿瘤全程,听主刀医生讲述操作感受。


文并摄/记者 白竟楠(除署名外)


图文编辑/李乃麟  新媒体编辑/陈炫之


采访专家>>


张旭(中国人民解放军总院泌尿外科主任医师)


高江平(中国人民解放军304医院泌尿外科主任医师)


张鹏(中国人民解放军总院泌尿外科主治医师)


师云雷(上海微创医疗机械有限公司手术机器人控制经理)


太长先看版

1、全国第一台“达芬奇”手术机器人落户301医院已十年,至今该院泌尿外科两台“达芬奇”已完成3000多例手术


2、严格地说“达芬奇”并不能算机器人,因为它没有智能系统,完全由医生操作,手术关键仍然是医生水平


3、手术实施时医生手脚并用,像玩游戏机一样远程遥控操作“达芬奇”


4、“达芬奇”的特点是眼力好、超灵活、够听话,它能使手术更简单、更安全、更省力,但医生得不到力觉反馈是缺陷,因此对医生的经验要求更高


5、由于国内“达芬奇”数量少,机器和耗材都很昂贵,所以目前达芬奇手术的价格还比较高


近年来,人工智能不断挑逗着大众的好奇心,无人驾驶、全自动车间、围棋界的AlphaGo等等,这些都让人瞩目。现在医学界也出现了在外科手术台上风光无限的手术机器人,比如达芬奇。


当然啦,此达芬奇非彼达芬奇,那位达芬奇因为绘画为人熟知,这位达芬奇走进中国人的视野却是因为缝合葡萄皮。。。机器人“达芬奇”缝合葡萄皮的精准性令人吃惊。


达芬奇手术机器人在玻璃瓶里缝合葡萄皮:



像缝合葡萄皮一样,医生可以远程控制达芬奇手术机器人的操作臂为病人动手术。机械臂的操作手甚至比人手还要灵活,还可以深入到传统开腹手术和微创手术难以达到的位置,最大限度减少病人的创伤。


▲解放军总医院达芬奇机器人手术室全景(图片由301医院提供)


2007年,全国第一台“达芬奇”在中国人民解放军总医院(下称301医院)泌尿外科的手术室“安家落户”。至今,已经是它在中国正式应用的第10个年头。


2017年2月26日,国内首家达芬奇手术机器人基础培训基地在上海长海医院启用,填补中国内地培训空白。前不久,北京科技报|“科学加”客户端记者走进301医院的手术室,亲眼见证了“达芬奇”完成一台高难度肿瘤切除手术的全过程。


直击手术
黄色切割蓝色止血,70分钟医生“遥控”切肿瘤


在301医院外科大楼二层的第二手术室中,泌尿外科主任张旭和主治医师张鹏在为一个肾癌病人做切除肿瘤手术,张旭是这台手术主刀医生。


这台手术难度比较大,肿瘤长在病人右侧肾脏较深的位置,如果使用传统开腹手术,会对病人造成严重创伤,甚至割除右肾;如果采用传统腹腔镜微创手术,对于医生来说是一个不小的挑战。术前通过医生与病人及家属的协商,决定使用达芬奇进行手术。


▲张鹏正在调试达芬奇机器人床旁机械臂系统


在手术室里,记者第一眼看到这个家伙的感受是:“达芬奇”简直就是巨无霸啊!难怪需要一间专门的大型手术室。而操作台则放在手术室的角落里,体积也不小,两者之间通过线缆相连。


7点50分,病人被推入手术室,在病人被麻醉成功后,张鹏和护士合作为病人打孔——用“达芬奇”做手术之前,要像准备普通微创手术一样,在病人的腹部圈出穿刺位置。因为达芬奇有三个操作臂和一个镜头臂,还需要有一个人工辅助位置,所以一共要在病人腹部打五个孔。在手术之前,护士已经为达芬奇的四个机械臂换好了无菌套袋。经过十分钟打孔成功,将四个机械臂通过穿刺孔置入病人腹腔。


调试机器人准备手术:



9点之前,主刀医生张旭到达手术室准备为病人做手术,这样的手术张旭从2008年来到301医院后已经经历了上千次。


▲张旭坐在控制台前,操纵“达芬奇”为病人做手术


手术正式开始。张旭坐在操作台上,双手的大指和中指插入操作臂的指环里,来回开合、移动操作着手术台上的床旁机械臂系统。他的双脚还同时控制着操作台下面的六个踏板。踏板分为三列,左边一列黑色的负责控制腹腔镜机械臂在个个方向上的移动。右边两列分为黄蓝两色,黄色是切割,蓝色是止血。


▲操作台下面有六个踏板


除了张旭,张鹏和护士均通过屏幕配合手术,因为要绕过结肠、十二指肠等器官后才能进入肾脏,记者是个医学“小白”,看不懂屏幕里具体操作的是哪个器官,但是可以明显感觉到成像效果非常清晰。如果通过张旭做手术的目镜向内看,会发现血管、筋、脂肪、脏器在3D显示下很直观。正如张旭所说,在目镜里看到的影像比直接开腹要好得多。


▲张鹏和护士通过视频处理系统配合张旭进行手术


张鹏说:“肾脏不在腹腔里,而是在腹膜后,也就是腹腔后面,把机械臂放入病人腹内后,在腹腔中结肠的旁边打开腹膜,把结肠下移,从而开通进入后腹腔的路径,把十二指肠和下腔静脉推开,就可以很好地暴露肾脏,进行手术。”手术开始20分钟后,“达芬奇”的机械臂到达了患者的肾脏。


从阻断肾动脉开始切除肿瘤,到切除完毕缝合创面,仅用了十多分钟的时间,这也是阻断动脉血管的最佳时长。同时,这十几分钟也是整台手术中最关键、风险最高的十几分钟。完成后,张鹏松了口气说:“这个手术要张主任这样的‘大师’做才能让人放心。”


独门绝技
“达芬奇”没有智能系统,手术关键仍是医生水平


为什么“达芬奇”能这么“轻松”地完成高难度手术?张旭向记者介绍了“达芬奇”的“独门绝技”。首先,他更正了“达芬奇机器人”这个说法。他说,“达芬奇”应该是一个手术操作平台,并不是我们通常意义上说的“Robot”,因为它没有智能系统,完全由医生操作,所以这台机器人能适用于几乎所有的外科手术,但手术的关键依然在于医生的水平。其次,能让“达芬奇”有如此优异表现,离不开其自身的三个“独门绝技”:HD高清立体视觉,6+1自由度器械设计,直觉操作。


眼力好:10倍放大,三维画面,实时传输


上海微创医疗机械有限公司手术机器人控制经理师云雷,向记者解释了这三个“本领”。


师云雷说,视觉效果对于手来说是最重要,不仅要看得清,而且要看的细致。HD高清的意思是“高分辨率”,就是我们普通意义上理解的HD电影。在医生控制台系统的目镜中看到术野的放大比例是普通腹腔镜的10倍,而且可以灵活调整内窥镜方向,看到自己想看的区域。普通腹腔镜是2维画面,而达芬奇是三维画面,实时传输。


手术影像非常清晰:



超灵活:13个关节机械臂,活动极限超人手




至于“6+1自由度器械设计”,其实是一个物理概念。“达芬奇”一共有四个机械臂,每一个机械臂末端连接的“手”,都是小夹子或小勾子形状。如果按照坐标系划分方向则有X,Y,Z三个方向,在每一个坐标轴上都可以偏移和旋转,所以是6个自由度,另一个自由度就是夹子可以张合。简而言之,机械臂的“手”超出了人手的活动极限,由于有13个关节,因此比人手要灵巧得多,而且非常小,一个机械手只相当于三分之一个一毛钱硬币的大小。



▲机械手比人手要灵巧得多,一个机械手只相当于三分之一个一毛钱硬币大小(供图张旭)


够听话:人手怎么操作,机械臂就怎么动


而“直觉操作”,顾名思义就是器械末端从方向上完全跟随手的操作,即医生手怎么操作,机械臂就怎么动,百分百“听话”。


当然,这些只是达芬奇机器人众多“本领”中的一部分。其他的还有诸如防呆设计、双控制台能力(两个医生可以同时协调控制同一台手术)、全触摸操作屏、可以根据视觉效果调焦以让近视人员脱镜使用等等。


▲达芬奇手术机器人的机械臂在运动(301医院提供)


医生体验
手术室里的“游戏机”,没有力觉反馈是缺陷


而在用达芬奇做手术之前,张旭已经做了将近20年的腹腔镜手术,如今他已经成为泌尿外科腔镜手术的“大师”。谈到操作“达芬奇”的体验,张旭开玩笑说,感觉就像手术室里的一台“游戏机”,医生坐在控制台前,通过手脚操作机械臂、摄像头、双极等为病人做手术。


不过,达芬奇机器人没有力觉反馈是最突出的问题,不如直接上手感觉更直观。张旭说,这只能用视觉来弥补,医生要根据自己的经验,从判断牵拉组织的形变估计操作力。事实上,除了动脉血管或者血管密集区域,大部分区域比较耐操作,人体脂肪和组织弹性还是很好的。


张旭在控制台上操作:



“如果不用达芬奇做手术,这台手术的难度就更大了。因为瘤子位置比较深,不容易寻找,而且比较靠近肾动脉和肾静脉,在缝合时容易损伤到血管。用达芬奇,3D视觉效果让术野呈现的更清晰,放大倍数更大,就连平时用肉眼都很难看清楚的血管都能看的很清楚,就能最大限度减少损伤和出血。”张鹏介绍说,“如果传统微创手术,操作臂只能朝向一个方向,想调整角度比较困难,尤其是重建性手术,调整进针、出针角度不灵活。”


301医院是我国第一个引进达芬奇手术机器人的医院,理论上来说,所有的外科医生都可以使用达芬奇做手术,但是在此之前要进行培训。如今已是304医院泌尿外科主任医师的高江平当年是中国第一批赴美国参加达芬奇机器人培训的外科医生,随后也就顺理成章地成为第一个在泌尿外科用“达芬奇”完成手术的医生。


“院长当时非常重视新技术,达芬奇机器人是手术的未来,所以在2007年正式引进,我在07年10月完成了泌尿外科的第一台机器人手术。”高江平说,“当我第一次使用达芬奇做手术时,那种感觉和平时做手术的感觉是完全不一样的,一开始不适应,因为要转变传统的手术思维,而且用机器没有直接触摸的感觉,要完全依靠视觉判断下手重了还是轻了。但是在经历了四五十台达芬奇手术之后,发现越来越顺手,机器精准、清晰的优势逐渐凸显出来。如今,如果没有‘达芬奇’,我反倒会觉得不适应。”


优势对比
更简单、更安全、更省力


传统的腹腔镜手术难道不能与达芬奇匹敌吗?其实,除了视屏的清晰度和器械操作的灵活度,达芬奇还有许多优势。


比如,传统腹腔镜手术中,医生眼手协调度降低,视觉范围和操作器械手不在同一个方向,医生要抬着头一边看屏幕一遍操作,非常辛苦。而且做手术的医生必须要和拿着摄像头的助手相配合,才能看到自己想看的视野,二维图像也为医生的距离判断增加了难度。



达芬奇自带防颤设计,有点像照相机的防抖动,可以自动滤除震颤,比人手稳定。而传统腹腔镜需要医生拿着一根三十厘米长的操作器通过套管进入腹腔,哪怕一点细微的震颤都会被成倍放大。


而且,因为不用直接上手术台,主刀医生不用术前刷手、戴无菌手套,减少了许多繁琐的程序,需要更换机械臂的手术器械,让辅助医生帮助完成即可,整台手术不用离开座位,这也为医生进行长时间的大型手术节省了体力。


国内现状
数量少,手术多,价格高


目前,中国大陆总共只有50多台达芬奇机器人,相比于美国将近3000台和日本的两百多台,我国的数量还有很大的上升空间。张旭说,虽然中国只有几十台,但是我国单台达芬奇承载的手术量远远高于美国,以301医院泌尿外科来说,2台达芬奇机器人每天都在不停地运作,医生和机器都很辛苦。用张鹏的话说,做手术从早晨到半夜是天天都有的事儿。从2007年开始用达芬奇做手术至今,301医院总共已完成三千多例手术,其中一半以上都由张旭完成。


▲国内机器人手术完成量(供图张旭)


“现在,我要求我们科室的所有医生在必要的手术中都用达芬奇,这其实就是一种先进的工具,在医术过硬的医生手中,达芬奇能发挥出更大的效用。”张旭说。


不得不承认的是,价格是达芬奇机器人难以推广的重要原因。达芬奇机器人单台价格两千万元,手术器械每条上万元,而且一个手术器械只能使用十次,病人端机器人上面安装了记忆芯片,每插在机器人上一次,芯片就会计数一次,所以超过十次就自动不能使用了,而重新购买的话成本很高,所以,使用“达芬奇”做手术的病人需要多支付三万元手术费用。


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1
达芬奇”机器人身世起底


达芬奇机器人最早是美国国防部为支持远程战争所用的手术机器人,后来逐步商业化,1998年推出了第一代手术机器人。当时监管没有现在严格,达芬奇没有经过临床试验就直接上市应用,此后,凡是达芬奇更新换代的产品只需要和前一代产品对比优势即可上市,不用经过美国食品药监局(FDA)批准,所以达芬奇机器人有自己的“绿色通道”。目前世界范围内微创手术机器人中,达芬奇一家独大,已经“横行霸道”数十年,造福患者无数。


2
手术机器人也有“中国造”


除了“达芬奇”之外,常用的机器人还有色列MazorRobotics公司脊柱手术机器人,美国MAKOSurgicalCorp骨关节手术机器人等等,它们的操作原理与达芬奇都不同。师云雷说,研发手术机器人的公司有不少,但是真正能拿到产品合格证的却很少。目前,国内研发制造的“天玑™”骨科手术机器人拿到了国家食品质量监督检验中心(CFDA)认证,已经上市。


▲济南市第三人民医院的医生用“天玑™”骨科手术机器人进行手术(来源:济南市卫计委官网)


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揭开手术机器人的“达芬奇”密码

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