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        本专家讲座为孙大为教授在北京协和医院妇产科业务学习上所做的妇科内镜新进展的有关机器人服务器的相关讲座。

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以下文稿由北京协和医院妇产科李琳医师听写完成。

机器人辅助外科手术（Robot-assisted surgery)－在胸腹腔镜应用的介绍－－孙大为

幻灯片1－机器人辅助外科手术在胸腹腔镜应用的介绍
从95年开始，第一个关于机器人应用于外科手术的程序被FDA所通过以后，那么大概有5年的准备时间。到了2000年的时候，开始有大规模的应用在临床。那么我也不知道为什么，当然用机器人来做手术是外科大夫的终极幻想。但是不知道为什么这5年的时间里面，在国外机器人辅助外科手术得到了外科大夫疯狂的热情或者叫做异乎寻常的热情。那么，甚至在美洲竟然能够累积一种牌子，就是我们后面要讲到的“达芬奇”的一种牌子竟然能卖到500台，所以是一个很奇怪的现象。但是这个技术有人把它评价为第三代的外科手术革命，咱们也可以看看这些介绍是不是。因为鉴于这个内容比较多，我今天只讲它在胸腹腔镜中的应用。开腹手术它实际应用的也不多，也基本上都在胸腹腔镜里边。

幻灯片2－－定义
那么它的定义就是：外科医生不是直接用自己的手去操作，你不在手术台上，你离开了手术台，靠操纵另外一个操纵台来进行所谓的终端控制。那么所谓的终端控制，靠这种终端控制来指挥机器人手臂，靠终端控制来执行你的手术任务。

幻灯片3－－手术系统
这是现在目前在世界上卖的最火的或者说最通用的两套系统：一个所谓的宙斯手术人系统－手术机器人，这是它的全套；这面是它的达芬奇系统。宙斯系统是最早的97年被FDA通过，后来这个公司经营不善，被达芬奇他们公司吞并了。

幻灯片4－－da Vinci获得FDA批准的适应症
那么这是达芬奇系统获得FDA批准的适应症，从2000年开始可以做腹腔镜手术，01年开始可以做胸腔镜，01年就做前列腺，后来做贲门，结果非常惨的就是这个机器人系统，妇产科大夫的兴趣不知道为什么没有外科大夫热情那么高，只有到了05年4月份去年4月份，才获得了在妇科手术中的批准。

幻灯片5－－宙斯系统(ZEUS System)获得FDA许可
这是前面讲的第一种系统宙斯系统，它是04年开始这个伊索的固定内镜系统，就是他第一个先投入在临床被批准的，非常早了。它可以靠着语言来控制，就是说你让机器手臂前进它就前进，让它后退就后退，一会咱们后来再讲。到了2001年他在手术期间开始被FDA所认证。

幻灯片6－－目前机器人辅助外科手术的适应症
那么到现在为止你们看一下外科大夫的热情。

幻灯片7－－适应症
就是在辅助外科手术系统里面，我看了一下几乎所有普外的手术，它们都可以用这种机器人系统来在操纵腹腔镜来做。你们看非常猖狂，那么多。那么胸外科手术更猖狂的是它们可以用它来做冠状动脉的吻合，所谓2mm的血管的吻合，而且这个例子竟然不在少数。我看他们有一篇文章我检索的时候他一个人就做了20例，很短的时间里面他一个人就做了20例。这只是给大家一个提示。

幻灯片8－－适应症
泌尿科全肾的切除等等几乎所有都可以做，它惨的就是妇产科。妇产科虽然说我查到的文献里面是可以做咱们说得这些手术，好像挺全，但实际上每一篇里边文献都很少，因为它是近期才允许做的。在欧洲光达芬奇系统大概有50几套，在美洲有将近500套，亚洲只有21套。那么这些大夫里边作妇产科的确实很少，就现在的状况。

幻灯片9－－开展机器人辅助外科手术状况(前列腺手术为例)
拿出一个图来，这是一个以前列腺手术为例，新加坡人做的统计。你们看从2001年开始，那么黄的这部分是机器人辅助的外科手术，做前列腺切除，那么底下这个是常规手术。你们看它的发展非常的迅猛，那么常规手术的例数几乎未动，依然保持在每年的50到80例里面，可这些已经发展到了400例500例这样子了，非常迅猛。也就是说在他这儿，那篇文章，咱们有一个叫周汉新的大夫，现在在深圳，一个外科大夫，他在新加坡留学的。据他说那儿的大夫可以猖狂的说“他的所有机器人可以把所有男人的前列腺都切掉”，这是他们挺有意思的一句话，不像个好话，但就这意思。

幻灯片10－－手术室印象
那么这是机器人手术的一个手术室印象，一个系统的时候，每一部分每一部分咱们必须看这个图，这么讲讲不出来。讲后边的部分它是这样的，机器人的手术系统它大概分成3个部分：一部分就是所谓的手术台，我医生坐的那个地方，我不是在手术台上，我是坐在我的操纵台，这是一个部分。然后还有一个部分就是机器人和摄像系统，都在现在的咱们传统意义的手术台，在那个上，包括机械臂那些东西。那么还有一部分就是成像系统，就我们现在看得那些电视画面的那些系统。那么它整个的一个工作原理其实讲起来比较简单，说起来就是人来操纵计算机，计算机来操纵机器人，来操纵机器臂，机器臂来给病人做手术，然后再采取手术当中的纪实图像，来给术者以反馈，应该是这样。当然，这个还不是我们理解上意义的机器人，因为我们理解意义上的机器人应该是它自己本身应该有自主思维，我去判断去怎么来做这个手术，现在还没有达到这个。那么现在只能达到人来操纵机器，来做这个手术。这个中间有很多技术的参数，我在这里没法讲，我也就不讲了。就是它比方说它所用的人的手的操纵系统，它应该是一个生物的仿模具系统，这个咱们回来重头再看一下。这个上面是它的显示系统，这是它的机械臂系统，一会儿我们可能还能看到它的一个操纵台的系统。

幻灯片11－－为什么使用机器人？
为什么要使用机器人？这个没有人给我们定义，这是我看了那么多东西我自己琢磨出来的，不知道对不对，朗大夫给提提意见。

幻灯片12－－医师的评价
没有办法说它的定义，那么为什么要说？但是我挑了这些大夫的话：这个心脏外科大夫说“机器人的手臂不会颤动”，因为他的机器人是通过一个电脑的滤过系统，我们人嘛，外科大夫也是人，人就有生物性，你做精细动作的时候你会有颤抖，你会有不自觉的无意识动作，那么这些动作都会被机器人的电脑所滤掉，所以你的操作不会颤动，我总结说就是稳定，他的机器人操作非常稳定。第二一个就是在小儿科外科大夫说了“它可以在狭窄的环境中达到比人手更好的效果”，那么也就是说它可以从缝隙里钻过去，他举个例子就是说为什么它现在全用机器手工作，就因为新生儿的肚子他举得例子只有拳头大，那么在拳头大的里边你要是用手进去，什么也干不了，那么他需要用机器手来做，那么这样可以更精细。心脏外科大夫讲了“我们正在连接一个只有2mm的微细血管”，那什么意思呢？就是说它更准确、精准。基本外科这个人说“可以想象未来无论专家身在何处，都可以参与手术或者提供帮助”，这就说了一个我们将来一会要讲到的最后一个问题，就是远程手术操作的问题，就是远程呢我来控制别人，人和人是没法控制的，但人可以准确的让机器人来表达我的愿望我的操作。中国人说了“坐在沙发上开刀”，那意思就是说我可以很舒服的可以节省体力。

幻灯片13－－基本原理？
基本原理我刚才已经说过了。

幻灯片14－－基本原理
不说了。

幻灯片15－－可能会发生什么问题？
那么可能会发生哪些问题呢？

幻灯片16－－可能发生的问题
这个是FDA给它的评估，它的前三个问题它还挂在那儿，就是我批了你可以临床用，但这三个问题那么以后还要逐渐的解决。第一个就是计算机出现技术故障的可能，你的所有的程序，本身就可以出现故障，你的机械部分本身可以出现故障，那么这种可能有多大？第二一个，这些技术障碍能够对病人造成的风险有多大？这个要以后继续评估。第三一个，就是自动的防故障装置，这个我也不知道翻译的对不对，大概这意思。那什么意思呢？就是说你这个机器人来做手术的时候，我人呢可以发现了危险，我就stop我就停住了，但是机器人它会不会停呢？它会不会继续沿着错误的思路做下去呢？这个有问题。现在有了自动防故障装置，只是一个非常简单的，能够防止人出错的。你比方说它是那样的，我这人脸在看着镜子的时候我一挪开，就是我注意力不在这儿，它马上机器自动停止，它叫冻结装备。它只有这种简单的防故障装置，更深的没有。那么同样，跟做腹腔镜一样，在开始运用机器人的时候，也面临着你判断不准确，有的时候改开腹的可能，转换传统的方式。那么目前机器人手术比常规手术需要花更多的时间。有一篇文章说“机器人做一个腹腔镜的全子宫大概要花两个半到三个半小时”，他做了四例，他这么一个结论。然后他就说他自己“如果我直接去做腹腔镜的话，我需要一个半小时”，那么也就是说它要翻倍的时间，那么这里有调整机器安装机器，这方面时间都算在里边，他们经验不足有关系。

幻灯片17－－系统组成
组成咱们刚才已经简单说了，这是医生的操纵台，这是显示系统，这是机械手臂，这张图像，看见那个角了吗？显然是个模拟图像，不是真正的，它的手术截的一块。

幻灯片18－－外科医生控制台
这是我们所看到的医生的操纵台，操纵台大概有这么几部分：一部分是它的目镜系统，为什么他不用一个屏幕看而用目镜系统看呢？是因为现在它的机器人系统用的显示屏是完全立体三维的。一会儿我们会看到，一个镜头它会有两个相差的镜头在那儿摄入，这样的话象咱们看的那个立体电影一样，你再戴个相差的眼镜，这样你得到的是三维图像，所以脸必须贴到孔上来看三维图像，那么这里面是两个人的操纵杆，用两只手来做你的工作。

幻灯片19－－医生控制台
那么底下是个脚踏板，我们来看一下这个大夫，一会镜头转下去就是看他的手怎么操作。这是整个的操纵杆，这个操纵杆是完全用三维的自由度的，上下左右前后全都可以，然后手做精细动作，来操纵机械臂，就用两只手。

幻灯片20－－脚踏控制板
这后边的脚踏板。

幻灯片21－－脚踏控制板
脚踏板就是用你的两支脚来操纵，其中有调整镜头的，有调整焦距的，然后有电烧的，还有复位的，就是让你的整个系统恢复到开始的位置，后边这个像就不看了，就怎么踩就是了。

幻灯片22－－直视三维高分辨率图像
这是要给大家介绍的一个新的技术，它是直视的三维高分辨率图像。你们看它的镜头和咱们的镜头不一样，中间有一个光源，光导纤维，然后它用两个摄像头来摄，这两个摄像头摄出来的是有偏差角度的，然后在这个镜面上面是用两只眼睛去看，这样看到的图像和咱们去迪士尼乐园看那个立体电影是一样的，是个深景的完全三维的，这样避免操作误差，这是目前最好的系统。

幻灯片23－－伊索(AESOP)－握住内窥镜的声控机器人
然后这是其中的一部分，这是一个机械臂。这个伊索之所以有名，他不是特别聪明，像阿凡提的那个奴隶，他不是那个。而是说它是机械手里面的第一个机械手，它的功能是靠语言来控制，与医生来控制摄像头怎么弄。这个语言控制就是一个记录仪器，刘大夫拿一本小书全念进去，从此它就认刘大夫的声音了。刘大夫在上台时把卡往里面插，刘大夫的指令它就会执行，就这样。它的主要优点就是解决了手术医生和助手配合的不协调。你比方说我让小樊，我说“你往前推镜子”，他不知道推到哪一点合适，但是如果我来说“向前、向前、停”，那就是我认为最合适的地方，这是它的意思。

幻灯片24－－床旁手术机械臂系统
这是机器手臂，现在机器手臂比过去，从03年以后它们都变成四臂系统，它可以用四个手臂来做，它有独立的车，6关节的机械臂，这个6关节很厉害，我们一支胳膊才6个，它也6个臂。然后它有四只手，我们平时只有两只手。而且它现在的设计的拆卸很方便，都是卡口的，一卡就可以。

幻灯片25－－动作控制
我们来看一下它的动作控制，这个控制手柄是个仿真手腕，那么这样的话，手术器械和你完全是一种主仆关系，就是说你怎么动它就怎么动，没有看到两手运作。它有一个最好的技术就是所谓的精细动作可以做的，就是说动作的缩放比例这种技术，我们的手每动一点儿，前面的器械你动1cm它也动1cm。那如果我们操纵吊车的时候，我这动1cm，吊车走100m。它正好把这反过来，它有三个档，当你想做精细的像他们心脏接血管的时候，它用5：1的档，我手挪5cm，它才挪1cm，这样你动作当然就精细了。这里边有一个能显示机械手怎么灵活。

幻灯片26－－剥离子宫肌瘤
这是一个机器手来剥肌瘤，你们看它的机械手腕，它可以在空间里边任意的转动，咱们的器械是不动的，咱们的器械只能360度这么转，它是可以这么转的，它的机器手非常的灵活。然后它把肌瘤提住，它的手完全立起来，进里面去挖，在真正的挖肌瘤，和人手是一样的，非常的灵活。

幻灯片27－－缝合子宫
这里的打结，我觉得这个根本不用训练，像他们头两年的住院大夫用这个打结都可以。你看它的机械手臂可以用任意的角度来持针来缝，它想转成这么夹就这么夹，想直着夹就直着夹。一会儿它要打第二个结的时候手腕非常灵活，非常轻松，不需要你做很多的培训，跟人手打结是完全一样的。

幻灯片28－－打隧道
我们知道在腔镜和开腹做宫颈癌的时候打隧道非常的难做，你们看它用的机械手是一把机械刀，它也是可以多角度旋转。它来推这间隙，然后完全转过来，非常轻松的打隧道，它先把输尿管从旁边推下去，然后它自己弯一下回来，这隧道打完了，然后双极一凝一切。所以他们用这个做宫颈癌的那个人很得意，他在说这件事情。重播一遍这个让大家再看一遍。现在它在从阴道上端往下剥输尿管，那么等于这个间隙已经开始慢慢出来一点，然后它反手从正面，它的刀可以完全转过去，形成一个直角，然后来打这间隙，这比我们用直角钳好像还方便，那好这就是一个间隙，它这个宫颈癌做的扩大手术也是不错的。

幻灯片29－－内手腕(EndoWrist)
这就是所谓的EndoWrist所谓的内手腕系统，它有7个自由度，通过4个连接器模仿人手腕的动作，其实这个系统的达芬奇直觉公司它是要用这个名，其他公司还可以用软手腕等名字，反正总之就这个意思。它可以把人手的动作很准确的传到器械的端部，最尖端，那么来做这个，在狭窄的解剖环境中能达到比人手更好的效果。这个我看了它这个手术我还是挺相信的。

幻灯片30－－资源共享
它就可以减少很多的器械，就跟人手一样，一把手可以代替很多的手术器械。

幻灯片31－－新一代的达芬奇手术系统
这就是所谓的新一代的达芬奇手术系统，特别像克林斯演的那个电影“机器战警”，像他的那个搭档美女，它实际是一个什么意思呢？我拿这个图的意思就是说，它实际上在手术台上不需要医生，它只需要一个护士，那个医生打完那个孔以后他就下台了，他去那操纵，然后这个护士在这干吗呢？管换那些头儿，她在做那些头儿的转换。比方这个孔需要一个什么头儿，那个孔需要一个什么头儿，她来换这个就可以了。所以在台上实际上他们俩在那忙和。

幻灯片32－－培训
这是它的一套培训系统，在这儿为什么把这个拿出来呢？就是因为机器人系统的培训非常重要，它需要有一些大夫的专业知识，你怎么来理解电脑，怎么来理解机械手，怎么来做实际操作，它有一套很严格的培训的东西。这是胸腔的模拟器，这是咱们一般的训练的模拟器，这么老的老头在那训练就是这个意思。

幻灯片33－－遥控外科手术(Telesurgery)
那么第二部分就是遥控外科手术，讲这个机器人手术就不得不讲这一块，因为机械手最重要目的是为了遥控手术。怎么能做到一个好的外科医生能够远隔千里之外帮别人做手术，这是最重要的，所谓的医疗资源共享。其实人们已经试着琢磨了很长时间了，但是2001年才第一次真正用于实践。

幻灯片34－－林德伯格
拿出这么一个图，林德伯格，大家都知道这是一个上个世纪二十年代的美国英雄，他靠一个单螺旋桨飞机飞了33个小时，从纽约到巴黎。那么后来2001年的时候人们做第一个远程手术的时候就是在纽约来操纵法国的一个手术器械，他们就给它命名为“林德伯格”。

幻灯片35－－世界首例远程机器人手术
2001年9月19号，这个后来他们也在做，比方说新加坡人和美国人，美国人和澳大利亚人，他们也都在做这种手术，但是我自己觉得没有它这个意义大，因为它到后来的手术的基本上的技术指标和手术操作没超过这个。那么2001年的时候在法国的Strasbourg这么个地方，患者和手术室是在这儿，这是一个60几岁的胆囊的病人，然后在纽约Jacques这个人，他在纽约来做这个手术，那么两者的距离肯定在4000英里以上了，它是一个胆囊切除手术，大概花费了45分钟，装配机器人花费了16分钟，因为这个外科大夫认为这个很具有革命性，把它命名为“林德伯格”手术。

幻灯片36－－手术现场
这是当时的手术现场，Jacques这个人是在美国，这是他所面对的这个器械和他手上所做的操纵。他这个还是早期的手术设备，还没有我们刚才看到的操纵杆那么好，这个是早期的宙斯系统，比较简单。但是我们看这是Strasbourg的手术现场，这是一个全景图，这是一个手术部位图，那么我们看它这个显示的腔内的画面是一致的，然后看这个全景的画面，来证实这是一个同时的画面。

幻灯片37－－设备及技术
那么这种遥控技术大概需要下面这些系统做保证，一个就是外科机器人手术系统，他用的是宙斯。然后还有一个是微手腕系统，跟刚才咱们讲的EndoWrist讲的那个是一样的，叫内手腕系统，就是多关节的这种手术器械。然后还有一个综合的苏哥拉底系统，就是远程的一个合作系统，这个系统要把大概五六组信号，比方说患者的同步的腹腔内信号、患者手术室的纪实的信号、手术者所传达的手术操纵信号、还有电话系统电话会议系统，把这些信号综合起来进行传递，那么就是这个系统。我不知道为什么他们老用名人的名字，这个苏哥拉底系统后来被采用的比较多，后来他们在新加坡和美国、美国和澳大利亚他们做的远程手术，一直到去年，他们都是用这个综合系统。再有一个就是宽频，就是电信所提供的光纤的宽频。

幻灯片38－－技术关键
这里边有几个技术关键，一个就是必须用光纤的宽频，这样它速度才快，传输的东西才多，它必须“端到端”的一个高速光纤连接，如果像咱们现在的Internet那种，我查询一个东西转无数家，那肯定是不行的，速度慢。它们所有用信息的这些东西，它要实行整合，这样它才能提高它的速率。然后用它的最佳的压缩方法，不是咱们平时民用的，那么压缩的图像又逼真，又不占用过宽的频宽，好像是这样。那么这里最关键的一个东西就是时间延迟，就是说从外科医生的手的动作一直到返回的视频图像之间的这个差有多大，这是决定手术成功的关键。按照人眼睛的判断标准，如果大于200毫秒，也就是0.2秒的话，那么人就能感觉出来了。我的手动一下，那边才反应过来，那这是不行的。咱们外科手术要求它得同步。所以它经过了这么多好的技术，然后能够保证在4000英里以外，能够使这个时间延迟降低到150毫秒，这么快的一个速度，这样人眼是分不出来的。那么据说在任何一个大陆，陆地与陆地之间的衔接如果大于500公里的话，按照咱们现在的宽频技术，那图像的延迟就要将近1秒钟。所以这种的如果要做的话，将来的发展可能还得靠好的电信技术再进一步配合。它这个是花了这么多钱了，占用的宽度，花了100万美元做了这个手术。

幻灯片39－－外科医生Jacques Marescaux教授
这句话挺有意思所以我就给拿出来了，作为今天这个小的讲座的一个总结。这个人现在很有名，好像是外科腹腔镜协会的头儿，就是我们刚才讲的在纽约操纵的那个老头，他说“这种远程的手术是外科史上继外科微创技术和电脑辅助以来的第三次变革，或者叫革命；外科微创技术使手术可以借助一个摄像头指导进行而不需要做开腹或开胸”。这是第一层次，第二层次他认为“电脑辅助为医生带来的人工智能使手术变得更加安全、动作更加细腻，同时也引入了一个医生和病人可保持一定距离的观念”。就你不是在贴在病人身上做。那么这次革命性的突破，他认为是“引入一个全球外科技术共享的这么一个理念，那就是说外科医生无论身处何处，都可参与世界上任何地方的手术”。他认为这是以后的发展方式，是不需要搬病人，也不需要搬医生，而只需要坐在不同的地方来做同样的手术或者是更难的手术。

幻灯片40－－谢谢
谢谢！