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常见消化内镜手术机器人的结构特点

2023-04-0610:51

【提要】

随着消化内镜微创治疗技术的迅速发展，内镜黏膜下剥离术已成为胃肠道早期癌的标准治疗方式，但由于操作难度大、学习曲线长、术中出血及穿孔风险相对较高，限制了其在世界范围内的推广。目前出现的多种牵引技术仍存在不同程度的不足，为此，消化内镜手术机器人应运而生。根据内镜搭载平台的可获得性，消化内镜手术机器人分为专用型内镜机器人和普通内镜整合型机器人。在内镜黏膜下剥离术中，已有多项研究显示出消化内镜手术机器人较普通内镜的优势。本文就目前常见的消化内镜手术机器人的结构特点及临床操作性能进行介绍，以期为消化内镜手术机器人的发展及临床应用提供参考。

内镜黏膜下剥离术(ESD)与内镜黏膜切除术(EMR)相比，具有更高的完整切除率和更低的原位复发率，与外科手术相比，具有更小的创伤性、更低的手术相关死亡率以及更低的医疗成本，目前已成为消化道早期癌的标准治疗方式。然而，ESD对内镜操作技术要求高，学习曲线长，术中多缺乏有效牵

引，黏膜下剥离视野受限，在现有设备条件下术中难以形成类似外科腹腔镜手术中的操作三角(triangulation),导致手术出血及穿孔风险较高，因此在部

分西方国家中的应用并不广泛，也在一定程度上限制了其在我国基层医院的推广应用。临床医师尝试了多种牵引方法来解决这些困难，包括体位牵引、重物牵引、止血夹联合弹力圈牵引、S-0金属夹牵引、磁力牵引、经皮牵引等，它们在ESD过程中可在一定程度上改善手术剥离视野，但这些方法在牵引力方向控制、黏膜下层张力调整、牵引区组织重新抓取等方面仍存在局限性，且其中部分方法为有创性操作，限制了其在ESD中更广泛的应用。因此，多种消化内镜手术机器人被开发出来用于解决上述问题。

手术机器人是集医学、人体工程学、计算机科学、机械学等多学科于一体的医疗器械产品，可从视觉、听觉、触觉等多维度为医师手术操作提供支持，被用于超出人类能力范围的微创手术领域。传统外科手术机器人按临床操控方式可分为被动支撑型、主动驱动型、协同操作型、主从遥控型等。其中主从遥控型为目前最常见的机器人类型，即主端由手术医师控制，从端由机械臂控

制，主端通过从端上的视频成像系统获得术中视野图像。

消化内镜手术机器人大多数属于主从遥控型，但由于消化内镜手术经狭窄腔道进行，手术视野不易显露，且载体为柔性内镜，因此其设计特点与达芬奇等腹腔镜手术机器人有所不同。我们根据内镜搭载平台的可获得性，将消化内镜手术机器人分为专用型内镜机器人(需专用设计生产的内镜机器人)和普通内镜整合型机器人(可与普通内镜组装使用的内镜机器人)(表1)。

表1目前常见的消化内镜手术机器人汇总

机器人名称

国家

分类

研究进展

STRAS系统

法国

专用型消化

活体动物实验

内镜机器人

仿生柔性机器人系统

中国

专用型消化

离体动物实验

内镜机器人

Flex系统

美国

专用型消化

离体动物实验

内镜机器人

MASTER系统

新加坡

普通消化内镜

临床试验

整合型机器人

TASER系统

英国

普通消化内镜

临床试验

整合型机器人

PETH系统

韩国

普通消化内镜

离体动物实验

整合型机器人

REXTER系统

韩国

普通消化内镜

离体动物实验

整合型机器人

EndoPicasso系统

中国

普通消化内镜

活体动物实验

整合型机器人

一、专用型消化内镜机器人

(一)STRAS(subperichondrialtransseptal)系统

该系统的第一代(STRASV1)是由法国研究人员基于Anubiscope平台在2013年报道的一种柔性消化内镜机器人。2017年Zorn等在第1代基础上改进为STRASV2。该系统内镜模块主要包括1条主镜和2个操作臂。主镜的远端同标准内镜配置类似，包括摄像头、照明系统和气水通道；2个柔性操作

臂由主镜头端两侧的专用通道伸出，外缘有流线型保护壳，可避免进镜过程中损伤周围组织。2个操作臂伸出后可向内弯曲形成环形，构成手术需要的操作三角，各系统协同，共可提供10个自由度的精细操作(图1)。该团队进行的12只动物ESD实验结果表明，STRASV2系统的平均剥离时间为34.25min

(4~93min),剥离速度[(64.44±34.88)mm2/min]明显高于传统内镜

[(35.95±18.93)mm2/min],且上述实验过程中STRASV2系统组出现

了上升式学习曲线，但尚未观察到峰值，手术穿孔率(1/12)与使用标准内镜(8/16)相比显著降低。

该系统相较传统消化内镜在进行ESD时可实现操作