第二章　机器人手术设备、人员配备和手术室要求

一、前　言

da Vinci（达芬奇）手术机器人是目前世界上最常用的机器人外科手术系统，由总部设于美国加利福尼亚州的直觉外科（Intuitive Surgical）公司开发完成。2000年7月，da Vinci手术系统成为了美国FDA批准的第一个用于外科手术的自动机械系统，并迅速在全球的外科领域得到应用推广。迄今为止，Intuitive Surgical已开发了三代da Vinci手术机器人，分别是 da Vinci、da Vinci S、da Vinci Si和最新的da Vinci Xi系统，每一代性能均较上一代有所提升。目前国内临床使用的以二、三代为主，而Si和Xi系统已经能支持单孔腔镜技术。

机器人手术的主要优势在于其高度放大清晰的三维视野及灵活的机械手臂，空间越小，手术精确度要求越高，其优势也就越明显。总的来说，da Vinci机器人辅助腹腔镜手术在重建性手术的优势要比破坏性手术明显，在窄小的下腹部、盆腔进行的手术优势比相对宽大的上腹部明显。这些优势带给了手术主刀医师极大的便利，包括降低手术带来的疲劳度，减少学习曲线，缩短手术时间等，也使患者能够减少术中出血和住院天数。

当然，辩证法告诉我们，事物都存在两面性。高昂的收费标准、较高的空间和人员配置要求，以及较长的手术器械准备时间都限制了这种高端手术在国内的大范围开展。但从历史的角度看，任何经得起时间检验的高端技术最终都将会普及化；并且随着技术的不断进步，外科机器人的发展也会更加贴合临床应用的需求。本章将就da Vinci机器人手术系统的设备、人员和装机做一介绍。

二、da Vinci机器人手术系统的组成

（一）主要部件

da Vinci机器人手术系统主要由三部分构成：控制台（console）、　床旁机械臂（patient side arms）和摄像系统（video system）（图2-1）。

外科医生控制台是机器人手术系统的控制中心（图2-2）。主刀医生坐在无菌区外，通过双手操作两个手柄、或通过踩踏脚踏板来进行操作：手柄可控制机器人器械臂的移动、旋转，脚踏板功能包括单极电凝和电切、离合、内镜控制、器械臂转换、双极电凝。左侧面板可调节目镜系统的高低和旋转、操控台的高低、脚踏板的深浅；右侧面板功能可进行紧急停止、开启或关闭。在立体观察器中，器械尖端看起来与放置在主控制器上的外科医生的手对齐，非常有助于使手与眼的协调达到最佳程度，使得da Vinci手术系统能够使外科医生像在开放式手术中一样灵巧（图2-3）。进一步的控制是由移动缩放和术者颤振过滤装置来提供的：它使手部的自然颤抖或无意移动减小到最小程度。主刀医生还可以选择将视图从全屏模式切换到多图像模式：该模式能够显示出手术部位的三维图像，并可同时显示出由其他设备提供的最多两个附加图像。da Vinci Si手术系统较之前的产品进一步加强了的人体工程学控制系统，可以记忆每个操控医生的机器操作的位置，5轮转向使控制台移动起来更容易。控制台体积大大减小，占地面积减低，线缆大量减少；此外，da Vinci Si系统还可连接两个控制台，两名术者可以同时进行机器人手术操作，非常有利于年轻外科医生的学习。

床旁机器人手术系统是da Vinci机器人手术系统的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像机臂提供支撑。床旁机器人手术系统操作员在无菌区内工作，负责更换器械和内镜、协助控制台主刀医生，还可进行患者侧的其他工作。为了确保患者安全，床旁机器人手术系统操作员的动作比控制台主刀医生的动作具有更高优先权。da Vinci S/Si机器人的床旁系统配有三个器械臂和一个镜头臂：镜头臂通过直径12mm的一次性塑料戳卡进入患者体内，内镜头有0°和30°；器械臂通过直径8mm的机器人专用金属戳卡进入患者体内，器械有数十种，术中可以随意更换。通过控制背部的电动推柄进行窗旁系统的移动、定泊（图2-4）。

摄像系统平台车内装有da Vinci手术系统的图像处理设备，手术过程中由一名不需要在无菌区的人员操作。摄像平台车还用于放置辅助手术设备，如电刀发生器、超声刀发生器、气腹机等。摄像平台车的部件除了视频成像设备，还包括内部通话系统、隔离变压器和电源板以及CO2槽罐座等。

（二）三维高清摄像系统

成像系统是外科机器人另一大脑核心部件，也是手术系统的中心连接点。

冷光源：机器人术中照明由冷光源提供，光源通过一根光纤、两路光导电缆输送到内镜，并投照到外科手术部位上。

内镜与立体摄像头：来自照明器的光通过光纤电缆沿着内镜的轴向下传送，然后投照到外科手术部位上（图2-5）。光纤电缆的热量有助于最小化内镜透镜上的成雾现象。由内镜捕捉到的外科手术部位的视频图像通过左/右信道传送给特定的立体摄像头，可实现对术野摄像头10倍或更高的三维立体放大。摄像头连接左侧和右侧摄像机控制单元，还与焦距控制器相连。

触摸屏：摄像台车触摸屏具有内部通话系统，可由助手进行触摸操作并与主刀医生进行双向交流（图2-6）。多端输入展示让医生及手术室团队看到手术视野的三维图像，并可看到多达两个额外的视频资源，诸如超声和心电图。

（三）机器人手术EndoWrist器械

EndoWrist器械的设计能够使外科医生具有极高的灵巧性，可完全模仿人手腕动作7个自由度，可以如同人手一样作出屈伸和旋转动作，旋转范围达540°，是人手的3倍；电脑控制每秒同步1300次，同时设计了很多提示来协助手术。EndoWrist器械在狭窄解剖区域中比人手更灵活，在微创治疗环境中就可以达到更高的精确性，在任何外科手术台上实现最快、最精确的缝合、解剖及组织处置。主要包括单极电剪、双极电凝马里兰镊子、电钩、窗孔式抓钳、大持针器、超声刀（图2-7）。机器人器械尽管可以重复消毒，但一般只能使用10次，系统自动进行倒计数。器械安装至床旁器械臂后，其剩余次数会显示在显示屏幕上。

（四）其他附件

除了上述主要设备，机器人手术系统还包括一些专用附件，如器械专用8mm金属套管、十字校准器等（图2-8）。

（五）第四代da Vinci Xi手术系统

目前全球临床上普遍应用的是第三代产品，即da Vinci Si手术系统。这款机器人在实时操作上已经非常到位，但是手术的操作范围上仍比较局限：如果医生想要继续探究患者其他部位或身体更深部位的病理情况，需要重新移动床旁机械臂，或者更换患者的体位。2014年4月，美国FDA批准了Intuitive Surgical公司的第四代机器人手术系统da Vinci Xi投入临床使用。其改进之处主要在于：

1.经过大幅改进的驱动结构使得机械臂移动范围更灵活精准，可覆盖更广的手术部位，更长的支架设计为医生提供了更大的手术操作范围；

2.数字内镜更加轻巧，使用激光定位并可自动计算机械臂的最佳手术姿态，画面成像更清晰，立体感更准确；

3.内镜可以拆卸连接到任何一个机械臂上，手术视野更加广阔；

4.更小、更细的机械手加全新设计的手腕提供了前所未有的灵活度。

实际上，da Vinci Xi系统最大的特点就是其四个微创手术刀的设计，它们均可取出以及重新植入身体内部，并且可旋转支架的设计能够使其旋转到身体的任何部位（图2-9）。此外，该系统和Intuitive Surgical公司的萤火虫荧光影像系统兼容，这个影像系统可以为医生提供更多实时的视觉信息，包括血管检测、胆管和组织灌注等。新系统具有强大的可扩展性，为一系列的影像和器械技术提供了无缝连接入口，能够帮助外科医生完成更为复杂的手术。

三、机器人手术的人员配备

参与机器人手术的人员包括：主刀医生（console surgeon）1名，床旁医生（patient side surgeon）1～2名，洗手护士（scrub nurse）1名，巡回护士（circulating nurse）1名，麻醉师2名。其中，主刀、床旁医生及洗手、巡回护士须取得专业培训机构的操作证书。

为了机器人手术的正常运转，需任命一位机器人手术室专管护士长和专科护士：专管护士长安排手术日分配及护士轮班，在一位新机器人医生开展前5～10例手术时（或开展新的术式或高难度手术等情况）提前告知机器人公司，以便安排公司技术专员协助；技术专员管理并记录每台手术的器械寿命消耗，每周五与公司联系记录本周手术，预估即将用完的器械耗材以尽早订购。开展初期，需记录每台手术的手术室布局、手术各阶段时间等重要参数、术中各种错误故障的处理，以积累经验避免操作错误。

四、机器人手术的手术室要求

需配备机器人手术的专用手术室。其面积大于50m2，呈正方形或长方形。手术室四面墙体必须都配备电源、吸引等各种气体装置。手术室使用可移动的手术床便于机器人手术系统更换泊位。机器人手术室布置如图2-10所示，设备之间通过蓝色光缆传输数据，黄色虚线区为无菌区，主刀医生及操控台需要置于手术室内，术中紧急时刻方便主刀医生第一时间能看到手术台上情况。

（钱蒨健　马梦丹）