当前位置： 冠状动脉疾病 > 冠状动脉疾病感染 > 进展机器人心脏手术进展和未来趋势
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摘要
微创是心脏外科发展的必然趋势。机器人心脏手术是微创心脏外科的代表方向之一，它通过胸壁数个微小切口、高清立体成像系统和7个维度的机械手臂，能灵活地在胸腔内实施心表或心腔内各种复杂操作。其中，机器人二尖瓣手术和冠状动脉旁路移植术逐步发展，并在多个大中心取得较好的早期临床效果，尚缺乏长期随访结果。其他机器人心脏手术术式也在不同探索阶段。未来机器人心脏手术技术的革新，必将继续降低手术创伤、增加操作的简便稳定性，推动其在心血管外科领域的普及应用。正文
近年来，以DaVinci为代表的机器人手术平台，因其高清的3D操作图像、具备7个自由度和震动消除功能的机械手臂、匙孔大小的手术切口等，使得手术操作更为稳定可靠，极大地降低了组织的损伤。其在胃肠、肝胆、妇科、泌尿等微创外科领域快速发展，年手术量以15%的速度增长。心脏外科作为最早应用机器人手术系统的专业，微创机器人手术在二尖瓣和冠状动脉手术领域获得了长足的进步。但相比较于其他外科领域，机器人微创心脏外科的发展面临诸多挑战，急切需要机器人装置的改良和辅助器材开发来促进其推广应用。本文拟就机器人心脏手术应用的最新进展和未来所面对的挑战作一综述。1机器人微创心脏手术的术前评估和围术期管理
机器人心脏手术前应进行充分的术前风险评估，如是否合并慢性阻塞性肺病、严重感染、多器官衰竭、能否耐受单肺通气等。并在此基础上，进一步设计机器人各种手术器械和管道的入路。根据机器人手术入路，将其分为右侧胸腔入路和左侧胸腔入路。其中右侧胸腔入路手术包括房间隔或膜周部室间隔缺损修复术、二尖瓣成形或置换术、心房粘液瘤切除术、三尖瓣成形或置换术等；左侧胸腔入路包括单或双侧乳内动脉游离并小切口或全机器人下冠状动脉旁路移植术（coronaryarterybypassgrafting，CABG）、心包开窗或囊肿切除术等。但由于患者身高、肋间宽度、胸廓形态、膈肌位置以及心脏的相对位置个体化差异明显，使得胸壁各个器械孔的位置可能影响手术操作的方便性甚至难易程度。术前综合全身计算机断层扫描血管造影（CTA）及肋骨3D重建、心脏超声3D重建等影像技术，能辅助制定精准的术前预案。1.1气管插管的选择和术中单肺通气的维护
在气管插管选择方面，文献报道推荐采用常规单腔气管导管，并使用支气管封堵器封堵一侧支气管。这样可以避免全身肝素化和体外循环所致机体凝血功能改变情况下较大直径双腔气管插管损伤气道后的出血并发症，同时也避免了术后气管插管的更换。我中心常规使用双腔气管插管，仅对估计双腔气管插管困难者采用单腔管并封堵器的方法。双腔气管插管者，术中气道管理方便，也罕有气道出血并发症。在单肺通气方面，文献报道了不同的通气策略。单肺通气会不同程度地损伤两侧肺组织而致急性肺损伤，甚至多器官功能衰竭。文献报道单肺通气后低氧血症发生率约为5%～10%。两侧的肺损伤机制不同：通气侧损伤与过高的压力和潮气量相关；萎陷侧与缺氧、氧化应激、肺复张和操作损伤相关。采用降低吸入氧浓度、压力控制性通气、低潮气量、持续气道正压通气、萎陷侧间断性膨肺、浅低温肺保护、术前低氧预处理等综合性通气策略，可减少单肺通气相关损伤和并发症。持续非对称性双肺通气策略可改善低氧血症的发生，但萎陷侧低流量通气所产生的肺叶局部膨胀和抖动影响术者手术视野，延长了体外循环和手术时间，反而可能加重各个组织脏器损伤。另外，通气量不足所致的CO2潴留以及术中胸腔内CO2的应用，会导致高碳酸血症。术中应严密监测血气，根据情况及时调整。1.2体外循环的建立和管理
如前所述，机器人心脏手术多采用周围体外循环，其主要环节包括：（1）动脉插管：动脉插管多采用股动脉，因其直径较大、位置较浅，暴露方便。也有个案报道了腋动脉插管的周围体外循环。近来有文献报道股动脉插管逆行灌注的周围体外循环增加神经系统并发症风险，其机制可能与血流方向及血管应力改变致主髂动脉粥样硬化斑块脱落而进入脑血管有关。（2）静脉插管：静脉插管可以选择经股静脉的双级静脉管，或者采用经颈内静脉和股静脉插管分别引流上腔静脉和下腔静脉的方式。相比较于双级股静脉插管，颈内静脉/股静脉分别插管的位置容易定位，引流充分；右心房内无静脉管道也有利于右心入路手术的显露。负压辅助静脉引流能保证相对细小的管道亦能得到较好的静脉引流效果。（3）升主动脉阻断和心肌保护。文献报道采用升主动脉内球囊阻断并主动脉根部灌注（或联合使用经冠状静脉窦逆行灌注）心脏停搏液安全有效。Sarah等最近报道了从～年间例IntraClude主动脉内球囊阻断的机器人二尖瓣手术病例，其中包括升主动脉直径超过38mm者22例（11.2%）。术中3例发生球囊移位，3例球囊破裂，1例主动脉夹层。他们认为仔细的术前评估、术中经食管超声心动图（transesophagealechocardiography，TEE）监测定位以及必要时改变阻断方式等，能确保主动脉内球囊阻断的安全应用。国内外当前最常见的方式为在肋间另做一5mm的微小切口，插入Chitwood阻断钳，直接升主动脉阻断；并在根部插灌注针给予停搏液。1.3经食管超声心动图在机器人心脏手术围术期中的应用
随着空间分辨率、时间分辨率以及3D重建技术的不断提高，TEE已经成为机器人心脏手术的必需条件。体外循环建立时，TEE可监视导引钢丝进入主动脉或者腔静脉，继而引导插管进入血管并准确定位；术前和术中，对比分析心脏结构和功能，判定外科手术效果，决定体外循环辅助时间；在停机前，判定心腔排气充分与否。特别是在二尖瓣成形领域，TEE通过多个2D切面或3D重建影像，几乎能确定瓣膜关闭不全的机制、病变性质和部位、相关结构的尺寸，在开始体外循环前大致能确定瓣膜修复的详细方案。这就为缩短机器人心脏手术时间、体外循环时间等提供了有利条件。2机器人在心脏外科主要领域中的实践
目前机器人心脏手术应用最为成熟的两大领域为二尖瓣手术（49.9%）和冠状动脉旁路移植手术（49.2%）；先心病、心脏肿瘤等疾病治疗方面也报道相对较少（0.9%）；在主动脉外科领域也有个案性质的探索；机器人心脏手术总体30d死亡率为0.7%（0.0%～0.8%）。2.1二尖瓣外科领域
二尖瓣相关疾病的外科手术治疗，特别是微创手术治疗，仍旧是心脏外科手术的重要部分和热点领域。绝大部分单纯二尖瓣手术已经逐步从标准胸骨正中切口，过渡为各类小切口心脏直视手术、胸腔镜手术，甚至匙孔大小的全机器人手术。具体二尖瓣手术的方式，修复还是置换（机械瓣或生物瓣），则需要根据术前术中心脏超声评价的瓣膜病理学特征、Carpentier分型以及主刀医生及其团队的能力来综合选择。但机器人放大的立体手术视野、7个维度的灵活操作，使得其在复杂二尖瓣手术中具有独特的优势。多个大中心报道了机器人二尖瓣成形术的安全性、有效性。Javadikasgari等报道了～年ClevelandClinic例单纯后瓣脱垂的机器人二尖瓣手术，25%采用升主动脉内球囊阻断，75%采用升主动脉Chitwood阻闭钳阻断。其中有8例中转为胸骨正中切口，包括3例残余二尖瓣反流、1例出血、2例手术野显露困难、1例主动脉瓣损伤和1例主动脉夹层。99.8%的患者行二尖瓣成形术，成形技术包括瓣叶的三角形或矩形切除、sliding、瓣叶折叠、人工腱索、成形环等；仅中转患者中1例接受了二尖瓣置换术；无住院期间死亡，脑卒中发生率1.1%、二次开胸止血1.8%、术后新发房颤19%。这提示单纯二尖瓣后瓣脱垂患者机器人下二尖瓣修复效果良好。随着经验的积累，部分医生开始将机器人技术应用于较为复杂的二尖瓣前叶或双叶成形，并综合采用各类成形技术。Chitwood等总结了～年例各类二尖瓣成形术的结果。30d死亡率0.7%，后期死亡率2%；无胸骨正中切口中转或二尖瓣置换；98%的患者二尖瓣无或微量反流。在手术安全性和有效性的基础上，机器人二尖瓣成形术手术时间，特别是体外循环时间也逐步缩短。医院高长青院士总结～年间60例机器人二尖瓣成形术，平均心肺转流时间（±30）min，主动脉阻断时间（88±22）min，效果满意。Algarni等报道了～年间MayoClinic实施的例各类二尖瓣成形手术病例，包括后叶、前叶或双叶的病变。体外循环时间从最初50例的（±42.8）min降至最后50例的（73.5±17.6）min，升主动脉阻断时间则从（94.9±30.0）min降至（54.7±15.1）min。再者，二尖瓣成形同期实施三尖瓣手术，效果与单纯二尖瓣相似。Murphy等报道了～年例二尖瓣手术病例（合并或不合并三尖瓣操作），大部分采用升主动脉内球囊阻断。其中93%患者行二尖瓣成形，7%行二尖瓣置换术；同期三尖瓣成形占11%。二尖瓣修复成功的几率与开放手术相似：CarpentierⅠ型97.3%、Ⅱ型98.9%、Ⅲa型32.9%、Ⅲb型81.6%。手术死亡率0.9%，脑卒中0.7%。该结果也表明同期三尖瓣的处理，也非常方便、安全、有效。Lewis等分析了～年间50例机器人同期处理二尖瓣和三尖瓣的病例，也证实了上述结论。此外，也有文献报道了机器人应用于二次手术的二尖瓣成形，但病例数少、技术难度大，结论尚不确定。目前机器人在单纯二尖瓣后叶脱垂、复杂二尖瓣病变、二尖瓣合并三尖瓣病变，甚至二次二尖瓣成形手术中，效果良好，尚需要大规模、高质量的中远期随访。目前尚未见大规模机器人二尖瓣置换的报道，多以个案或小样本量的单中心经验报道为主。医院高长青院士报道了～年连续22例全机器人下二尖瓣置换术，其中机械瓣16例，生物瓣6例。具体操作经验包括从11点钟开始逆时针方向缝置褥式翻转缝线，采用Cor-Knot代替常规推结器打结等。全组患者体外循环时间（.1±21.9）min，主动脉阻断时间（99.3±17.9）min；无手术中转、死亡或严重并发症发生。Senay等报道了～年间31例机器人二尖瓣置换术，全组患者体外循环时间（±47）min，主动脉阻断时间（±24）min；无死亡，1例二次手术止血，5例术后新发房颤。瓣膜置换效果确切，较少临床报道可能与大部分机器人开展单位的病种有关。2.2冠状动脉外科领域
在冠状动脉疾病的外科治疗领域，机器人冠状动脉旁路移植术（robotic-assistedCABG，RA-CABG）取得了一定的发展。Whellan等统计了2～年间美国成人心脏手术数据库CABG数据发现：开展RA-CABG的中心从年的家增长为年的家，RA-CABG占全部CABG的比率从0.59%（/）增长到0.97%（/）。从单纯机器人（或者胸腔镜）下乳内动脉的获取，到机器人辅助下微创直视冠状动脉旁路移植（即机器人下乳内动脉获取+左前外科小切口直视下血管吻合，minimallyinvasivedirectcoronaryarterybypass，MIDCAB），甚至全机器人下停跳或不停跳冠脉旁路移植（即机器人下完成乳内动脉获取和血管吻合全部操作，totallyendoscopiccoronaryarterybypasssurgery，TECAB）。在此基础上，结合冠状动脉介入治疗，即所谓的“杂交手术”，对多支多处的复杂冠状动脉疾病实施完全再血管化。乳内动脉获取是RA-CABG的基础。左侧乳内动脉在CABG中的意义毫无质疑，右侧乳内动脉应用相对较低。目前STS数据库中双侧乳内动脉应用的比例仅为5%～10%。但在机器人下，双侧乳内动脉的应用程度可能会得到显著提高。从技术层面而言，单纯左侧入路即可精准微创地获取高质量的左侧或双侧乳内动脉；从利弊而言，不仅可以使右侧乳内动脉较短距离接近左冠靶血管，也可减少胸骨愈合不良相关并发症。相比较于带蒂的游离，乳内动脉骨骼化游离能延长桥血管的长度。Ballkhy等报道了～年间例不停跳TECAB治疗的经验，其中48%的病例为多支血管吻合，35%为右乳内动脉吻合；乳内动脉桥血管有例吻合在左冠区域，9例吻合在右冠区域；95%的桥血管血流量25mL/min（搏动指数2），围术期死亡率仅0.7%；最近2年右乳内动脉使用率从23%增长到53%。结果表明了机器人下使用右乳内动脉的安全性和可重复性。机器人辅助下的MIDCAB，可以作为TECAB学习曲线过程中的一步。除了微创地获取乳内动脉外，MIDCAB有助于准确确定靶血管，选择合适的肋间来实施小切口下的直视血管吻合。Giambruno等报道了～年间例机器人辅助下的MIDCAB，通畅率为97.4%，死亡率约0.3%；胸骨正中切口的中转率，在前例为16%，后例为6.9%。中转的主要原因包括出血、左乳内动脉获取困难、血流动力学不稳定、无法耐受单肺通气、左前降支显露困难等。荟萃分析截至年主要机器人MIDCAB的结果，发现围术期死亡率1%、心肌梗死1.2%、脑卒中0.7%、急性肾功能损害1.8%、二次开胸止血2.7%、围术期房颤12.5%、伤口感染1.9%。但与非机器人手术相比，尽管MIDCAB的手术时间显著延长，但具有减少肋骨刺激、减轻疼痛、住院时间更短、气管插管拔管率更高、并发症更少等优点。TECAB是机器人CABG发展的最终目标，包括心脏停跳下和不停跳的TECAB。最早的TECAB是在主动脉内球囊阻断、心脏停跳下来实施，以确认技术操作的可行性和安全性。心脏停跳下手术，吻合操作基本同于开放手术野，能非常方便地显露回旋支区域，也便于实施各种吻合操作。随着机器人心表固定装置的升级，心脏不停跳下TECAB也逐步发展。但放大手术野下心脏微小移动对血管吻合提出了较高的技术要求。必要情况下，可以应用体外循环支持下的心脏跳动下TECAB：一方面，体外循环支持，满足脏器灌注，不担心循环不稳定，并显露通常难以暴露的心脏侧壁及后壁；另一方面，体外循环下肺塌陷、心脏排空，均有利于增大操作空间，保证了血管吻合操作的精准快速。具体TECAB实施策略的选择，取决于术前患者病情的充分评估、主刀医生的手术操作经验。Kofler等采用配对分析比较了机器人与常规冠状动脉旁路移植术治疗单支或两支血管病变的远期临床效果，其中80%为停跳下的TECAB。结果显示，两者在围术期死亡、心肌梗塞、脑卒中的发生率上无显著差异，但机器人TECAB体外循环和主动脉阻断时间显著长于常规手术。机器人TECAB红细胞和纤维蛋白原的使用量多于常规手术组，但在开展20例之后，机器人TECAB血液制品使用率从69%下降至44%，提示这可能与机器人TECAB复杂操作的学习曲线有关。Bonaros等回顾分析了1～年间例TECAB手术情况，其中单支、两支、三支和四支病例数分别为例、例、15例、1例；停跳TECAB例（88%），不停跳TECAB例（22%）；手术成功率为80%（例）、安全性95%（例）；49例（10%）术中中转为常规胸部切口；手术成功的独立预测因素为单支血管TECAB、停跳下TECAB、完成学习曲线之后的病例。国内高长青院士团队报道了7年单中心机器人不停跳CABG的结果，其中例为不停跳TECAB，单侧乳内动脉使用率98.3%，双侧乳内动脉使用率1.7%，桥血管3年通畅率97.1%。而且，TECAB桥血管的通畅率高于MIDCAB，推测病例的选择偏倚、TECAB中U-Clip缝线的间断缝合是其主要原因。尽管上述研究报道了TECAB较好的初步临床效果，仍缺乏大规模高质量的多支血管TECAB的研究。TECAB发展中极其关键的步骤为远端的桥血管与靶血管的吻合。目前临床中报道的方法包括：常规的Prolene缝合、U-Clip缝线、磁性血管吻合器（magneticvascularport，MVP）和C-port机械血管吻合装置。Soylu等系统比较了上述几种方法与远端自动吻合装置的应用效果。在围术期结局方面，总体死亡率为0.7%，仅有的1例死亡与吻合技术无关；不影响围术期心梗率；血管造影通畅率均在98.2%～.0%。吻合操作时间上，磁性血管吻合器最短，约（3.32±3.18）min；U-Clip较长，约17.6～20.0min。在吻合质量方面，磁性血管吻合器、C-port有相对高的失败率，需要另外补针，从而增加血管吻合口狭窄的风险。目前文献中报道的远端吻合装置主要为C-port，尚缺乏更高质量的多种吻合装置的对照研究。研发简单、高质量的自动血管吻合装置具有较好的应用前景。考虑到大隐静脉桥与经皮冠状动脉介入术（PCI）药物洗脱支架10年通畅率相同，对于合适的病例，可选择机器人辅助乳内动脉游离并左前降支冠状动脉（leftanteriordescendingartery，LAD）搭桥。Giambbruno等研究不同手术治疗含LAD的两支冠状动脉病变再血管化，发现机器人辅助LAD搭桥的杂交手术（另一支血管采用PCI方式）与常规on-pump搭桥手术效果相当，且在降低院内死亡率、快速康复、胸痛再发等方面具有优势。但杂交手术临床实际应用比例并不高。～年美国CABG中采用杂交手术再血管的病例仅占0.48%（/）。外科医生对杂交手术的认识、机器人相关设备耗材的高昂费用和治疗技术间不同甚至冲突的围术期管理（如PCI的抗凝、抗血小板与外科的止血间的矛盾）等可能是机器人辅助杂交技术应用较低的主要原因。杂交技术中的机器人搭桥和PCI再血管化两项操作倾向于分期实施。至于先后顺序，则取决于患者的状况和心血管病团队的意见。若是非LAD罪犯血管的急性冠状动脉综合征，可先实施PCI。先实施机器人下CABG，则可以为非LAD的高危病变提供保障，且避免了双抗带来的术后出血风险。尽管上述报道显示了RA-CABG不低于常规CABG的安全性、有效性，但其仅占CABG总量很少一部分，相关研究也多为回顾性研究，而非随机对照研究；且接受RA-CABG患者较为年轻、术前合并症较少、体外循环使用率低、使用的桥血管较少。因此，合适的病例选择，跨越学习曲线，仍旧是RA-CABG手术成功、良好近远期效果的关键。2.3主动脉瓣外科领域
Folliguet等于4年首次报道了机器人主动脉瓣机械瓣置换手术，并于5年报道了总计5例的主动脉瓣置换术（4例主动脉瓣狭窄、1例主动脉瓣关闭不全），临床预后良好。Woo等也报道了机器人下经升主动脉切口的主动脉瓣乳头状弹力纤维瘤切除，也表明机器人下升主动脉切口进行主动脉瓣膜操作可行。但实际操作过程中，两侧冠状动脉开口及主动脉瓣结构的显露、钙化病灶的完整切除、常规主动脉瓣缝线的缝置，在机器人下的操作非常困难，可复制性差。在这种状况下，需要探索相对简便的人工主动脉瓣缝合或固定方式。年Suri等在尸体上使用机器人结合Medtronic3f无缝合主动脉生物瓣1例，避免了主动脉瓣缝线的缝置，简化了主动脉人工瓣膜的植入。年Vola等也在尸体上应用机器人尝试植入两种无缝合生物瓣，其中5例SorinPerceval和2例Medtronic3f；证实能稳定有效完成钙化病灶清除、瓣环测量、瓣膜植入和主动脉切口关闭等步骤。机器人主动脉瓣膜成形或置换手术进展缓慢。一方面，主动脉瓣及升主动脉位于胸骨后，采用上段胸骨部分切开或肋间小切口，通常能获得较好的手术显露而实施主动脉瓣手术；手术切口的大小几乎与机器人的工作切口一样，而主动脉插管、自身瓣膜切除、瓣膜置换等操作更为直接方便。因此，机器人与胸骨上半段/胸骨旁小切口入路的主动脉瓣手术相比，并无显著优越性。另一方面，相比较于机器人二尖瓣手术的逐步成熟，机器人主动脉瓣手术自身仍然有诸多问题需要解决：（1）主动脉瓣钙化病变的清除。目前尚无针对主动脉瓣膜和瓣环钙化病灶清除的咬骨钳、剪刀等专用器械。细碎的斑块也很难完全清除，有脱落遗留的风险。当前应用机器人行主动脉瓣手术，应避开瓣膜或瓣环严重钙化的病例；（2）人工主动脉瓣膜的设计。无缝合主动脉生物瓣在机器人下准确定位仍然有一定的挑战，目前主要应用于小切口的主动脉瓣置换手术中。2.4其他心脏手术或操作
成人房间隔缺损修补作为相对简单的操作，是国内各单位开展机器人体外循环心脏手术的基础和首选病例。中国人民医院报道了迄今为止最多病例数（例）的单中心机器人房间隔缺损修补手术，其结果表明机器人房间隔缺损修补手术安全而有效；且显著减少输血量、缩短麻醉时间、总住院时间。室间隔缺损由于其解剖结构相对复杂，且周围有房室结和传导束等重要结构，世界范围内鲜有机器人进行室间隔缺损修复的文献报道。中国人民医院报道了9～年间20例机器人室间隔缺损修补手术经验。在此基础上，他们进一步尝试了机器人下从右心入路疏通右室流出道狭窄、部分房室间隔缺损矫治等术式，均取得满意的疗效[38]。此外，机器人下左房粘液瘤、心包开窗、起搏导线放置等疾病的治疗或操作也可见临床报道，取得较好的临床效果。3挑战和未来的发展趋势
目前机器人在心脏外科领域的应用远不如在妇科、泌尿、普外等其他外科领域的应用，发展相对缓慢。其主要原因包括：（1）患者和国家医疗保险支付体系无法或不愿承担机器人手术昂贵的手术和耗材费用。（2）主刀医生需要较长的学习曲线，方能在相对有限的病种中实施机器人心脏手术。（3）常规微创、小切口，甚至胸腔镜手术，尽管操作有一定困难，但可以达到类似的临床效果和切口美观度。（4）在结构性心脏病领域，以导管技术为代表的更加微创技术快速发展。而需要突破上述困境，机器人技术本身尚需要大力创新发展。继续降低创伤、增加操作的简便稳定性，必然是机器人心脏手术未来的发展方向。从当前前沿科技，似乎可以看到机器人的部分前景和发展方向：（1）单孔机器人。新一代的单孔机器人，仅需一直径2.5cm的孔洞，即可带入可弯曲的6mm直径立体相机和3个6mm的器械臂，来进行狭小腔隙的手术操作。基于该平台，胸部切口的数量和长度将进一步减少。（2）相对固定于心脏表面的机器人装置的开发。通过补偿运动或固定于运动心脏表明的装置，来实现在跳动心脏上稳定的操作，如应用于不停跳下的CABG等。（3）机器人手术平台与导管技术、特殊瓣膜装置等植入材料相结合，产生新的微创平台。总之，机器人手术平台在心脏外科领域的应用正逐步发展，特别是在二尖瓣手术和CABG领域。逐步学习并拓展机器人在心脏外科领域中的应用，进而开发更微创、更适应心脏手术特殊环境的机器人，仍有极大的空间和美好的前景。利益冲突：无。参考文献略
来源：中国胸心血管外科临床杂志
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