述评·消化外科进展|穿越微创发展迷雾 引领微创技术方向——郑民华 马君俊 赵轩等
文摘
科学
2025-01-22 14:15
重庆
![]()
![]()
郑民华,马君俊,赵轩,等.穿越微创发展迷雾 引领微创技术方向[J].中华消化外科杂志, 2025,24(1): 48-51. DOI:10.3760/cma.j.cn115610-20250113-00017.● 本文发表在《中华消化外科杂志》2025年第24卷第1期，欢迎阅读、引用![]()
郑民华教授上海交通大学医学院附属瑞金医院普通外科、胃肠外科 上海市微创外科临床医学中心，上海
以腔镜为代表的微创手术开展已历经30余年，技术发展已趋于平缓，目前的技术发展还是在以腔镜为平台的技术上进行改良和微创新。从多孔腔镜到减孔、单孔腔镜，从经腹到经自然孔技术，从标清、高清到3D和4K超高清荧光导航腹腔镜。发展方兴未艾的机器人手术也是基于腔镜平台开发而成，从疾病治疗角度而言并没有革命性的改变，比如改变肿瘤治疗的远期疗效。在这个技术繁荣但充满不确定性的时代，微创手术的未来可能并非单一技术革新，而是多项技术的有机融合与共同发展。为此笔者将重点探讨目前各类微创技术的优势与面临的挑战，并展望人工智能在微创外科精准技术和决策中的应用前景，以期为微创外科的持续发展开辟新道路，穿越当下迷雾，迈向更加精准、高效、普及化的未来。微创外科作为现代医学领域一颗耀眼的明星，正以独特的优势重塑外科手术的格局。它的发展历程犹如一部充满创新与突破的传奇故事，而众多数据和案例也恰似故事中的生动注脚。以腔镜为代表的微创手术开展已历经30余年，技术发展已经趋于平缓，无论技术怎么发展，目前还是在以腔镜为平台的技术上进行改良和微创新。从多孔腔镜到减孔、单孔腔镜，从经腹到经自然孔技术，从标清、高清到3D和4K超高清荧光导航腹腔镜［1］。发展方兴未艾的机器人手术也是基于腔镜平台上开发而成，从疾病治疗角度而言并没有革命性的改变，比如改变肿瘤治疗的远期疗效。在这个技术繁荣但充满不确定性的时代，微创手术的未来可能并非单一技术革新，而是多项技术的有机融合与共同发展。为此笔者将重点探讨目前各类微创技术的优势与面临的挑战，并展望AI在微创外科精准技术和决策中的应用前景，以期为微创外科的持续发展开辟新道路，穿越当下迷茫，迈向更加精准、高效、普及化的未来。回顾微创外科的发展历史，1987年全世界首例腹腔镜手术的成功开展如同破晓的曙光，开启了这一领域的新时代。从那时起，微创外科经历了迅猛发展。以胆囊切除术为例，在传统开腹手术时期，手术切口较大，患者术后恢复慢且并发症相对较多。而采用腹腔镜微创手术后，相关数据显示：患者术后住院时间从开腹手术的7~10d缩短至1~2d。同时，术后疼痛评分较传统手术明显降低，这得益于微创手术切口小、组织损伤少的特点。此后30余年的发展历程，腔镜从标清到高清、超高清，从2D、3D到裸眼3D，微创装备与器械发展驱动着微创手术方式的广泛开展，在技术创新推动微创外科发展的进程中，机器人手术系统的出现是一个重要的里程碑。比如达芬奇机器人手术系统在全世界的应用已经积累了大量病例。从操作精准度而言，达芬奇机器人手术系统的机械臂能够灵活施展微小动作，其动作的精准度可达到0.1mm级别，可极大程度减少术中对周围组织的误损伤，在部分手术中相较于腔镜展现出明显优势。AI技术在微创外科的融合也极具说服力。在术前评估规划方面，通过AI算法对大量病例数据进行分析，能够为复杂肝脏微创手术制订更合理的手术路径。如涉及多支血管和胆管的肝脏肿瘤切除术中，AI辅助规划可以使手术时间缩短20%~30%。在术中监测预警方面，利用AI对实时监测到的生理数据进行快速分析，能够提前30~60s发现潜在的术中风险，如血压骤降或血流灌注异常等情况，从而及时调整手术策略，提高手术安全性。在微创外科的发展过程中，尚存在某些技术瓶颈，如手术室的无屏化、无线化、特异性示踪显示、多人裸眼3D、能量平台的能量控制精度等有待突破。机器人手术系统最早的应用场景是用于远程控制手术，现在市场上的机器人手术系统是医师双手的拓展，可以让医师双手更灵活、更稳定，有沉浸感，但“它”却不能感知与理解手术，无法参与术中的决策过程。在目前的手术应用中，机器人手术系统与腔镜手术比较优势不明显，且缺乏力反馈，远程手术由于传输速率及空间计算方面的问题还有待持续发展。目前的高清3D腹腔镜手术已达到传统微创手术的“天花板”。所以如何让AI赋能机器人手术，在围手术期以提升手术效率、降低手术风险与并发症、提高手术标准化程度将成为当代外科医师未来研究的方向。随着微创手术的广泛开展，大部分手术的效果很好，但也有医学复杂病例适配性差，为了微创而使手术难度陡然增加，术中及术后并发症难以预料，降低了微创手术的效用。对于肿瘤手术的各种不同根治方法及消化道重建方式，远期疗效及功能恢复评估困难。机器人手术系统平台近年来发展迅猛，已成功应用于普通外科、泌尿外科、妇科和心胸外科等多个学科，成为微创手术领域的重要组成部分。其中，美国直觉外科公司研发的达芬奇机器人手术系统是最具代表性的手术机器人平台，目前占据绝对的市场主导地位。该系统具有操作灵活性强、精准度高等特点，可以将外科医师手部的动作精准、无抖动地转换为机械动作［2］，同时该系统能够提供稳定、高质量的三维图像，有助于获得更佳的成像效果［3］，特别适合于狭小腔隙的游离及缝合，有助于完成高精度的手术操作。据统计，每年机器人手术系统辅助手术占全世界手术的3%［4］。截至2024年6月30日，达芬奇机器人手术系统全世界总安装量已达到9203台，我国装机量已>380台。截至2024年，我国已累计开展达芬奇机器人手术>61万例，其中泌尿外科、胃肠外科和心胸外科是其应用最广泛的亚专科领域。2024年上半年，达芬奇机器人手术系统在中国的装机量为24台，而2023年同期的装机量为34台，同比下降近30%。尽管达芬奇机器人手术系统装机量减少可能受到设备招标采购延迟的影响，但国产机器人手术系统的崛起也是重要影响因素。近年来，国内多个品牌的机器人手术系统已成功上市，国产机器人手术系统自上市以来，无论是临床手术例数还是相关耗材使用量均呈现快速增长趋势。这表明国产品牌的腔镜手术机器人在产品稳定性和可靠性方面正在逐步得到广泛验证和认可［5］。然而，达芬奇机器人手术系统在医院中的单台设备平均年手术量接近1000台，国产机器人手术系统的手术量仍有较大提升空间，面临的挑战是耗材费用高、应用场景有限、远程手术尚处于探索阶段等。智慧医学也是未来医学的发展方向之一，医疗大数据、AI等技术如何与手术机器人进行有机的结合是当前的研发热点。这对于国内众多主机厂商而言是机遇亦是挑战。未来，通过整合AI技术、实时数据分析和增强现实功能，有助于进一步优化手术路径和提高术中操作精确度，降低手术相关并发症的发生率。运用机器视觉辅助机器人手术系统能够自动完成部分手术操作，提高手术精度、降低手术难度也是近年来的研究热点。例如约翰霍普金斯大学团队研发的STAR手术系统能自主完成肠肠吻合［6］。伯克利大学研究团队利用机器学习辅助能够进一步提高达芬奇机器人手术系统平台操作的精准度［7］。精准外科决策强调个体化医疗，即根据患者的各方面因素整体分析并做出相应决策。外科医师有时需要在有限的时间内做出复杂、高风险的决策，然而这些决策有时存在较多的不确定性，甚至医师的个人经验也将直接影响患者预后［8］。借助AI强大的数据整合和分析能力，将有助于更好地辅助精准外科决策。患者在术中或术后发生与手术直接相关并发症，通常将影响患者的恢复过程，可能延长住院时间、增加治疗费用、影响患者的生命质量，严重时可能会导致死亡。因此，如何准确预测并发症的发生，是重要的研究议题。MySurgeryRisk是1项运用电子病例数据285个变量预测8种术后并发症的机器学习模型，曲线下面积为0.82~0.94，同时该模型可预测患者1、3、6、12、24个月的病死率，曲线下面积为0.77~0.83［9］。该研究中采取的电子病例系统所记录数据均为自动导入，避免了手动数据搜索，以及实际应用中繁琐的数据输入过程。在另1项前瞻性研究中，MySurgeryRisk评分预测术后并发症发生率的准确度高于医师人工分析数据［10］。此外，在精准外科决策模型的构建过程中，单一模态的数据可能不足以形成适宜决策意见，需要补充多模态的数据，共同提高决策的准确性。临床中常见的数据包含患者的人口信息、影像学检查、实验室结果、病理学信息、手术视频和基因组学数据等［11］。长程多模态决策模型的构建将对监测患者病情进展、了解疾病演变轨迹和预测最终的临床转归都十分有益［12］。传统的经济学对于技术和经济增长的问题通常是在“平均”意义上展开，其关心的主体是技术发展是否可以引起平均经济增长率提升。然而，在现实中，技术的发展逻辑是一个利益分配问题。发达地区的医院或科室率先使用新技术，而其他层级的医院则可能成为技术进步的受害者。在数字经济时代，该现象十分常见。随着大家都掌握了新技术，新一轮的科技创新或首发技术又会出现，周而复始促进了技术及经济的发展。但并不是新技术都会带来患者获益，资本的逐利本性决定了科技企业会全力开发更“高端”、更复杂、更昂贵的产品以持续增加其利润。资本逻辑驱动的技术发展是追求利益最大化，但从人类角度，技术发展应以人为本、造福全人类，传统的高性价比的技术在某些地区及某些人群仍有广大的市场与确切的疗效。未来的外科手术将可视化、数字化、智能化，特别是在微创外科领域，腔镜与机器人手术的培养体系与传统手术完全不同。助手与辅助人员的作用将减弱，肿瘤治疗的综合性及内卷性竞争，20%的外科医师开展了80%的手术量，使得青年医师在手术操练方面的培养面临极大挑战，目前尚缺乏实践与理论结合的有效模式。传统师傅带徒弟的方式、动物手术操练、现场观摩、远程手术转播演示将逐渐退出历史舞台，新的培训方式及评估考核模式能否顺畅对接，是决定微创外科新技术能否规范化推广与普及的重要因素，同时医疗保险支付模式疾病诊断相关分组与病种分值付费对于新技术的性价比提出挑战。微创外科未来的发展方向中，新型材料研发与智能化无疑是关键趋势：智能手术系统、机器人辅助手术优化、可视化智慧化眼镜在术中显示解剖结构、取代屏幕、多人裸眼3D腹腔镜、远程遥控手术的应用等。从智能辅助诊断设备到自动导航手术系统，例如新型的智能诊断胶囊内镜、图像识别在内镜与腹腔镜中的应用、图像识别判断良恶性及预判并发症的发生率等［13］。未来将更加鼓励医工结合，以临床问题与需求为导向开展新技术的研发与应用。构建规范化、个性化培养路径，加强国际交流。同时，我们也要关注微创技术的普及化和基层化。国家在推进高质量公立医院发展，重病不出省，大病不出县，而微创手术绝大部分都能够在基层县级医院开展。微创手术应该全周期化培养，在住院医生规培与专培中实施。未来还将更多地应用AI节约冗余的知识记忆，以使外科医师有更多的时间专注微创手术技术与知识更新。探索多学科联合微创治疗模式，拓展微创技术应用，如腹腔镜与内镜的双镜技术联合，拓展消化道新手术方式的应用，并解决外科医师在并发症处理上的痛点与焦点问题。与影像领域的结合，开拓更多的AI应用，在术前规划、术中示踪、自动化乃至自主化手术方面取得进展。总之，穿越微创外科发展迷雾，我们要紧紧抓住技术创新这个核心，关注智能化、数字化、虚拟仿真、机器人、系统化的发展趋势，根据国家对于科技发展的支持，在技术创新、人才培养、推动微创技术在基层的普及应用方面，为建设健康中国作出努力和贡献。只有辨析微创发展迷雾，才能布局与引领微创技术方向，微创外科必将不断发展进步，为患者带来更多福祉。详见本刊官方网站 http://www.zhxhwk.com本文为《中华消化外科杂志》原创文章，版权归中华医学会所有。其他媒体、网站、公众号等如需转载本文，请联系本刊编辑委员会获得授权，并在文题下醒目位置注明“原文刊发于《中华消化外科杂志》，卷（期）：起止页码”。谢谢合作！
