王林輝教授操作術銳單孔腔鏡手術機器人進行手術受訪者供圖

術銳單孔腔鏡手術機器人共含68個高精度伺服電機，用于術前全自動擺位、術中操作和主從控制，創造性地設計了面向全狀態安全監控的雙環路獨立控制硬件拓撲，全鏈路主從操作延時小于50毫秒，每秒鐘可實現1000次的亞毫米級手術精準控制。

◎本報記者 張 強

手術區域外的控制臺前，王林輝教授遠程操作機器人，揮舞著連續體蛇形手術操作臂，通過患者腹部一個不到3厘米的小切口，干凈利落地完成了一臺前列腺癌根治手術。

3月9日，這臺高難度泌尿外科手術在浙江省嘉興市第一醫院完成。作為海軍軍醫大學長海醫院泌尿外科主任，王林輝教授以技術專家身份，全程指導并主刀了這臺手術。

科技日報記者了解到，這是中國首例具有完全自主知識產權、真正意義上的純單孔（即皮膚開口不大于3厘米）腔鏡手術機器人完成的外科手術，標志著國產手術機器人打破了美國達芬奇SP單孔腔鏡手術機器人的壟斷地位。

單孔腔鏡手術機器人優勢多

在泌尿外科的手術中，前列腺癌根治手術屬于比較復雜的手術之一，手術過程步驟多，操作精細程度要求高，既要徹底切除腫瘤，又要保留好患者的排尿功能和性功能。

“在完整切除前列腺及腫瘤后，需要將膀胱和尿道殘端進行吻合，在狹小的男性盆腔里進行如此精細的操作和縫合，對外科技術是很大的挑戰。”王林輝說，術后尿失禁也正是由于對排尿肌肉和神經的損傷才出現的并發癥，而采用單孔腔鏡手術機器人，可以完美地解決這一難題。

王林輝介紹，當前臨床應用最廣泛的機器人都依賴進口，且以多孔進行操作，性價比也面臨較大的挑戰。而且多孔術后，還需要擴大至少一個切口，以便拿出病理樣本，因此多孔實際上是“一個大孔+多個小孔”，創傷遠大于單孔術。

單孔腔鏡手術則由單一創口向腹腔置入多個器械開展手術，相比傳統的多孔腔鏡手術具有更加微創、恢復快，以及手術美容等優點。

“但長期以來，如果不采用手術機器人，純單孔腔鏡手術臨床開展得較少，主要原因在于手動手術器械運動能力受限。在純單孔限制下，手術工具近似平行，會面臨‘筷子效應’（在單孔腔鏡手術中，器械支點為單支點，支點間最小距離僅為2厘米，導致器械相互干擾），術者操作水平再高有時候也會有力使不上。”王林輝說。

為提高單孔腔鏡手術的直觀感和精準度，2007年，世界第一套單孔手術機器人研發項目在美國哥倫比亞大學立項。與多孔腔鏡手術機器人相比，單孔腔鏡手術機器人具有無外部機械臂干涉、能適應狹窄腔道等一系列優點。

此次使用的單孔腔鏡手術機器人名為“術銳”，是上海交通大學牽頭國內多家優勢院校和高科技企業，在科技部“國家重點研發計劃”資助下，由該校機械與動力工程學院徐凱教授領銜的團隊自主研發完成的。2020年12月，術銳單孔腔鏡手術機器人進入“創新醫療器械特別審查程序”。

形成完備自主知識產權體系

此次手術利用術銳單孔腔鏡手術機器人，僅在患者腹腔壁上開了一個不到3厘米的皮膚切口，由這個單一入路進出所有器械，在狹小的空間中靈活地完成各種復雜的手術操作。此前，只有美國達芬奇SP單孔腔鏡手術機器人系統地完成過這種純單孔的手術操作。

“實際上，用于多孔術的達芬奇手術機器人，雖也可以強行把多支硬性直臂交匯到一個顯著增

大的皮膚切口來完成手術，但切口尺寸大于3厘米，不能稱為純單孔手術。達芬奇SP單孔腔鏡手術機器人的操作指南要求在肚臍旁側另開一個皮膚切口，用于置入輔助器械，所以也不能稱之為純單孔手術。而我們的這次手術可謂名副其實的純單孔手術。”王林輝說。

徐凱認為：“單孔腔鏡手術機器人都有統一的構型，必須滿足體外機械臂的運動以病人腹腔進入點為約束，無論在體內怎么移動，都不能對病人的腹腔壁產生額外牽拉，在設計和控制機器人時，都要保證一個點不能動。”

術銳單孔腔鏡手術機器人的體外定位臂可在術中保持靜止，靠體內蛇形手術工具完成手術動作，避免了類似達芬奇多孔手術機器人固有的體外定位臂在手術中“打架”的風險。

同時，它采用的高剛性連續體蛇形手術操作臂，依托擁有中美專利授權的“可形變對偶連續體機構”技術，可以在患者體內獨立實現6+1自由度的全維運動。不同于達芬奇SP單孔腔鏡手術機器人依靠單根鋼絲進行驅動的柔性臂體，其操作臂采用冗余布置的十余根超彈性鎳鈦合金細桿作為結構骨從頭至尾貫穿，每根結構骨均可承受較大的推力和拉力，大大提高了手術工具的負載能力。

此外，術銳單孔腔鏡手術機器人的創新之處還包括高清立體成像系統集成雙構節八方向內窺鏡翻展臂，可實現大范圍高靈活度視野調節；多關節定位臂協同控制，實現了系統繞入腹點多自由度調節功能，確保了術中擺位調整的安全性和靈活性等。

更重要的是，這套機器人可在單、多孔術中通用，而達芬奇機器人進行單、多孔術時則不能通用一套系統。

上海交通大學官方透露的消息顯示，該機器人系統共含68個高精度伺服電機，用于術前全自動擺位、術中操作和主從控制，創造性地設計了面向全狀態安全監控的雙環路獨立控制硬件拓撲，全鏈路主從操作延時小于50毫秒，每秒鐘可實現1000次的亞毫米級手術精準控制。項目已完成280余項專利申請，形成了完備的自主知識產權體系。

流暢性、精細度可媲美“達芬奇”

從開放手術，到多孔腔鏡微創手術，再到單孔腔鏡微創手術，醫療技術的進步使病人的創傷不斷減少，但手術操作的難度卻逐漸增加。作為世界外科學最前沿的微創技術之一，手術機器人將醫生從繁重的操作模式中解放出來，且可提高手術操作的直觀感和精準度。

提及術銳單孔腔鏡手術機器人，王林輝興奮地說：“這型手術機器人能為醫生提供3D放大手術視野，讓醫生能對腫瘤邊界進行精準判斷，避開手術區域的血管和神經，最大限度地保留病變周圍的正常組織結構。就使用感受來講，其系統設計科學、操作便捷、更具人性化，能勝任前列腺癌根治術這種復雜的精細手術。無論是立體、高清視覺效果，還是操作流暢性和機械臂的靈巧、精細程度等完全可以媲美達芬奇SP單孔腔鏡手術機器人。”

據了解，未來這種單孔腔鏡手術機器人還可應用于普外科、婦科以及胸外科等科室大部分外科手術。

目前，單孔手術機器人是研制難度最高的手術機器人。此前，僅有美國直覺外科手術公司生產的達芬奇SP單孔腔鏡手術機器人可用于人體手術，但該公司對最先進的產品實施了出口管制，尚未允許向中國市場銷售。此次中國自主研制的產品，做到了“尚未進口，即已替代”。

“這次手術的成功開展，意味著該手術機器人系統在技術層面已具備全面實施臨床手術的能力，且初步驗證了其安全有效性。”王林輝說，“過去的9年里，我已經使用達芬奇機器人完成泌尿外科手術近2000例。作為一名中國泌尿外科醫生，能用上我國自己研制的單孔腔鏡手術機器人，我感到非常高興和自豪。”