基于5G 的胃腸癌機器人手術(shù)及術(shù)后應(yīng)激與快速康復(fù)管理平臺的研究

丁德勝 黃思華

中國移動通信集團(tuán)江蘇有限公司

0 引言

胃腸道癌是最常見的惡性腫瘤之一，其主要治療手段為外科手術(shù)。傳統(tǒng)手術(shù)會使患者產(chǎn)生創(chuàng)傷應(yīng)激反應(yīng)，引發(fā)術(shù)后并發(fā)癥，影響病人康復(fù)。引入科技和信息化手段，使胃腸癌病人快速從手術(shù)創(chuàng)傷中康復(fù)，減少術(shù)后并發(fā)癥，降低住院治療費用，縮短康復(fù)時間，改善醫(yī)療品質(zhì)，構(gòu)建一套完整、安全、有效的患者加速康復(fù)規(guī)范方案，對胃腸癌患者具有重要現(xiàn)實意義，并有助于提高我國胃腸癌病患治療水平。

1 研究背景

中國是全世界胃腸癌發(fā)病和死亡人數(shù)最多的國家之一。據(jù)世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)（WHO IARC）發(fā)布的2020年最新全球癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)顯示，2020 年全球胃癌新發(fā)病例數(shù)108.9萬，死亡病例數(shù)76.8萬，其中中國胃癌新發(fā)病例47.8萬（占43.9%），胃癌死亡病例37.3 萬（占48.5%）。

早期胃腸癌患者通過手術(shù)可獲得根治性治療。然而，手術(shù)會產(chǎn)生創(chuàng)傷應(yīng)激反應(yīng)，破壞患者的自主神經(jīng)平衡，甚至誘發(fā)急性心肌梗死或猝死。

心率變異度（HRV）和術(shù)后腸麻痹（POI）消失時間是評估術(shù)后應(yīng)激水平、康復(fù)狀態(tài)的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)心電監(jiān)護(hù)設(shè)備只能在醫(yī)院使用，不支持連續(xù)實時監(jiān)測和自動發(fā)送，不適用于胃腸癌手術(shù)后需長程監(jiān)護(hù)的患者。現(xiàn)有的POI 診斷多是基于腸鳴音聽診，占據(jù)了醫(yī)護(hù)人員大量的工作時間，且無法連續(xù)監(jiān)護(hù)。

本研究在遵循國家醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域相關(guān)信息化系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，依托5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等先進(jìn)技術(shù)，研究5G+胃腸癌達(dá)芬奇機器人手術(shù)及術(shù)后應(yīng)激與快速康復(fù)管理平臺，規(guī)劃構(gòu)建針對胃腸癌疾病的“機器人微創(chuàng)手術(shù)及5G 遠(yuǎn)程指導(dǎo)、人工智能輔助術(shù)后監(jiān)護(hù)、云平臺在線診療、術(shù)后康復(fù)跟蹤管理”創(chuàng)新服務(wù)模式，為胃腸癌患者提供了圍術(shù)期全流程醫(yī)療服務(wù)，協(xié)助提升胃腸癌手術(shù)服務(wù)質(zhì)量，降低術(shù)后風(fēng)險，緩解醫(yī)療機構(gòu)服務(wù)壓力。

2 技術(shù)方案

2.1 業(yè)務(wù)架構(gòu)

應(yīng)用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G 專網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合胃腸癌疾病的特點，探索構(gòu)建基于5G 的機器人手術(shù)及術(shù)后康復(fù)管理平臺，業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1 所示。針對院內(nèi)患者，通過手術(shù)機器人進(jìn)行外科手術(shù)，最大限度降低手術(shù)風(fēng)險和創(chuàng)傷程度，術(shù)后應(yīng)用心率變異度和腸鳴音監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，通過穿戴式便攜監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)護(hù)患者生命體征和康復(fù)情況，并結(jié)合人工智能技術(shù)，自動識別異常數(shù)據(jù)并實時預(yù)警，保障患者康復(fù)期間生命安全。針對出院患者，組建胃腸癌專家團(tuán)隊，聯(lián)合醫(yī)聯(lián)體單位，提供術(shù)后隨訪、疾病跟蹤管理、日常線上遠(yuǎn)程診斷服務(wù)，院內(nèi)院外信息共享，提升區(qū)域協(xié)同醫(yī)療服務(wù)能力。

圖1 業(yè)務(wù)架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，采用縱向分層+橫向解耦模式?？v向包含基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、服務(wù)層和用戶層。橫向?qū)⒎?wù)層的業(yè)務(wù)單元拆分進(jìn)行模塊化設(shè)計，通過應(yīng)用層提供系統(tǒng)所需要的業(yè)務(wù)邏輯、算法和計算過程，并與數(shù)據(jù)層和服務(wù)層交互，通過各服務(wù)間的專用接口和協(xié)議對接，形成彼此獨立的解耦合系統(tǒng)架構(gòu)，以確保平臺多任務(wù)并行處理能力，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，保障系統(tǒng)高速穩(wěn)定運行。

圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.3 院內(nèi)院外5G 專網(wǎng)

系統(tǒng)采用基于切片的網(wǎng)絡(luò)平臺架構(gòu)，基于5G 組建移動醫(yī)療專網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3 所示，做到內(nèi)外網(wǎng)強隔離，保障數(shù)據(jù)安全，實現(xiàn)各業(yè)務(wù)場景的靈活應(yīng)用。同步搭建移動醫(yī)療云平臺，承載遠(yuǎn)程監(jiān)測、遠(yuǎn)程診療等平臺應(yīng)用部署及數(shù)據(jù)存儲，既滿足應(yīng)用對計算和響應(yīng)速度的高要求，又解決海量健康數(shù)據(jù)的存儲問題，在保障院內(nèi)外信息安全及網(wǎng)絡(luò)可靠性的同時，根據(jù)資源需求彈性調(diào)整。

圖3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

院內(nèi)采用基于專用切片和下沉式UPF 對接部署的5G C2B組網(wǎng)模式，保證專用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)不出院、低時延、高可靠。ToB終端開機后，通過5G NR 向5G AMFUDM 等控制面網(wǎng)元進(jìn)行注冊等移動性管理流程，通過AMFSMFUPFPCF 等網(wǎng)元完成會話建立，打通5G NR、UPF、客戶網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通道。ToB 終端通過覆蓋院內(nèi)的5G 宏站或室分接入，數(shù)據(jù)流經(jīng)基站、SPN網(wǎng)流向院內(nèi)部署的下沉式UPF，再傳輸至客戶內(nèi)網(wǎng)，分發(fā)到響應(yīng)的業(yè)務(wù)平臺進(jìn)行響應(yīng)數(shù)據(jù)處理。

院外通過5G C2C 核心網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)接入至醫(yī)院平臺。患者ToC 5G 終端的注冊流程與toB 終端類似，但選擇使用普通公網(wǎng)業(yè)務(wù)UPF，再通過CMNET 公網(wǎng)訪問至醫(yī)院的互聯(lián)網(wǎng)入口。

2.4 核心業(yè)務(wù)平臺

2.4.1 5G 機器人手術(shù)平臺

5G 手術(shù)機器人平臺由達(dá)芬奇手術(shù)機器人、遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)組成。機器人手術(shù)是目前先進(jìn)的手術(shù)微創(chuàng)方法，其操作范圍小，規(guī)避了開腹手術(shù)直接對腹腔臟器的接觸，最大程度避免了腹腔臟器的術(shù)后粘連。此外，機器人手術(shù)切口小，有利于患者切口愈合，減少疼痛應(yīng)激，加速患者術(shù)后康復(fù)。

遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)依托5G 醫(yī)療云平臺，整合院內(nèi)臨床信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)（HIS、EMR、PACS 等）、醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)（麻醉機、呼吸機、輸液泵等），在專家辦公室、手術(shù)室、示教室部署5G 遠(yuǎn)程醫(yī)療多媒體終端，建立全景協(xié)作通路，實現(xiàn)手術(shù)全景、特寫還原，提供全高清質(zhì)量的手術(shù)示教、術(shù)中協(xié)同以及多學(xué)科遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)等服務(wù)。

2.4.2 心率變異度監(jiān)測平臺

心率變異度（HRV）是評估自主神經(jīng)系統(tǒng)功能及平衡狀態(tài)的常用指標(biāo)。外科手術(shù)會對胃腸腫瘤患者的HRV 產(chǎn)生明顯影響，一般于術(shù)后第5 天基本恢復(fù)至術(shù)前水平。監(jiān)測患者圍術(shù)期HRV 變化，可有效評估患者自主神經(jīng)系統(tǒng)功能恢復(fù)情況，為患者術(shù)后康復(fù)情況提供客觀評估資料。

基于5G+大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)，利用穿戴式動態(tài)心電監(jiān)測設(shè)備，可對胃腸癌術(shù)后患者進(jìn)行無創(chuàng)、無干擾、72 小時連續(xù)的HRV 監(jiān)測及智能報告分析、異常數(shù)據(jù)預(yù)警。經(jīng)臨床機構(gòu)配備60 萬份臨床心電數(shù)據(jù)庫驗證，心電圖陽性檢出率超過90%，房顫篩查檢出率較以往提升一倍。

2.4.3 腸鳴音監(jiān)護(hù)平臺

腸鳴音分析是一種重要的胃腸道功能診斷手段，可有效篩選和預(yù)測術(shù)后腸麻痹患者，聽診腸鳴音恢復(fù)正常后，及時指導(dǎo)病人進(jìn)食，可縮短胃腸外營養(yǎng)時間，促進(jìn)病人早日恢復(fù)。

基于5G+物聯(lián)網(wǎng)和人工智能（AI）的聲音識別技術(shù)，利用連續(xù)聽診記錄儀，可無創(chuàng)、連續(xù)、客觀地對患者進(jìn)行實時腸鳴音聲波數(shù)據(jù)采集、在線分析和自動識別。目前，在合作三甲醫(yī)院，已建立超過10 萬份的腸鳴音數(shù)據(jù)庫，機器識別準(zhǔn)確率超過94.7%，優(yōu)于普通外科醫(yī)生水平。同時，平臺可自動生成72 小時可視監(jiān)護(hù)報告，全面分析患者腸鳴音隨生物節(jié)律和術(shù)后恢復(fù)變化規(guī)律，協(xié)助醫(yī)生觀察患者腸內(nèi)營養(yǎng)和鎮(zhèn)痛藥物對于腸道的影響。

2.4.4 胃腸癌疾病遠(yuǎn)程診療平臺

胃腸癌疾病專家資源多集中在大型三級醫(yī)院，基層患者就診不便。通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程診療平臺獲得專家的專業(yè)診治，可為患者及時鑒別癌癥、改善就醫(yī)體驗。

依托大型三級醫(yī)院組建胃腸癌專家醫(yī)療團(tuán)隊，打造一站式“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療”健康服務(wù)平臺，利用5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸患者診斷數(shù)據(jù)及高清4K/8K 視頻，保障診療數(shù)據(jù)實時多方共享、線下+線上流程互通融合，實現(xiàn)在線預(yù)約、遠(yuǎn)程會診、電子處方等醫(yī)療業(yè)務(wù)閉環(huán)，為胃腸癌患者術(shù)前及術(shù)后康復(fù)提供全流程、一體化診療服務(wù)，促使優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源下沉，減輕患者就醫(yī)負(fù)擔(dān)。目前，已協(xié)助合作三甲醫(yī)院，試點開展院外患者在線診療服務(wù)。

2.4.5 胃腸癌患者術(shù)后康復(fù)平臺

胃腸癌患者出院后可能出現(xiàn)營養(yǎng)不良、藥物排斥等癥狀，且癌癥復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移概率較高，患者術(shù)后定期復(fù)診，專業(yè)醫(yī)生跟蹤隨訪、正確康復(fù)指導(dǎo)，可極大程度預(yù)防第二原發(fā)癌的發(fā)生，提升癌癥復(fù)發(fā)救治成功率。

胃腸癌患者術(shù)后康復(fù)平臺基于5G 網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)，以大型三級醫(yī)院專家為核心，聯(lián)動基層社區(qū)醫(yī)院醫(yī)生，組建胃腸癌術(shù)后康復(fù)管理團(tuán)隊，借助家庭醫(yī)生對胃腸癌疾病術(shù)后患者長期跟蹤隨訪，結(jié)合可穿戴式便攜監(jiān)測設(shè)備獲取患者體征監(jiān)測數(shù)據(jù)（心率監(jiān)護(hù)、動態(tài)血壓、睡眠腦電監(jiān)測、睡眠呼吸監(jiān)測、血糖、血氧等），提供胃腸癌疾病術(shù)后咨詢，為區(qū)域內(nèi)胃腸癌患者提供高質(zhì)量的術(shù)后康復(fù)管理服務(wù)。針對需要干預(yù)治療的患者，將用戶完整的個人健康檔案即時推送至專家團(tuán)隊，醫(yī)生可根據(jù)患者健康數(shù)據(jù)及異常指標(biāo)進(jìn)行在線診療服務(wù)，實現(xiàn)康復(fù)宣教、康復(fù)管理、診療服務(wù)一體化。

2.5 人工智能與大數(shù)據(jù)能力嵌入

在實現(xiàn)手術(shù)康復(fù)平臺實時監(jiān)測患者體征，院內(nèi)外數(shù)據(jù)互聯(lián)的基礎(chǔ)上，通過引入醫(yī)療大數(shù)據(jù)與人工智能交互技術(shù)，實現(xiàn)智能預(yù)警、異常數(shù)據(jù)智能分析，彌補了傳統(tǒng)動態(tài)指標(biāo)回顧性分析的缺點，輔助醫(yī)務(wù)人員對監(jiān)測指標(biāo)快速精準(zhǔn)診斷，為需急救患者贏得寶貴的搶救時間。

在已建立60 萬份臨床心電數(shù)據(jù)庫、10 萬份臨床腸鳴音數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，建立胃腸癌專病康復(fù)知識庫，結(jié)合傳統(tǒng)特征識別和機器算法自動學(xué)習(xí)，不斷完善積累知識庫數(shù)據(jù)模型，提升整體準(zhǔn)確率。

3 方案亮點

3.1 “5G+高清視頻平臺”助力線上手術(shù)教學(xué)

依托5G 網(wǎng)絡(luò)大帶寬、低時延特性，將手術(shù)術(shù)野畫面、監(jiān)護(hù)儀設(shè)備畫面、腔境視頻畫面等多路4K/8K 高清視頻同步至遠(yuǎn)端，便于遠(yuǎn)端專家實時掌握手術(shù)進(jìn)程，提升手術(shù)指導(dǎo)效果。線上學(xué)員同步觀看直播和錄播視頻，反復(fù)學(xué)習(xí)手術(shù)關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵操作，提升學(xué)習(xí)效果。

3.2 人工智能+大數(shù)據(jù)輔助康復(fù)監(jiān)護(hù)

基于低時延、大帶寬的5G 網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對術(shù)后患者監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確診斷，為醫(yī)院節(jié)約人力成本，提高工作效率。區(qū)域內(nèi)基層醫(yī)院可以通過遠(yuǎn)程平臺嵌入輔助診斷系統(tǒng)，減少基層醫(yī)生的誤診與漏診；建立胃腸癌康復(fù)知識庫，利用監(jiān)護(hù)大數(shù)據(jù)開展臨床研究，為臨床科研提供樣本挖掘和篩選。

3.3 多模式遠(yuǎn)程醫(yī)療實現(xiàn)全流程跟蹤管理

以胃腸癌患者為主要服務(wù)對象，通過專業(yè)化服務(wù)為術(shù)前、術(shù)后患者提供全方位的醫(yī)療服務(wù)。建立健全胃腸癌疾病防控體系，線上組建大型三級醫(yī)院專家團(tuán)隊，依托遠(yuǎn)程醫(yī)療協(xié)作平臺和醫(yī)聯(lián)體基層醫(yī)院，對院外患者實施干預(yù)，有效預(yù)防和控制病情進(jìn)展和術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生。

4 結(jié)束語

基于5G 網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)構(gòu)建胃腸癌機器人手術(shù)及術(shù)后應(yīng)激與快速康復(fù)管理平臺。該平臺的應(yīng)用使得胃腸癌患者圍術(shù)期治療和康復(fù)手段得到精細(xì)化、規(guī)范化處理，術(shù)后康復(fù)周期明顯縮短，實現(xiàn)術(shù)中、術(shù)后患者健康數(shù)據(jù)實時同步和智能預(yù)警，以及術(shù)后康復(fù)跟蹤管理，為患者提供全流程閉環(huán)服務(wù)，減輕患者壓力，提升醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。

康復(fù)平臺已在合作三甲醫(yī)院落地，利用穿戴式設(shè)備監(jiān)護(hù)超過1400 名胃腸癌患者康復(fù)，將術(shù)后出院時間從7-10 天縮短至5 天左右，使胃腸癌病人能夠快速從手術(shù)創(chuàng)傷中康復(fù)，并結(jié)合遠(yuǎn)程診療和康復(fù)管理平臺，對出院患者進(jìn)行長期跟蹤管理，對胃腸癌患者的康復(fù)發(fā)揮了顯著作用。