5G遠程超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮腎穿刺碎石取石術(shù)1例報告

周 翔，楊 杰，艾克巴爾·阿布來提，田金勇，邵云強，買買提江·達吾提，葉新華，李 杰，宋寧宏*

1南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科，江蘇 南京 210029；2南京醫(yī)科大學(xué)附屬克州人民醫(yī)院泌尿外科，新疆 克州 845350；3南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院超聲科，江蘇 南京 210029

泌尿系結(jié)石是泌尿系統(tǒng)的常見疾病，北美地區(qū)發(fā)病率為7%～13%，歐洲為5%～9%，亞洲為1%～5%。同時，泌尿系結(jié)石的復(fù)發(fā)率較高，5～10年內(nèi)復(fù)發(fā)率可達50%，20 年內(nèi)復(fù)發(fā)率可達75%。地理環(huán)境、氣候、飲食、基因差異、性別、職業(yè)以及年齡均可影響泌尿系結(jié)石的發(fā)病率。泌尿系統(tǒng)結(jié)石按發(fā)病部位可分為腎結(jié)石、輸尿管結(jié)石、膀胱結(jié)石和尿道結(jié)石。按結(jié)石成分可分為草酸鈣結(jié)石、磷酸鈣結(jié)石、磷酸銨鎂結(jié)石、尿酸結(jié)石以及胱氨酸結(jié)石［1］。在中國成年人群中，腎結(jié)石的發(fā)病率可達5.9%［2］。由于新疆南部炎熱干旱以及高脂飲食，泌尿系結(jié)石在新疆南部地區(qū)的發(fā)病率較高，其中維吾爾族居民的結(jié)石發(fā)病率更高［3］。新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州（克州）地處祖國最西端，鹿角形、復(fù)雜性腎結(jié)石患者尤為多見［4］，常需要經(jīng)皮腎鏡碎石取石術(shù)處理。其中B超引導(dǎo)下進行腎穿刺建立工作通道是該術(shù)式的核心和難點。但這一步操作技術(shù)要求高、難度大、學(xué)習(xí)曲線長，目前僅部分經(jīng)驗豐富的泌尿外科醫(yī)師能夠掌握，地處山區(qū)邊疆的基層醫(yī)療單位，成功開展此類手術(shù)難度較大。如遇風(fēng)險性高、難度大的腎結(jié)石患者，往往建議患者轉(zhuǎn)院或請院外專家手術(shù)會診，但無論采用哪種方法，均會極大增加患者的經(jīng)濟負擔(dān)。

近年來，隨著機器人以及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的進步，遠程手術(shù)得以實現(xiàn)。遠程手術(shù)可以節(jié)約和優(yōu)化醫(yī)療資源，為農(nóng)村、災(zāi)區(qū)、戰(zhàn)場等不均衡地區(qū)提供高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)。同時遠程手術(shù)也可減少患者等待時間，降低病情惡化風(fēng)險。新興的5G移動通訊技術(shù)是最新一代的蜂窩通訊技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)顯示出許多優(yōu)勢，5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)為遠程手術(shù)提供了更多機會。因此，南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院在國際及國內(nèi)上首次嘗試使用5G 遠程超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮腎穿刺碎石取石術(shù)，現(xiàn)報告如下。

1 病例資料

患者女，64 歲，維吾爾族，身高155 cm，體重85 kg?；颊?個月前因雙側(cè)腰背部疼痛就診，行中下腹部CT 檢查提示：右側(cè)輸尿管下段結(jié)石、左腎結(jié)石。血常規(guī)檢查提示：白細胞32×109個/L，急診行右側(cè)輸尿管支架置入術(shù)，并予抗炎、補液及營養(yǎng)等對癥治療。1個月前患者至當(dāng)?shù)蒯t(yī)院行右側(cè)輸尿管支架管取出術(shù)、左側(cè)行經(jīng)皮腎鏡碎石術(shù)治療失敗，留置左側(cè)輸尿管支架1 根?；颊咴俅稳朐汉笮兄邢赂共緾T 檢查提示：左側(cè)腎盂多發(fā)高密度影，部分呈“鹿角狀”，大小約2.60 cm×1.93 cm，結(jié)石最大直徑5.5 cm，左側(cè)腎盂、輸尿管及膀胱走行區(qū)可見輸尿管支架管影（圖1）。血常規(guī)檢查提示：白細胞計數(shù)5.5×109個/L，C反應(yīng)蛋白6.08 mg/L，尿白細胞++。

圖1 患者中下腹部CT平掃結(jié)果

手術(shù)設(shè)備及倫理：遠程超聲診斷系統(tǒng)（MGIUSR3，深圳華大智造云影醫(yī)療科技有限公司）（圖2），患者端位于新疆克州人民醫(yī)院手術(shù)室，醫(yī)生端位于南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院本部。5G 移動通訊技術(shù)（中國移動），網(wǎng)速100 Mb/s；德國STORZ F9.8 輸尿管鏡，北京愛科普能鈥激光治療機，直徑600 μm光纖，武漢大華電視監(jiān)視系統(tǒng)。本研究獲得南京醫(yī)科大學(xué)附屬克州人民醫(yī)院倫理委員的批準(zhǔn)（倫審號：2021-06-01）以及患者的知情同意。

圖2 遠程超聲診斷系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)連接方案以及網(wǎng)絡(luò)安全：通過公共5G無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程超聲診斷系統(tǒng)醫(yī)生端與患者端之間的連接（圖3）。5G客戶端設(shè)備（CPE，customer premise equipment）作為5G基站產(chǎn)生的5G無線網(wǎng)絡(luò)信號的終端接收器。B 超影像數(shù)據(jù)也從5G CPE 傳輸?shù)?G基站。然后通過5G核心網(wǎng)將數(shù)據(jù)從該站傳輸?shù)侥康恼尽＿h程超聲診斷系統(tǒng)患者端產(chǎn)生的影像學(xué)信息會編譯成對應(yīng)的字節(jié)碼，采用加密數(shù)據(jù)流傳輸，醫(yī)生端解碼獲得影像。

圖3 遠程輔助手術(shù)網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

手術(shù)操作：術(shù)前予抗感染治療3 d，尿白細胞恢復(fù)至正常水平。超聲診斷系統(tǒng)患者端與醫(yī)生端正確連接。術(shù)中先取截石位，采用F9.8輸尿管鏡成功更換左側(cè)輸尿管支架管后改為俯臥位，根據(jù)患者體位擺放遠程超聲診斷系統(tǒng)患者端（克州）（圖4A、B）。醫(yī)生于南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院本部（南京）操作遠程超聲診斷系統(tǒng)醫(yī)生端（4C），克州人民醫(yī)院術(shù)者（克州人民醫(yī)院醫(yī)師）在彩色多普勒超聲引導(dǎo)下于左側(cè)12肋下緣與肩胛線之間，經(jīng)穹窿部穿刺進入腎中盞后組（圖4D）。穿刺成功后，置入斑馬導(dǎo)絲，退出針鞘。克州人民醫(yī)院術(shù)者（江蘇援疆專家和克州人民醫(yī)院醫(yī)師）于導(dǎo)絲穿刺點做1 cm橫行切口，沿導(dǎo)絲依次置入F8～F14 擴張器，留置16 號V型擴張器鞘，建立經(jīng)皮腎通道。采用輸尿管鏡聯(lián)合鈥激光碎石取石。利用遠程超聲確定結(jié)石殘留情況。留置14號腎造瘺管。手術(shù)總時長50 min，出血10 mL。術(shù)后第2 天復(fù)查腹部平片未發(fā)現(xiàn)殘留結(jié)石。術(shù)中單向數(shù)據(jù)傳輸延遲70 ms，偶發(fā)性數(shù)據(jù)丟包率為5%。

圖4 遠程超聲診斷系統(tǒng)術(shù)中操作

2 討論

新疆地區(qū)有獨特的文化、地理環(huán)境、飲食習(xí)慣以及生活方式。研究顯示新疆地區(qū)的結(jié)石發(fā)病率較高，并且維吾爾族泌尿系結(jié)石患者中嬰幼兒及青少年所占比例較高，可達58.47%［5］。新疆地區(qū)的維吾爾族人群傾向于攝入高蛋白和高嘌呤的食物，例如動物內(nèi)臟、牛肉以及羊肉，水果蔬菜攝入較少［6］。這就導(dǎo)致內(nèi)源性酸的排泄增加和尿酸結(jié)石的形成［7］。此外，新疆地區(qū)位于內(nèi)陸地區(qū)，氣候較為干旱，年降水量只有約150 mm。此地居民處于持續(xù)脫水環(huán)境，因此尿量減少，尿液濃度增高，結(jié)石形成風(fēng)險增加。同時，更多的陽光照射促進了維生素D的合成，增加了鈣的吸收［8］。新疆地下水普遍偏硬、高鹽、低堿性［9］。新疆維吾爾族人群經(jīng)常吃哈密瓜、葡萄、紅棗等含糖量高的水果，也是導(dǎo)致尿石癥的另一個危險因素［10］。草酸鈣是新疆地區(qū)最常見的結(jié)石成分，可占所有結(jié)石類型的66%，其次是尿酸鹽結(jié)石（19.7%）、碳酸磷灰石（11.7%），與國內(nèi)其他地區(qū)相比，草酸鈣結(jié)石占比相對較大。在發(fā)病部位中，絕大部分為上尿路結(jié)石（約78%），與國內(nèi)其他地區(qū)相比，發(fā)病部位無明顯差異［11］。由于新疆地區(qū)存在很多氣候問題，如干旱、沙塵暴、寒潮、干熱風(fēng)和冰雹，當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展處于初級階段，不利于當(dāng)?shù)匦l(wèi)生醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展［12-13］。因此，醫(yī)院就診患者的結(jié)石通常較大，病情較復(fù)雜，需行經(jīng)皮腎鏡的患者較多［14］。B超是常用的經(jīng)皮穿刺輔助定位工具［15］，具有穿刺簡便、無射線暴露、易區(qū)分腎盞穹窿以及背側(cè)腎盞等優(yōu)點，但對于導(dǎo)絲位置以及擴張深度難以監(jiān)測。如遇腎周滲液較多、腎內(nèi)血塊及積氣時，則B超定位的準(zhǔn)確性會受到影響［16］。缺少系統(tǒng)的腎臟B超訓(xùn)練以及準(zhǔn)確的術(shù)前B超定位成為阻礙邊疆地區(qū)開展經(jīng)皮腎鏡手術(shù)的阻礙之一。

隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的進步，遠程醫(yī)療逐漸興起。遠程會診、遠程診斷、移動病房、遠程患者圖像共享、遠程中風(fēng)急診、數(shù)字化手術(shù)室、遠程教學(xué)培訓(xùn)等方面取得了長足進展。其中，遠程輔助手術(shù)是一種遠程在場的方法，專家不僅可以提供遠程指導(dǎo)，還可以與手術(shù)現(xiàn)場直接互動。借助于遠程操縱器，指導(dǎo)者可以通過機械臂移動攝像機或儀器。1997 年4 月，第1次遠程洲際手術(shù)在美國和澳大利亞之間實現(xiàn)，信號傳輸延遲1 s［17］。2000 年至今，遠程輔助手術(shù)得到了進一步探索。雖然手術(shù)時間相對延長，但操作的準(zhǔn)確性得到了提高。遠程輔助手術(shù)具有廣闊的前景，并極力推薦用于幫助偏遠地區(qū)新手外科醫(yī)生的手術(shù)病例中，可以降低患者風(fēng)險。但遠程輔助手術(shù)還有諸多需要改進的地方。遠程輔助手術(shù)的局限性主要是數(shù)據(jù)傳輸，包括遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)速以及網(wǎng)絡(luò)延遲等。5G通訊技術(shù)是目前我國最新一代大規(guī)模應(yīng)用的通訊技術(shù)，網(wǎng)速可高達10 Gbps。相對有線網(wǎng)絡(luò)需要特定的網(wǎng)線或光纜，5G網(wǎng)絡(luò)可以讓連接設(shè)備具有更好的移動性，讓網(wǎng)絡(luò)光纜帶來的地域限制不復(fù)存在。只需專用的5G CPE 作為信號中繼站和放大器，就可以通過無線連接在兩個站點之間進行遠程輔助手術(shù)。由于5G 無線網(wǎng)絡(luò)帶來的連接設(shè)備的移動性更好，遠程手術(shù)可以在有線光纜缺乏的地區(qū)（如戰(zhàn)場、受災(zāi)地區(qū)以及山區(qū)）成功開展［18］。此外，5G 網(wǎng)絡(luò)的延遲時間相對較短。研究認為遠程手術(shù)的理想延遲時間應(yīng)小于100 ms，延遲135～200 ms 術(shù)者感覺較為明顯，但術(shù)者可以適應(yīng)以及安全有效地開展手術(shù)，如果延遲時間超過300 ms，就會出現(xiàn)錯誤操作等問題［19-20］。目前，國內(nèi)Zheng等［17］通過5G技術(shù)成功實現(xiàn)了距離3 000 km的遠程實驗動物的腹腔鏡手術(shù)，平均往返數(shù)據(jù)傳輸延遲114 ms，數(shù)據(jù)丟包率為1.20%。劉榮等［21］通過5G技術(shù)成功實現(xiàn)了距離50 km的實驗豬的肝臟楔形切除，單向數(shù)據(jù)傳輸延遲小于150 ms。在國內(nèi)臨床實踐中，5G 遠程腦部手術(shù)、骨科手術(shù)均已成功實現(xiàn)［22-23］?？紤]到新疆克州地區(qū)的結(jié)石發(fā)病率較高、醫(yī)療水平有限，且國際及國內(nèi)尚未開展過5G 遠程超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮腎穿刺碎石取石術(shù)，因此嘗試在南京與克州地區(qū)行此手術(shù)。南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院距離新疆克州人民醫(yī)院直線距離約4 000 km，術(shù)中結(jié)果顯示，單向數(shù)據(jù)傳輸延遲70 ms，偶發(fā)性數(shù)據(jù)丟包率為5%，完全滿足手術(shù)需求?；颊?個月前曾在外院腎結(jié)石手術(shù)失敗，且無腎積水，行經(jīng)皮腎鏡穿刺難度較大，在遠程B 超醫(yī)生端的操作下定位，約15 min 成功建立碎石取石工作通道，術(shù)后復(fù)查無殘留結(jié)石。

5G 遠程超聲引導(dǎo)下經(jīng)皮腎穿刺碎石取石術(shù)應(yīng)注意的技術(shù)要點：①術(shù)前應(yīng)測試兩地間的網(wǎng)速、帶寬、數(shù)據(jù)傳輸延遲以及丟包率，有條件的地方可以采取有線網(wǎng)絡(luò)連接作為備用網(wǎng)絡(luò)方案，應(yīng)確保術(shù)中的有效網(wǎng)絡(luò)連接。②目前市場尚缺乏遠程B超機械臂專用的無菌保護套，可暫時使用達芬奇機器人的機械臂無菌保護套，保護套固定不能阻擋醫(yī)生端視野以及妨礙機械臂操作。③遠程B超的患者端以及攝像頭等設(shè)備應(yīng)擺放于患側(cè)的對側(cè)，否則會影響后續(xù)手術(shù)操作。④醫(yī)生端看到的患者端操作情況均為患者端的1個攝像頭實時拍攝，為二維圖像，深度感覺較差；醫(yī)生端模擬探頭的使用感覺與實際B 超操作仍有差距，醫(yī)生端B超操作應(yīng)加強練習(xí)。

通訊技術(shù)和機器人工程技術(shù)發(fā)展促進了遠程外科手術(shù)的快速發(fā)展，并促進了初步的臨床應(yīng)用。盡管國內(nèi)外諸多遠程手術(shù)均取得了令人滿意的治療效果，但目前研究多為個案報道，尚缺乏大規(guī)模的研究報道。此外，遠程手術(shù)設(shè)備的外科醫(yī)生控制臺和患者端的設(shè)計需要緊湊和便攜，才能最終達到隨時隨地手術(shù)的要求，同時醫(yī)生端獲得的患者端實時操作畫面應(yīng)該多維度，以利于位置感知；醫(yī)生端模擬探頭的操作感覺應(yīng)更加優(yōu)化，以接近實際使用B 超的感覺。只有這樣，在有線網(wǎng)線鋪設(shè)困難或無法鋪設(shè)的偏遠地區(qū)，患者才能得到及時、高質(zhì)量的治療，最大限度地減少治療延誤。同時，遠程外科手術(shù)在臨床充分使用之前，仍有一系列安全、法律、財務(wù)、經(jīng)濟和倫理的問題需要解決。在安全方面，術(shù)中要能確保設(shè)備間的持續(xù)可靠連接，保證網(wǎng)絡(luò)的低延時，通信企業(yè)需要采取措施保證足夠的帶寬和遠程手術(shù)的優(yōu)先級。同時必須研究網(wǎng)絡(luò)漏洞和攻擊，并對網(wǎng)絡(luò)攻擊進行評估、預(yù)防和破解，還需設(shè)計用于5G網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)。此外，外科手術(shù)機器人需要結(jié)合人工智能技術(shù)，如手術(shù)中危險動作的警告，以提高機器人的智能，降低手術(shù)風(fēng)險。在法律、國家政策支持以及醫(yī)保報銷方面，可進行遠程手術(shù)單位的資質(zhì)評估、遠程手術(shù)規(guī)范以及遠程手術(shù)涉及的醫(yī)療事故的責(zé)任認定等法律問題需進一步解決。同時，遠程手術(shù)相關(guān)設(shè)備購置的政策支持以及手術(shù)相關(guān)花費的醫(yī)保報銷仍是決定遠程手術(shù)能否大面積推廣的重要因素。倫理方面，在存在網(wǎng)絡(luò)攻擊、網(wǎng)絡(luò)癱瘓以及設(shè)備故障可能性的背景下，盡管采取了防護措施，采用網(wǎng)絡(luò)連接進行手術(shù)仍會可能讓患者面臨諸多無法預(yù)知的風(fēng)險。當(dāng)無法準(zhǔn)確描述潛在風(fēng)險以及未制定完備的安全計劃時，實施遠程手術(shù)就會陷入倫理的兩難境地。