遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

編者按 近年來(lái)，機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)在泌尿外科、婦科、胸外科、普外科、骨科等領(lǐng)域的應(yīng)用日益深入，其在小兒外科、耳鼻喉科、口腔科、血管外科等領(lǐng)域也已積累了大量的臨床經(jīng)驗(yàn)。隨著5G技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）等高新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)也在持續(xù)開(kāi)展并已取得階段性進(jìn)展。

然而，機(jī)器人手術(shù)自面世起就面臨著諸多爭(zhēng)議，如技術(shù)安全、責(zé)任認(rèn)定、患者隱私泄露、醫(yī)學(xué)倫理等問(wèn)題；另一方面，機(jī)器人手術(shù)的治療效果是否明顯優(yōu)于傳統(tǒng)腔鏡手術(shù)仍缺乏循證醫(yī)學(xué)證據(jù)。與傳統(tǒng)開(kāi)放手術(shù)和腔鏡手術(shù)相比，機(jī)器人手術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)究竟如何？目前機(jī)器人手術(shù)在各學(xué)科的應(yīng)用處于什么階段？機(jī)器人手術(shù)的未來(lái)前景如何？這需要從事機(jī)器人手術(shù)臨床工作的各位專家、同仁共同探討和論證。

摘 要 遠(yuǎn)程手術(shù)是一種新興的手術(shù)模式，通過(guò)利用先進(jìn)的手術(shù)機(jī)器人及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，允許外科醫(yī)生對(duì)距離較遠(yuǎn)的患者進(jìn)行手術(shù)。遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)不僅有利于改善目前高水平外科醫(yī)生短缺的現(xiàn)狀，而且還可以消除地理障礙，為患者帶來(lái)及時(shí)、高質(zhì)量的手術(shù)干預(yù)，減輕患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)、減少并發(fā)癥和遠(yuǎn)距離就醫(yī)的苦惱。本文主要就國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀展開(kāi)一系列介紹，并對(duì)遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞 遠(yuǎn)程手術(shù)；手術(shù)機(jī)器人；組網(wǎng)方案

中圖分類號(hào) R608 TN711.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-7721（2022）05-0343-08

History and current situation of telesurgery

TIAN Dongxu， NIU Haitao

（Department of Urology， the Affiliated Hospital of Qingdao University， Qingdao 266000， China）

Abstract As a new surgical system， telesurgery enables surgeons to perform surgeries on patients from long-distance by using advanced robotic surgical technology and network technology. Telesurgery could not only help to solve the problem of shortage of high-level surgeons， but also eliminate geographical obstacles with timely and high-quality of surgical intervention， reduce complications， relieve economic burden and distress of patients from long-distance. The history and current situation of telesurgery at home and abroad are reviewed in this paper， and future development of telesurgery is prospected.

Key words Telesurgery; Surgical robot; Networking scheme

遠(yuǎn)程手術(shù)是指醫(yī)生與患者位于相距較遠(yuǎn)的地理位置，醫(yī)生借助手術(shù)機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等為患者開(kāi)展手術(shù)的新興醫(yī)療方式[1-2]。其中醫(yī)生所在的操作中心被稱為手術(shù)端，患者所在手術(shù)室被稱為患者端。遠(yuǎn)程手術(shù)的設(shè)想最早是為了在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期給后方醫(yī)院創(chuàng)傷患者提供快速、高質(zhì)量的手術(shù)治療[3]。由于當(dāng)時(shí)機(jī)器人技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等水平有限，相關(guān)的研究進(jìn)展緩慢。當(dāng)前，由于現(xiàn)代醫(yī)療資源分配不均衡及特殊地區(qū)的限制導(dǎo)致很多患者失去了最佳手術(shù)機(jī)會(huì)，目前新冠疫情全球大范圍流行也進(jìn)一步阻礙了遠(yuǎn)距離就醫(yī)，這導(dǎo)致患者對(duì)遠(yuǎn)程手術(shù)的需求也不斷增大。遠(yuǎn)程通信技術(shù)及手術(shù)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展使遠(yuǎn)程手術(shù)的設(shè)想逐步成為現(xiàn)實(shí)，并已經(jīng)使部分患者獲益。

國(guó)外遠(yuǎn)程手術(shù)在20世紀(jì)90年代已步入正軌，經(jīng)過(guò)數(shù)年的摸索創(chuàng)新，最終在2001年成功完成真正意義上的遠(yuǎn)程手術(shù)[4]，并進(jìn)入現(xiàn)代化遠(yuǎn)程手術(shù)探索階段。國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)雖研究較晚，但發(fā)展迅速，并迅速建立起適合中國(guó)國(guó)情的遠(yuǎn)程手術(shù)模式，為后期5G遠(yuǎn)程手術(shù)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。如果說(shuō)國(guó)外遠(yuǎn)程手術(shù)自2001年進(jìn)入遠(yuǎn)程現(xiàn)代化，那么，5G網(wǎng)絡(luò)的誕生則可視為中國(guó)遠(yuǎn)程手術(shù)現(xiàn)代化的標(biāo)志性創(chuàng)新。

1 國(guó)外遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展歷史

美國(guó)作為醫(yī)療水平相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家，在遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究較早，在進(jìn)入遠(yuǎn)程手術(shù)正式研究之前就已經(jīng)進(jìn)行了多家醫(yī)院的遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程視頻醫(yī)療教育等基礎(chǔ)研究。20世紀(jì)90年代以來(lái)，外科手術(shù)的遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展迅速，并有大量研究結(jié)果被報(bào)道。第一個(gè)關(guān)于遠(yuǎn)程手術(shù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程會(huì)診于1992年被報(bào)道，其在手術(shù)過(guò)程中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電話專線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行病理切片之間的傳輸并由遠(yuǎn)程病理學(xué)專家給予實(shí)時(shí)病理診斷，但由于當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及醫(yī)療水平有限，35例病例中僅有37%的診斷幫助率[5]。同年，Satava R M等[6]使用SRI遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)直接控制機(jī)械針尖的運(yùn)動(dòng)來(lái)完成部分操作，并基于此操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了目前著名的達(dá)芬奇機(jī)器人[7]，這是遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人的開(kāi)始，也是遠(yuǎn)程手術(shù)從現(xiàn)場(chǎng)到遠(yuǎn)程操作的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

有學(xué)者于1994年在美國(guó)馬里蘭州開(kāi)展了泌尿外科遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)[8]，在手術(shù)室所在醫(yī)院建立遠(yuǎn)程站點(diǎn)，醫(yī)生端與患者端相距約1 609km，手術(shù)中所有組件之間連接到手術(shù)室中信號(hào)源，手術(shù)系統(tǒng)中添加一個(gè)開(kāi)關(guān)用以控制組織切割及止血，在這種初始遠(yuǎn)程手術(shù)設(shè)備下完成了32次簡(jiǎn)單手術(shù)操作，但遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題并未得到解決，即兩站點(diǎn)之間手術(shù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸問(wèn)題。針對(duì)該關(guān)鍵問(wèn)題，Kavoussi L R及其團(tuán)隊(duì)在1996年嘗試性進(jìn)行了7例遠(yuǎn)程手術(shù)的基礎(chǔ)操作[9]，應(yīng)用區(qū)域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)線路，以1.5Mb/s的帶寬在約5.6km以外的站點(diǎn)完成手術(shù)中切割、止血等操作，并進(jìn)行了術(shù)中音頻、視頻、操作指令及必要數(shù)據(jù)的傳輸，這項(xiàng)研究中確定了遠(yuǎn)程手術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵特征，即高質(zhì)量的音頻、視頻傳導(dǎo)。

在上述研究的經(jīng)驗(yàn)下，Kavoussi L R團(tuán)隊(duì)在1998年嘗試進(jìn)行跨洲距離的遠(yuǎn)程腹腔鏡機(jī)器人指導(dǎo)手術(shù)[10]，分別指導(dǎo)位于約8 047km、14 484km及17 703km外的年輕醫(yī)師完成了不同的泌尿外科手術(shù)，通過(guò)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)間的傳輸，網(wǎng)絡(luò)延遲約為1s，帶寬約為384kb/s。盡管這項(xiàng)研究中存在地理位置、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平有限等限制，但在遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)下手術(shù)均順利完成。隨后，該團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用相同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在位于7 242km以外的意大利進(jìn)行了經(jīng)皮腎穿刺操作[11]，應(yīng)用一種專門研發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)，在平均20min內(nèi)完成腎臟穿刺。

除泌尿系統(tǒng)手術(shù)外，普通外科的其他手術(shù)如疝修補(bǔ)術(shù)等因操作相對(duì)簡(jiǎn)單均成為遠(yuǎn)處手術(shù)中研究重點(diǎn)。1999年，Cubano M A團(tuán)隊(duì)[12]嘗試將航空母艦戰(zhàn)斗群與其他設(shè)施相連，計(jì)劃完成5例遠(yuǎn)程腹腔鏡疝修補(bǔ)術(shù)的指導(dǎo)手術(shù)。該研究在當(dāng)時(shí)挑戰(zhàn)性應(yīng)用國(guó)際航空站的網(wǎng)絡(luò)通信，雖然網(wǎng)絡(luò)延遲并未達(dá)到理想結(jié)局，但顯示出國(guó)外在不停發(fā)掘遠(yuǎn)程手術(shù)中組網(wǎng)方案的潛力，為以后的遠(yuǎn)程手術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)90年代，在不斷探索遠(yuǎn)程手術(shù)的基礎(chǔ)上，國(guó)外部分國(guó)家已掌握了遠(yuǎn)程手術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，由最初的遠(yuǎn)程簡(jiǎn)單操作到遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)基本成形，并開(kāi)始不斷嘗試真正意義上的獨(dú)立遠(yuǎn)程手術(shù)，且于2001年完成了第一個(gè)真正的遠(yuǎn)程外科手術(shù)，即著名的“Charles Lindbergh手術(shù)”[4，13]。

接受手術(shù)的患者是一名在法國(guó)斯特拉斯堡的68歲女性膽囊結(jié)石患者，而外科大夫在距離7 000km以外的美國(guó)紐約進(jìn)行手術(shù)。手術(shù)中應(yīng)用了一種特殊的專線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)之間的傳遞，手術(shù)中數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，操作信號(hào)及影像信號(hào)傳輸流暢，網(wǎng)絡(luò)時(shí)延維持在較低水平。這是遠(yuǎn)程手術(shù)的一個(gè)里程碑，驗(yàn)證了遠(yuǎn)程手術(shù)技術(shù)的可行性。

2 國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展歷史

中國(guó)醫(yī)療資源分布不均，高水平外科大夫及先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備基本分布在大中城市，農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)則明顯落后，存在著明顯地域性差別。大量需要手術(shù)的患者無(wú)法得到高質(zhì)量、及時(shí)的手術(shù)治療，因此遠(yuǎn)程手術(shù)在我國(guó)更有發(fā)展的必要性。盡管相比于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)遠(yuǎn)程手術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展速度驚人，并迅速探索出了適合我國(guó)國(guó)情的遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展模式。

在21世紀(jì)初期，海軍總醫(yī)院利用遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)為腦腫瘤患者行立體定位活檢手術(shù)[14]，完成了我國(guó)首次腦外科異地手術(shù)；北京積水潭醫(yī)院應(yīng)用主從式機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程骨科輔助手術(shù)操作[15]。盡管兩項(xiàng)手術(shù)順利完成，但研究中遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)僅起到輔助定位、影像傳輸作用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)手術(shù)醫(yī)師靈活無(wú)間斷的實(shí)時(shí)手術(shù)操作，手術(shù)中影像信號(hào)及手術(shù)信號(hào)的傳輸無(wú)嚴(yán)格要求，且對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等必要條件無(wú)法嚴(yán)格把控。隨后，我國(guó)也開(kāi)始對(duì)遠(yuǎn)程手術(shù)中網(wǎng)絡(luò)方案及機(jī)器人系統(tǒng)等關(guān)鍵因素進(jìn)行發(fā)掘性研究，使遠(yuǎn)程手術(shù)能夠安全、穩(wěn)定地完成。2012年12月，北京航空航天大學(xué)聯(lián)合海軍總醫(yī)院成功完成我國(guó)首次遠(yuǎn)程海上手術(shù)[16]，手術(shù)通過(guò)衛(wèi)星鏈接網(wǎng)絡(luò)將位于北京的海軍總醫(yī)院遠(yuǎn)程中心的醫(yī)生端及位于太平洋海域的患者端建立通訊聯(lián)系，應(yīng)用BH-7機(jī)器人系統(tǒng)完成手術(shù)，然而，衛(wèi)星通信信號(hào)網(wǎng)絡(luò)延遲的不確定性和數(shù)據(jù)丟包率等問(wèn)題成為該研究的最大問(wèn)題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足遠(yuǎn)程手術(shù)要求。

4G 網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展，推動(dòng)了我國(guó)遠(yuǎn)程手術(shù)歷史發(fā)展，其網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性優(yōu)于衛(wèi)星通信。2015年，國(guó)產(chǎn)“妙手S”手術(shù)機(jī)器人借助10Mb/s帶寬商用網(wǎng)絡(luò)，完成了約170km的遠(yuǎn)程無(wú)線動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用當(dāng)時(shí)熱門4G網(wǎng)絡(luò)，平均手術(shù)延時(shí)在250ms左右，系統(tǒng)雙向總延時(shí)最大為302.6ms，丟包率約為4%[17]。雖然整個(gè)實(shí)驗(yàn)較為成功，但4G網(wǎng)絡(luò)的窄帶寬及高時(shí)延仍限制了遠(yuǎn)程手術(shù)的臨床應(yīng)用及推廣。4G網(wǎng)絡(luò)方案即目前5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的起源，雙側(cè)網(wǎng)關(guān)通過(guò)4G通信方式接入互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)多個(gè)用戶發(fā)生業(yè)務(wù)關(guān)系時(shí)，信息流通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)對(duì)方設(shè)備。由于數(shù)據(jù)流要經(jīng)過(guò)4G和公網(wǎng)兩個(gè)瓶頸的制約，與其他用戶數(shù)據(jù)流共享公網(wǎng)帶寬，當(dāng)4G信號(hào)較弱和公網(wǎng)資源不足時(shí)，實(shí)際可用帶寬就會(huì)下降。因此，此種組網(wǎng)方式的帶寬穩(wěn)定性較差，會(huì)對(duì)雙向視音頻交互應(yīng)用產(chǎn)生不利影響。該組網(wǎng)方式也僅僅是在該網(wǎng)絡(luò)剛剛產(chǎn)生時(shí)用在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，隨后即被其他組網(wǎng)方案迅速取代。

3 國(guó)外遠(yuǎn)程手術(shù)現(xiàn)狀

自2001年完成真正意義上遠(yuǎn)程手術(shù)后，國(guó)外遠(yuǎn)程手術(shù)的研究進(jìn)入現(xiàn)代化遠(yuǎn)程手術(shù)探索模式。雖然“Charles Lindbergh手術(shù)”中報(bào)道信號(hào)傳輸穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較低，但前期準(zhǔn)備工作中鋪設(shè)的海底電纜專線耗資巨大，人力、物力花費(fèi)過(guò)多，準(zhǔn)備周期過(guò)長(zhǎng)，因此國(guó)外現(xiàn)代化遠(yuǎn)程手術(shù)的重心主要在于網(wǎng)絡(luò)方案及機(jī)器人的改良。

自2003年起，Anvari M團(tuán)隊(duì)[18]于漢密爾頓在相距400km的教學(xué)醫(yī)院及農(nóng)村醫(yī)院之間建立了遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，協(xié)助當(dāng)?shù)蒯t(yī)院的外科醫(yī)生完成腹腔鏡手術(shù)。截至2005年，這項(xiàng)研究共計(jì)完成了21例遠(yuǎn)程手術(shù)，建立了世界首個(gè)為農(nóng)村社區(qū)服務(wù)的遠(yuǎn)程機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用IP-VPNe網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議-虛擬私人網(wǎng)絡(luò)），將兩家醫(yī)院的Zeus機(jī)器人系統(tǒng)連接，21例手術(shù)均以較低時(shí)延完成，患者術(shù)后恢復(fù)良好。但該研究主要是建立一種遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)系統(tǒng)，探索遠(yuǎn)程手術(shù)中網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的優(yōu)化，遠(yuǎn)程醫(yī)生卻不能獨(dú)立地完成整個(gè)手術(shù)操作。

在2007年，Nguan C Y等[19]對(duì)18例雌豬分別在實(shí)時(shí)手術(shù)、IP-VPNe網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星鏈接三種情況下進(jìn)行了機(jī)器人輔助下腹腔鏡下腎盂成形術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程手術(shù)盡管存在網(wǎng)絡(luò)延遲和波動(dòng)，但與實(shí)時(shí)手術(shù)相比，進(jìn)行遠(yuǎn)程腎盂成形術(shù)是可行的，而不會(huì)顯著延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間或影響手術(shù)結(jié)果。衛(wèi)星鏈接網(wǎng)絡(luò)利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)醫(yī)生及患者端之間的互聯(lián)互通，具有覆蓋范圍廣，地域限制小，組網(wǎng)方便迅速，便于實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫鏈接等眾多優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)在這項(xiàng)研究中也很明顯，即音視頻、數(shù)據(jù)的傳輸會(huì)有約600ms的延時(shí)，這會(huì)嚴(yán)重影響手術(shù)流暢性。

前期大多數(shù)遠(yuǎn)程手術(shù)研究都試圖尋找一種合適的網(wǎng)絡(luò)布置，以保障遠(yuǎn)程手術(shù)低時(shí)延、高質(zhì)量地進(jìn)行，但卻很少有研究明確具體多少時(shí)延可能會(huì)影響手術(shù)順利進(jìn)行。直至2014年，才有諸多關(guān)于時(shí)延數(shù)值對(duì)手術(shù)開(kāi)展研究的報(bào)道。XU S等[20]將16名醫(yī)學(xué)生采用盲法隨機(jī)分配至0～1 000ms的時(shí)延組中，采用機(jī)器人模擬系統(tǒng)進(jìn)行解剖等練習(xí)，記錄模擬手術(shù)中不同時(shí)延下手術(shù)難易程度、安全性、精確性等指標(biāo)。最終研究結(jié)果顯示，在200ms以下的時(shí)延為遠(yuǎn)程手術(shù)理想狀態(tài)，但300ms以內(nèi)不會(huì)影響手術(shù)順利完成，更高的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延則會(huì)影響手術(shù)的安全性、精確度，甚至無(wú)法進(jìn)行操作。這項(xiàng)研究為遠(yuǎn)程手術(shù)中網(wǎng)絡(luò)方案選擇提供了參考，目前國(guó)內(nèi)外諸多遠(yuǎn)程研究也多以此結(jié)論作為網(wǎng)絡(luò)選擇的標(biāo)準(zhǔn)。

自2019年起，國(guó)外諸多研究開(kāi)始嘗試將5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到遠(yuǎn)程手術(shù)中，并得到滿意的結(jié)果。首先是Lacy A M團(tuán)隊(duì)[21]應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)患者端年輕醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)，雖然在遠(yuǎn)程指導(dǎo)下手術(shù)順利進(jìn)行，但這并未完全開(kāi)發(fā)出5G網(wǎng)絡(luò)在該領(lǐng)域的潛力。在此研究基礎(chǔ)上，Acemoglu A等[22]報(bào)道了其團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)距離15km外的解剖實(shí)驗(yàn)室中一具尸體進(jìn)行了機(jī)器人聲帶手術(shù)，最終手術(shù)以140ms的平均網(wǎng)絡(luò)時(shí)延順利完成，這項(xiàng)研究表明5G網(wǎng)絡(luò)的低延時(shí)、高帶寬特點(diǎn)是遠(yuǎn)程手術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，可作為未來(lái)遠(yuǎn)程手術(shù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向。

4 國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)現(xiàn)狀

5G網(wǎng)絡(luò)商用化是我國(guó)遠(yuǎn)程手術(shù)進(jìn)入現(xiàn)代化的標(biāo)志，其低時(shí)延、高帶寬、高移動(dòng)性的特點(diǎn)能夠滿足遠(yuǎn)程手術(shù)實(shí)時(shí)性、高效性及穩(wěn)定性的需求，從而推進(jìn)了國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)研究熱潮。2018年12月，中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院應(yīng)用國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的手術(shù)機(jī)器人在福州順利完成5G遠(yuǎn)程手術(shù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[23]。醫(yī)生端遠(yuǎn)程控制機(jī)械臂和鏡頭臂，切除部分豬肝臟，術(shù)中高清3D影像及聲音傳輸實(shí)時(shí)、穩(wěn)定，機(jī)械臂操作靈活，主從一致性良好，兩端之間單程平均時(shí)延小于150ms。2019年9月，全軍肝膽外科研究所完成全球首例多點(diǎn)協(xié)同5G遠(yuǎn)程多學(xué)科動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[24]，實(shí)驗(yàn)中網(wǎng)絡(luò)時(shí)延穩(wěn)定，手術(shù)操作流暢，術(shù)中動(dòng)物生命體征平穩(wěn)。此次多點(diǎn)協(xié)同遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)試驗(yàn)使得位于北京及蘇州的兩位醫(yī)師通過(guò)遠(yuǎn)程操控機(jī)械臂對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物實(shí)施了胃腸切除和肝切除。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)打破了以往傳統(tǒng)醫(yī)患單點(diǎn)會(huì)診及手術(shù)模式，為患者提供多學(xué)科遠(yuǎn)程會(huì)診及治療選擇，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程手術(shù)中多學(xué)科合作診治的重大創(chuàng)新。

現(xiàn)階段我國(guó)遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展不僅僅應(yīng)用在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校瑫r(shí)也實(shí)現(xiàn)了醫(yī)生為患者遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)不間斷手術(shù)的改革。2019年3月，中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院完成了世界首例5G遠(yuǎn)程人體手術(shù)[25]，位于三亞的1名醫(yī)生通過(guò)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人對(duì)北京患者進(jìn)行了遠(yuǎn)程帕金森“腦起搏器”植入手術(shù)，這是我國(guó)5G遠(yuǎn)程手術(shù)走向世界的重要一步，對(duì)國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。同年，北京積水潭醫(yī)院通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)12例患者施行機(jī)器人輔助胸腰椎椎弓根螺釘置入，同時(shí)該研究還同時(shí)對(duì)山東、江蘇患者實(shí)現(xiàn)“一對(duì)多”同時(shí)治療，證實(shí)了中國(guó)境內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程手術(shù)中的可行性及發(fā)展?jié)摿26]。

國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)進(jìn)入5G模式后發(fā)展迅速，并由單中心、少樣本的探索模式向多中心、大樣本的臨床研究模式轉(zhuǎn)型。2020年9月，青島大學(xué)附屬醫(yī)院牛海濤團(tuán)隊(duì)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了4次超遠(yuǎn)程腹腔鏡手術(shù)[27]，包括機(jī)器人輔助下腹腔鏡左腎切除術(shù)、部分肝切除術(shù)、膽囊切除術(shù)和膀胱切除術(shù)。結(jié)果初步證明，即使在超遠(yuǎn)程距離下，借助5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的支持，遠(yuǎn)程手術(shù)可以安全、順暢地進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)在山東省內(nèi)多家醫(yī)院為患者實(shí)施遠(yuǎn)程腎臟、腎上腺切除手術(shù)超過(guò)50例，并在逐漸擴(kuò)大遠(yuǎn)程手術(shù)范圍，5G網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延、高帶寬的優(yōu)點(diǎn)為遠(yuǎn)程手術(shù)提供了通信保障。

目前已有多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)線路中來(lái)維持手術(shù)的穩(wěn)定性，其中多鏈路聚合傳輸技術(shù)是目前遠(yuǎn)程手術(shù)中較為成熟且廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[28]。多鏈路聚合技術(shù)保證了遠(yuǎn)程手術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸能力，即高寬帶特征。在傳統(tǒng)的鏈路層之上增添了一個(gè)虛擬層，該虛擬層實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)幀的分發(fā)，這些數(shù)據(jù)幀通過(guò)輪轉(zhuǎn)算法被分發(fā)到各條鏈路中，實(shí)現(xiàn)了將多條物理鏈路的傳輸帶寬進(jìn)行聚合，從而實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)終端上帶寬疊加的高速傳送效果。應(yīng)用程序和物理設(shè)備能按照原來(lái)的方式繼續(xù)工作。多鏈路傳輸和單鏈路傳輸可以并存，可以按照應(yīng)用的實(shí)際需求選擇多鏈路傳輸或者是單鏈路傳輸，具有較強(qiáng)的靈活性。作為組網(wǎng)方案的輔助技術(shù)，其為遠(yuǎn)程手術(shù)的未來(lái)發(fā)展提供了保障，特別是在5G網(wǎng)絡(luò)普及之后擁有很大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

5 遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展方向

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及術(shù)中存在的問(wèn)題來(lái)看，未來(lái)遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)的發(fā)展主要包含三個(gè)方面：①創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，保障遠(yuǎn)程手術(shù)穩(wěn)定性、安全性。遠(yuǎn)程手術(shù)信號(hào)傳輸系統(tǒng)由最初階段的區(qū)域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)線路、IP-VPNe及衛(wèi)星鏈接網(wǎng)絡(luò)等發(fā)展至現(xiàn)階段專線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線5G網(wǎng)絡(luò)，大幅度改善了傳統(tǒng)遠(yuǎn)程手術(shù)中的高成本、高時(shí)延、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段5G通信技術(shù)具有高帶寬、低時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)，滿足了遠(yuǎn)程手術(shù)的基本需要，促進(jìn)了遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展，這充分說(shuō)明了網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)在遠(yuǎn)程手術(shù)中的重要性。而未來(lái)組網(wǎng)方案的不斷創(chuàng)新也是遠(yuǎn)程手術(shù)推廣中的重要方向之一。②手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)優(yōu)化。手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)需要精確的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和力反饋技術(shù)。當(dāng)外科醫(yī)師在實(shí)施遠(yuǎn)程手術(shù)時(shí)，手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)將外科醫(yī)師在控制臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)精確地轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，從而模仿外科醫(yī)師的自然手部運(yùn)動(dòng)進(jìn)行操作。通過(guò)機(jī)械臂的反饋信息，外科醫(yī)師可隨時(shí)調(diào)整自己的手部操作，從而精確地完成手術(shù)。但是機(jī)械臂的力反饋并不能像傳統(tǒng)手術(shù)中那樣精確，還可能會(huì)造成誤差，因此更為先進(jìn)的觸覺(jué)反饋技術(shù)、觸覺(jué)機(jī)器人及人工智能技術(shù)可有效改善機(jī)器人手臂的力反饋，提高遠(yuǎn)程手術(shù)的精確度。③機(jī)器人自主手術(shù)能力研發(fā)。在戰(zhàn)場(chǎng)、災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)等危險(xiǎn)手術(shù)環(huán)境中，往往存在醫(yī)護(hù)人員犧牲情況，而一名合格外科醫(yī)師的培養(yǎng)需要耗費(fèi)巨大的人力和時(shí)間成本，機(jī)器人自主手術(shù)能力的研發(fā)可保障危險(xiǎn)環(huán)境中醫(yī)護(hù)人員安全。除了軍事環(huán)境及災(zāi)害場(chǎng)所，深海和航空航天環(huán)境下的醫(yī)療資源有限且環(huán)境不穩(wěn)定，不適合醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行手術(shù)操作。但具有獨(dú)立手術(shù)能力的遠(yuǎn)程機(jī)器人則可在緊急情況下克服一定程度的環(huán)境波動(dòng)進(jìn)行手術(shù)操作。

6 遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展的局限性

盡管網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得手術(shù)延遲大大降低，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)手術(shù)突破了最重要的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題，但在技術(shù)領(lǐng)域之外仍存在諸多實(shí)際問(wèn)題限制著國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)的推廣。

首先，對(duì)于遠(yuǎn)程手術(shù)設(shè)備的監(jiān)管及手術(shù)醫(yī)師的執(zhí)照問(wèn)題存在明確的規(guī)章制度，不同國(guó)家針對(duì)該技術(shù)的法規(guī)并不相同，而要建立一個(gè)具體可行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需要大量的人力和時(shí)間成本。

其次，網(wǎng)絡(luò)安全性及信息保密性是遠(yuǎn)程手術(shù)推廣必不可少的重要環(huán)節(jié)。網(wǎng)絡(luò)攻擊可引起嚴(yán)重的觸覺(jué)反饋修改、手術(shù)時(shí)間延長(zhǎng)，甚至使手術(shù)機(jī)器人完全失去控制，從而導(dǎo)致患者受到傷害。盡管目前遠(yuǎn)程機(jī)器人系統(tǒng)在端到端加密及身份驗(yàn)證技術(shù)保障下尚未發(fā)生嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)攻擊，但仍需開(kāi)展更多安全措施以保證手術(shù)安全及信息保密。

成本問(wèn)題也是遠(yuǎn)程機(jī)器人和遠(yuǎn)程手術(shù)應(yīng)用及推廣的重大障礙。目前國(guó)外使用的專線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多采用電信光纖進(jìn)行，雖然在多個(gè)國(guó)家都有此類光纖，但大多數(shù)醫(yī)院都未配備該光纖。據(jù)估計(jì)，僅網(wǎng)絡(luò)線路開(kāi)發(fā)成本就高達(dá)150 000美元，而購(gòu)置遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)則是一筆更加昂貴的開(kāi)支，這嚴(yán)重限制了其在貧困地區(qū)醫(yī)院的推廣，后續(xù)的線路檢修、機(jī)器維修等各種費(fèi)用的支出也需要費(fèi)用分配及報(bào)銷制度的完善。

最后，倫理、責(zé)任問(wèn)題在國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)推廣之前也需明確。如果出現(xiàn)并發(fā)癥，如何建立現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急搶救小組，如何明確職責(zé)并分配給遠(yuǎn)程指導(dǎo)員、遠(yuǎn)程外科醫(yī)生及系統(tǒng)維護(hù)人員；在面對(duì)國(guó)際患者時(shí)，如何處理國(guó)際患者及外科醫(yī)生關(guān)系；患者及家屬是否要被告知網(wǎng)絡(luò)安全存在的隱患并自愿承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)等。目前遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)仍處于初步發(fā)展階段，其技術(shù)發(fā)展和面臨的相關(guān)問(wèn)題尚需不斷探索。相信隨著機(jī)器人手術(shù)技術(shù)的完善及網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展，遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)時(shí)代將會(huì)到來(lái)，同時(shí)促使該技術(shù)廣泛應(yīng)用于臨床并造福人類。

7 展望

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷創(chuàng)新及網(wǎng)絡(luò)方案的優(yōu)化，以及患者對(duì)遠(yuǎn)程手術(shù)的需求增加，尤其是在新冠疫情封鎖隔離現(xiàn)狀下，遠(yuǎn)程手術(shù)已由科幻傳說(shuō)進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活中。盡管現(xiàn)階段遠(yuǎn)程手術(shù)仍局限于設(shè)備齊全、安全穩(wěn)定的手術(shù)環(huán)境中進(jìn)行，但海上環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、太空環(huán)境等復(fù)雜情況下的研究也在進(jìn)行中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)及機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)等也提出了新的挑戰(zhàn)。相信在不久的將來(lái)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)普及化，廣大患者可以選擇遠(yuǎn)程手術(shù)進(jìn)行就診治療，不僅是普通地區(qū)患者，在偏遠(yuǎn)貧窮地區(qū)及疫情封鎖地區(qū)的患者也可以跨越地域限制，選擇自己信任的醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)治療，提高手術(shù)滿意率。

遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)技術(shù)作為21世紀(jì)新興的突破性技術(shù)，憑借先進(jìn)的實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)和機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)被諸多國(guó)家列為重大研究項(xiàng)目。且人工智能作為我國(guó)戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，具有巨大發(fā)展?jié)摿?，而自主手術(shù)能力的開(kāi)發(fā)作為手術(shù)機(jī)器人發(fā)展方向之一，受到廣大研究者的重視。手術(shù)機(jī)器人替代外科大夫進(jìn)入眾多危險(xiǎn)環(huán)境獨(dú)立完成遠(yuǎn)程救治工作，在國(guó)防軍事、重大災(zāi)害、未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)及航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮了重大作用。相信隨著遠(yuǎn)程手術(shù)量的不斷增多，遠(yuǎn)程手術(shù)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)得到豐富后，能夠自主完成遠(yuǎn)程手術(shù)的機(jī)器人系統(tǒng)將得到進(jìn)一步發(fā)展。

影像傳輸及視野呈現(xiàn)作為遠(yuǎn)程手術(shù)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，也在不斷創(chuàng)新和應(yīng)用。在保障清晰度的前提下，影像傳輸?shù)臄?shù)據(jù)處理速度也決定著遠(yuǎn)程手術(shù)中時(shí)延大小及手術(shù)順利程度。遠(yuǎn)程手術(shù)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換離不開(kāi)臨場(chǎng)感系統(tǒng)，該系統(tǒng)當(dāng)前發(fā)展方向是將術(shù)中圖像與患者的3D模型結(jié)合，并與虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)成像相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程3D視野下的手術(shù)，為術(shù)者提供各角度的高清視野。

目前遠(yuǎn)程手術(shù)推廣存在諸多困難，如在國(guó)家層面缺少對(duì)遠(yuǎn)程手術(shù)相應(yīng)法律及法規(guī)以保障醫(yī)患雙方權(quán)益，傳統(tǒng)就診方式觀念根深蒂固而使患者難以接受新型診療模式，遠(yuǎn)程手術(shù)費(fèi)用目前尚無(wú)統(tǒng)一定價(jià)等。但相信隨著遠(yuǎn)程手術(shù)體系不斷成熟，人們對(duì)遠(yuǎn)程手術(shù)的認(rèn)識(shí)及接受度增加，國(guó)家對(duì)遠(yuǎn)程手術(shù)體制不斷完善。在不久的將來(lái)，遠(yuǎn)程手術(shù)可以極大地提升治療滿意率并使廣大患者獲益。

參考文獻(xiàn)

[1] Larkin M. Transatlantic， robot-assisted telesurgery deemed a success[J]. Lancet， 2001， 358（9287）： 1074.

[2] Choi P J， Oskouian R J， Tubbs R S. Telesurgery： past， present， and future[J]. Cureus， 2018， 10（5）： e2716.

[3] George E I， Brand T C， LaPorta A， et al. Origins of robotic surgery： from skepticism to standard of care[J]. JSLS， 2018. DOI： 10. 4293/JSLS. 2018. 00039.

[4] Marescaux J， Leroy J， Gagner M， et al. Transatlantic robot-assisted telesurgery[J]. Nature， 2001， 413（6854）： 379-380.

[5] Bernard Vallancien G M. Telesurgery[J]. Arch Esp Urol， 1992， 45（7）： 603-606.

[6] Satava R M. Virtual reality and telepresence for military medicine[J]. Ann Acad Med Singap， 1997， 26（1）："118-120.

[7] Lanfranco A R， Castellanos A E， Desai J P， et al. Robotic surgery： a current perspective[J]. Ann Surg， 2004， 239（1）： 14-21.

[8] Moore R G， Adams J B， Partin A W， et al. Telementoring of laparoscopic procedures： initial clinical experience[J]. Surg Endosc， 1996， 10（2）： 107-110.

[9] Schulam P G， Docimo S G， KavoussiL R， et al. Telesurgical mentoring. Initial clinical experience[J]. Surg Endosc， 1997， 11（10）： 1001-1005.

[10] Lee B R， Bishoff J T， Kavoussi L R， et al. A novel method of surgical instruction： international telementoring[J]. World J Urol， 1998， 16（6）： 367-370.

[11] Cadeddu J A， Stoianovici D， Chen R N， et al. Stereotactic mechanical percutaneous renal access[J]. J Endourol， 1998， 12（2）： 121-125.

[12] Cubano M A， Luther J H， Antosek L E. First laparoscopic hernia repair onboard an aircraft carrier at sea[J]. Mil Med， 1997， 162（3）： 219-220.

[13] Clayman R V. Transatlantic robot-assisted telesurgery[J]. J Urol， 2002， 168（2）： 873-874.

[14] 唐粲， 王田苗， 丑武勝， 等. 腦外科機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J]. 機(jī)器人， 2004， 26（6）： 543-547， 552.

[15] 王軍強(qiáng)， 趙春鵬， 胡磊， 等. 遠(yuǎn)程外科機(jī)器人輔助脛骨髓內(nèi)釘內(nèi)固定系統(tǒng)的初步應(yīng)用[J]. 中華骨科雜志， 2006， 26（10）： 682-686.

[16] 趙全軍， 錢陽(yáng)明， 田增民， 等. 長(zhǎng)航中不同海況下腦外科手術(shù)定位機(jī)器人系統(tǒng)的精度測(cè)試[J]. 中華航海醫(yī)學(xué)與高氣壓醫(yī)學(xué)雜志， 2012， 19（6）： 379-381.

[17] 王樹(shù)新， 劉玉亮， 李進(jìn)華， 等. 腹腔微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制平臺(tái)開(kāi)發(fā)及實(shí)驗(yàn)[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程技術(shù)版）， 2015， 48（12）： 1041-1049.

[18] Anvari M. Telesurgery： remote knowledge translation in clinical surgery[J]. World J Surg， 2007， 31（8）： 1545-1550.

[19] Nguan C Y， Morady R， Wang C， et al. Robotic pyeloplasty using internet protocol and satellite network-based telesurgery[J]. Int J Med Robot， 2008， 4（1）： 10-14.

[20] XU S， Perez M， YANG K， et al. Determination of the latency effects on surgical performance and the acceptable latency levels in telesurgery using the dV-Trainer（?） simulator[J]. Surg Endosc， 2014， 28（9）： 2569-2576.

[21] Lacy A M， Bravo R， Otero-Pi?eiro A M， et al. 5G-assisted telementored surgery[J]. Br J Surg， 2019， 106（12）："1576-1579.

[22] Acemoglu A， Peretti G， Trimarchi M， et al. Operating from a distance： robotic vocal cord 5G telesurgery on a cadaver[J]. Ann Intern Med， 2020， 173（11）： 940-941.

[23] 劉榮， 趙國(guó)棟， 孫玉寧， 等. 5G遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中華腔鏡外科雜志（電子版）， 2019， 12（1）： 45-48.

[24] 世界首例多點(diǎn)協(xié)同5G遠(yuǎn)程多學(xué)科機(jī)器人手術(shù)試驗(yàn)成功[J]. 信息系統(tǒng)工程， 2019， （9）： 2.

[25] 我國(guó)成功完成世界首例5G遠(yuǎn)程操控顱腦手術(shù)[J]. 微創(chuàng)醫(yī)學(xué)， 2019， 14（4）： 402.

[26] TIAN W， FAN M， ZENG C， et al. Telerobotic spinal surgery based on 5G network： the first 12 cases[J]. Neurospine， 2020， 17（1）： 114-120.

[27] ZHENG J， WANG Y， ZHANG J， et al. 5G ultra-remote robot-assisted laparoscopic surgery in China[J]. Surg Endosc， 2020， 34（11）： 5172-5180.

[28] XIONG W J， YU X H， LIU C， et al. Simplifying complex network stability analysis via hierarchical node aggregation and optimal periodic control[J]. IEEE Trans Neural Netw Learn Syst， 2021， 32（7）： 3098-3107.