田偉 張琦 李祖昌 范明星 劉亞軍 王磊升 張樹棟 戴加平 陳寶 張濤 尤佳 劉欣偉 王春生 廖燚 汪少波

機器人技術(shù)現(xiàn)已在多個骨科亞專業(yè)中得到應(yīng)用;它提高了內(nèi)植物放置的準確性和可重復(fù)性，可改善骨科手術(shù)的臨床結(jié)果[1]。隨著科技的進步，脊柱手術(shù)在手術(shù)技術(shù)和內(nèi)植物等方面都得到了巨大發(fā)展[2]。在脊柱內(nèi)固定手術(shù)中，機器人技術(shù)的應(yīng)用可提高螺釘置入的準確性[3]。應(yīng)用第三代天璣骨科手術(shù)機器人系統(tǒng)，可完成脊柱全節(jié)段手術(shù)。在臨床脊柱手術(shù)的應(yīng)用中，其有效性和安全性已得到證實[4-12]。遠程手術(shù)的概念由來已久。遠程手術(shù)是遠程醫(yī)療的形式之一，通過有線和(或)無線傳輸將醫(yī)療數(shù)據(jù)進行整合，使手術(shù)相關(guān)的圖像、視頻等信息能夠遠距離傳輸，由機器人工作站手術(shù)醫(yī)生遠程指導(dǎo)、操作完成手術(shù)[13-14]。但是，受網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等方面的影響，遠程手術(shù)僅在部分國家和地區(qū)開展，并沒有得到大范圍的推廣。近幾年來，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)得到開發(fā)與使用，其憑借著高帶寬、低時延等特點，有望給遠程手術(shù)帶來革新[15]。5G+機器人的組合，實現(xiàn)了骨科手術(shù)機器人的遠程實時手術(shù)，也促進了一站對多地(一對多，one to many)遠程醫(yī)療模式的發(fā)展。本研究旨在探討一對多5G遠程骨科機器人手術(shù)的準確性和安全性。

資料與方法

一、資料

1．5G遠程骨科機器人手術(shù)的硬件條件：(1)5G網(wǎng)絡(luò)：中國電信、華為公司網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)；(2)手術(shù)設(shè)備：骨科機器人系統(tǒng)、三維C型臂、碳素手術(shù)床、高清攝像頭及顯示屏；(3)遠程主控室：手術(shù)醫(yī)院顯示屏、綜合大屏、高清攝像頭、綜合小屏、遠程操控電子計算機、機器人切換鍵盤、音頻和視頻綜合切換鍵盤。本研究遠程手術(shù)的參與醫(yī)院包括：北京積水潭醫(yī)院的機器人遠程手術(shù)中心、山東省煙臺山醫(yī)院骨科、浙江省嘉興市第二醫(yī)院骨科、天津市第一中心醫(yī)院骨科、河北省張家口市第二醫(yī)院脊柱外科和新疆維吾爾自治區(qū)克拉瑪依市中心醫(yī)院骨科。

2.病例納入與排除標(biāo)準：(1)納入標(biāo)準：①年齡18歲以上；②確診為退行性胸腰椎疾患或胸腰椎骨折；③符合椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)的手術(shù)指征。(2)排除標(biāo)準：①嚴重骨質(zhì)疏松；②脊柱畸形；③合并嚴重系統(tǒng)性疾病；④存在凝血功能障礙；⑤經(jīng)評估不適合手術(shù)。

3．病例：選擇2019年6至8月，在5G通信技術(shù)的輔助下，應(yīng)用天璣骨科手術(shù)機器人(北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司)輔助遠程脊柱內(nèi)固定手術(shù)治療的患者5例?；颊甙?例和女4例，平均年齡38(23～57)歲。4例患者為胸腰椎骨折，1例患者為腰椎滑脫。所有患者均被充分告知，并簽署知情同意書。

二、方法

1．手術(shù)：患者全身麻醉后，俯臥于可透射線的手術(shù)臺上，常規(guī)消毒鋪單。在患者的脊柱棘突上經(jīng)皮放置患者示蹤器，機器人機械臂上的校準器置于接近手術(shù)部位的皮膚外，通過C型臂X線機獲取手術(shù)節(jié)段的三維掃描圖像。借助中國電信5G網(wǎng)絡(luò)和華為通信技術(shù)的支持，將異地患者的三維圖像發(fā)送到北京積水潭醫(yī)院遠程手術(shù)中心的機器人工作站，進行椎弓根螺釘軌跡的遠程規(guī)劃，隨后主控術(shù)者交替操控多個異地機器人，進行手術(shù)的三維定位。手術(shù)機器人按照遠程命令執(zhí)行遙操作，當(dāng)?shù)匦g(shù)者依次置入導(dǎo)針和椎弓根螺釘。隨后繼續(xù)進行手術(shù)的其他步驟(圖1)。

圖1 一對多5G遠程骨科機器人手術(shù)示意圖 A,B 手術(shù)規(guī)劃 C,D 導(dǎo)針置入 E,F 螺釘置入

2．評價指標(biāo)：(1)螺釘置入準確性：根據(jù)Gertzbein-Robbins分級標(biāo)準[16]，對螺釘是否侵犯骨皮質(zhì)的情況進行評估(A級：螺釘完全位于椎弓根內(nèi)；B級：椎弓根骨皮質(zhì)侵犯<2 mm；C級：椎弓根骨皮質(zhì)侵犯≥2 mm且<4 mm；D級：椎弓根骨皮質(zhì)侵犯≥4 mm且<6 mm；E級：椎弓根骨皮質(zhì)侵犯≥6 mm)?；趫D像融合方法[7]，測量螺釘實際位置與規(guī)劃位置的偏差，偏差為入點偏差與止點偏差的平均值。由未參與手術(shù)的2名脊柱外科醫(yī)生根據(jù)術(shù)后第3天的CT檢查結(jié)果，分別進行螺釘?shù)臏蚀_性評價。螺釘偏差取2名測量者的均值；如2名測量者的分級結(jié)果不一致，則由第3名高年資醫(yī)生進行評判。(2)術(shù)中不良事件及術(shù)后5 d內(nèi)并發(fā)癥發(fā)生率：記錄術(shù)中不良事件及術(shù)后5 d內(nèi)發(fā)生的并發(fā)癥。術(shù)中不良事件包括遠程通信故障、機器人運行故障、醫(yī)源性血管神經(jīng)損傷；術(shù)后并發(fā)癥包括椎旁血管損傷、神經(jīng)根損傷、脊髓損傷和術(shù)后早期感染等。(3)手術(shù)時間：手術(shù)時間記為從切開皮膚到縫合完成所需的時間；椎弓根導(dǎo)針置入時間為手術(shù)開始到導(dǎo)針置入完成所需的時間。(4)疼痛評分：采用視覺模擬評分法(visual analogue scale，VAS)評估術(shù)前和術(shù)后3 d時的情況。

結(jié) 果

本研究共完成2次一對多5G遠程骨科機器人手術(shù)，2019年6月27日完成一對二手術(shù)1次；2019年8月28日完成一對三手術(shù)1次。5例患者均順利完成手術(shù)，手術(shù)時間為(122.0±33.5)min，導(dǎo)針置入時間為(44.0±8.2)min。共置入螺釘30枚，Gertzbein-Robbins分級為A級29枚、B級1枚。螺釘位置優(yōu)秀(A級)率為96.7%，螺釘位置可接受(A級+B級)率為100%。螺釘置入實際位置與術(shù)前規(guī)劃位置的偏差為(0.79±0.52)mm。所有患者均未發(fā)生術(shù)中不良事件和術(shù)后并發(fā)癥。VAS評分從術(shù)前的(4.6±1.5)分降低到術(shù)后的(2.6±0.5)分。

討 論

機器人輔助骨科手術(shù)的臨床應(yīng)用已經(jīng)有了多年的歷史，并且取得了良好的臨床結(jié)果[1, 7, 17-24]。Roser等[21]發(fā)現(xiàn)，使用SpineAssist機器人輔助脊柱椎弓根內(nèi)固定術(shù)的準確率達到了99%。Lonjon等[25]對ROSA機器人系統(tǒng)的研究結(jié)果顯示，機器人輔助椎弓根螺釘內(nèi)固定的準確率為97.3%，而徒手組為92.0%。隨機對照研究結(jié)果顯示，天璣機器人輔助椎弓根螺釘置入的螺釘A級率為95.3%，顯著高于徒手組的86.1%[7]。最新的薈萃分析結(jié)果顯示，機器人輔助椎弓根螺釘置入比徒手技術(shù)更準確[26]。

但是既往研究的機器人輔助骨科手術(shù)均為本地控制的機器人手術(shù)，目前尚未見5G遠程骨科機器人手術(shù)和一對多5G骨科機器人手術(shù)的報道。本研究中，5G遠程手術(shù)的所有螺釘均獲得了準確置入，螺釘平均偏差<0.8 mm，且未出現(xiàn)術(shù)中與術(shù)后早期并發(fā)癥。

遠程手術(shù)是一種通過網(wǎng)絡(luò)連接異地醫(yī)生與患者的遠程醫(yī)療形式，具有很多優(yōu)點，如為醫(yī)療技術(shù)有限的地區(qū)提供高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)以及多地手術(shù)會診協(xié)同操作等[27]。自2001年實施第1例遠程手術(shù)以來[14]，受網(wǎng)絡(luò)通信條件的限制，遠程手術(shù)發(fā)展緩慢。5G技術(shù)是目前最新一代的移動通信技術(shù)。5G技術(shù)相對于之前幾代的通信技術(shù)，更加大幅度地提高了帶寬與傳輸速度[28]，給包括醫(yī)療在內(nèi)的多個行業(yè)帶來了進一步發(fā)展的可能[29]。

本研究中未出現(xiàn)遠程通信故障或嚴重影響手術(shù)操作的網(wǎng)絡(luò)延時。確保遠程手術(shù)順利完成的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)傳輸速度，5G遠程通信技術(shù)的速度可有效解決信號傳輸遲滯和不穩(wěn)的關(guān)鍵問題。既往研究結(jié)果表明，200 ms左右的延遲對于復(fù)雜手術(shù)、精細手術(shù)來說，可能引發(fā)致命的后果[30]。本研究在術(shù)中未發(fā)生機器人運行故障。在脊柱手術(shù)機器人的兩項研究中，機器人的運行故障率和配準失敗率約為1%，而影響手術(shù)準確性的因素中有85.7%與術(shù)者的操作有關(guān)[31-32]。因此，對于降低手術(shù)風(fēng)險來說，除了手術(shù)機器人系統(tǒng)本身因素外，術(shù)者的基本手術(shù)技術(shù)和機器人操作技術(shù)也非常重要[33]。

本研究探索了一對多5G遠程手術(shù)的新模式，由一名醫(yī)生遙操作交替完成多地多臺遠程手術(shù)，進一步拓展了遠程手術(shù)、遠程醫(yī)療的形式。遠程醫(yī)療的理念，在于更加合理、更加充分地利用醫(yī)療資源，使經(jīng)驗豐富的醫(yī)生能夠幫助更多的患者。此前受網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的限制，一對一的遠程醫(yī)療模式都會顯得吃力。在5G網(wǎng)絡(luò)的幫助下，信號傳輸速度極快，3臺機器人遠程在線也并未感知到延遲，提高了手術(shù)的流暢性與安全性。在遠程醫(yī)療模式的終端數(shù)量關(guān)卡方面，目前已完成了一對三的5G遠程手術(shù)操作，未來還可以同時進行更多數(shù)量終端的手術(shù)嘗試。因為機器人本身具有按照規(guī)劃位置自動運動的能力，不需要遠程術(shù)者一刻不離地操作，可以有時間交互操作。5G技術(shù)與骨科手術(shù)機器人相結(jié)合的技術(shù)進步，有助于更快捷與便利地將知名專家的手術(shù)技術(shù)向更多地域推廣，尤其是面向醫(yī)療欠發(fā)達地區(qū)，可讓更多患者受惠于智能技術(shù)。在智能化時代，隨著多學(xué)科的深度融合，智能醫(yī)療將為更多患者帶來更優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療服務(wù)。

本研究的局限性包括：(1)缺少對照組，未來可將常規(guī)機器人輔助骨科手術(shù)、傳統(tǒng)骨科手術(shù)與5G遠程骨科機器人手術(shù)的臨床結(jié)果進行對比；(2)納入的病例數(shù)較少，僅包括術(shù)后短期結(jié)果，未來需要更多病例的長期隨訪結(jié)果來進一步深入研究。

綜上所述，一對多5G遠程骨科機器人手術(shù)的準確性高、安全性好，將有助于遠程醫(yī)療行業(yè)加快進入5G新時代。5G遠程骨科機器人手術(shù)的臨床應(yīng)用，對推動高端醫(yī)用裝備技術(shù)的發(fā)展及其大規(guī)模推廣應(yīng)用具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

志謝感謝參與遠程手術(shù)的患者，感謝提供網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)支持的中國電信北京分公司、華為技術(shù)有限公司和北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司。