韓曉光，張琦，何達

(1.北京積水潭醫(yī)院 脊柱外科，北京，100035；2.北京市骨科機器人重點實驗室，北京，100035)

遠程醫(yī)療是指通過網(wǎng)絡使醫(yī)生為異地患者進行遠程診治的一種醫(yī)療形式，具有諸多優(yōu)點，如緩解醫(yī)療資源不均衡，為邊遠地區(qū)提供高質量的醫(yī)療服務等。 醫(yī)用機器人技術是醫(yī)療領域“新技術革命”的典型代表，通過機器人輔助提高手術的精準性和安全性[1]。隨著手術機器人技術的出現(xiàn)和成熟，遠程機器人輔助手術成為研究的熱點，但自2001年開展首例遠程機器人輔助手術以來，受到網(wǎng)絡通信條件的限制,網(wǎng)絡延遲影響手術的安全性，遠程機器人手術發(fā)展相對緩慢。5G技術是最新一代的移動通信技術，5G網(wǎng)絡技術較大地提高了網(wǎng)絡的帶寬與傳輸速度,給包括醫(yī)療在內的諸多行業(yè)帶來了進一步發(fā)展的可能。基于5G的遠程醫(yī)療機器人手術(telerobotic surgery based on 5G networks)，是一類以5G通信網(wǎng)絡為醫(yī)學信息傳遞載體，采用主從方法，將機器人、虛擬現(xiàn)實和人工智能技術拓展用于醫(yī)療手術的遠程診斷、遠程指導、遠程操作和效果評估的遠程醫(yī)學新模式[2]。

1 手術機器人發(fā)展及應用

醫(yī)用機器人技術是集醫(yī)學、生物力學、機械學、材料學、計算機學以及機器人學等多學科為一體的新型交叉研究領域，能夠輔助醫(yī)護人員完成醫(yī)療診治或健康服務等任務，是醫(yī)療領域“新技術革命”的典型代表，引領醫(yī)療行業(yè)進入一個全新的時代。

1.1 國際研發(fā)歷程

醫(yī)用機器人自誕生之日起就受到了廣泛關注，目前已從早期的研究階段過渡到產(chǎn)品研發(fā)、市場推廣階段。國際上也已經(jīng)出現(xiàn)了以美國Intuitive Surgical[3]、日本的Tmsuk[4]等公司為代表的一系列專業(yè)醫(yī)用機器人公司。其中美國Intuitive Surgical公司研發(fā)的達·芬奇手術機器人(Da Vinci)系統(tǒng)是最為成熟和知名的機器人產(chǎn)品，醫(yī)生通過控制臺上一個立體觀察窗口可以看到手術區(qū)域的高分辨率3D實時圖像，并通過操作手柄來完成對手術器械的實時控制，主要用于輔助微創(chuàng)手術，突破傳統(tǒng)微創(chuàng)手術極限，較大地提高了手術的精準性。

1.2 中國研發(fā)歷程

我國醫(yī)用機器人的研究在整體上仍處于起步階段，1997年北京航空航天大學聯(lián)合中國人民解放軍海軍總醫(yī)院成功研制了用于腦外科的機器人輔助定位系統(tǒng)，并成功開展了臨床應用[5]。2004年，北京積水潭醫(yī)院聯(lián)合北京航空航天大學共同研制了國內首臺骨科手術機器人系統(tǒng)，為小型模塊化構型設計，在創(chuàng)傷骨科成功進行了臨床應用[6]。2005年,天津大學研制了用于腹腔鏡下微操作的“妙手”機器人系統(tǒng)，并成功開展臨床應用[7]。中科院沈陽自動化研究所、中科院深圳先進技術研究院等單位先后開展了脊柱外科手術機器人的研究工作[8]。2019年11月，上海微創(chuàng)機器人公司研制的“圖邁”(Toumai)腔鏡手術機器人系統(tǒng)在上海市東方醫(yī)院成功完成機器人輔助腹腔鏡下前列腺癌根治術[9]。北京理工大學研制了微創(chuàng)血管介入手術機器人系統(tǒng)“魯班”，并于2019年12月19日在北京天壇醫(yī)院成功完成了機器人輔助下的全腦血管造影手術[10]。北京積水潭醫(yī)院與北京航空航天大學聯(lián)合自主研發(fā)的Tirobot骨科機器人是為數(shù)不多的實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉化的科技成果，由北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司完成產(chǎn)品化，是國內最早獲得 III 類醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊證的骨科手術機器人產(chǎn)品，可廣泛用于脊柱全節(jié)段(頸、胸、腰、骶)、骨盆和四肢等部位的骨科手術，目前已在全國數(shù)十家醫(yī)院開展臨床應用[11]。

2 遠程機器人手術發(fā)展歷程

遠程醫(yī)療技術通過應用現(xiàn)代通信、人工智能、傳感器等技術為載體，為異地患者提供遠程診斷、指導以及手術的醫(yī)學模式，能夠快速、高效地輻射優(yōu)勢醫(yī)療資源，緩解我國醫(yī)療資源發(fā)展不充分、不平衡等難題。2001年，MARESCAUX等[12]完成了世界首例遠程機器人輔助手術，即著名的“林白手術”，在美國紐約為法國斯特拉斯堡的患者完成機器人輔助下遠程膽囊切除術[4]，驗證了遠程機器人輔助手術的可行性，是遠程手術的一個里程碑。2003年，海軍總醫(yī)院利用“黎元”手術機器人系統(tǒng)遠程為腦腫瘤患者進行立體定位活檢手術[13]。2006年，北京積水潭醫(yī)院利用自主研發(fā)的骨科手術機器人系統(tǒng)，成功完成遠程機器人輔助下脛骨骨折髓內釘內固定手術，證實了遠程骨科機器人手術系統(tǒng)的可靠性[14]。

但遠程手術對網(wǎng)絡傳輸速率要求較高，傳統(tǒng)網(wǎng)絡由于網(wǎng)速慢，存在延遲等缺點無法保障遠程手術的安全開展，5G 網(wǎng)絡通過“網(wǎng)絡切片”創(chuàng)新技術，將網(wǎng)絡架構劃分為多個集合，實現(xiàn)端到端的“專用”網(wǎng)絡服務，具備高速率、高可靠、低時延等性能，高速 5G 互聯(lián)網(wǎng)與遠程手術的結合將把當前的延遲期從 0.27 s縮短到 0.01 s[15]。這種延遲改進可有效解決與遠程手術相關的時間延遲問題。

基于5G的遠程醫(yī)療機器人手術可用于患者異地診療和醫(yī)學應急救援[16]。

為了開展精準、安全的5G遠程醫(yī)療機器人手術，需要突破術區(qū)多模信息實時反饋與精準解析、適宜遠程操作的人機交互界面、低延時網(wǎng)絡安全傳輸?shù)汝P鍵技術問題，解決醫(yī)學信息數(shù)據(jù)規(guī)范和安全倫理問題。隨著5G網(wǎng)絡基礎設施的快速部署，5G遠程醫(yī)療機器人手術的臨床應用和示范推廣呈現(xiàn)加速發(fā)展趨勢。臨床應用范圍持續(xù)擴展，臨床新術式不斷涌現(xiàn)，已涵蓋骨科[17]、腔鏡外科[18]等多個領域。

2019年2月27日，西班牙巴塞羅那醫(yī)療團隊通過5G網(wǎng)絡遠程指導了1例腸道腫瘤切除手術，被認為是世界首例使用了5G 通信的臨床手術[19]。2019年3月16日，解放軍總醫(yī)院為遠在解放軍醫(yī)院海南院區(qū)的患者完成首例基于5G網(wǎng)絡的遠程手術——帕金森病腦深部電極植入手術，此類手術驗證了5G通信在醫(yī)療應用中的實時性[20]。2019年6月全球首例機器人多中心聯(lián)合遠程骨科手術在北京積水潭醫(yī)院完成。田偉等[21]通過遠程系統(tǒng)控制平臺與嘉興市第二醫(yī)院和煙臺市煙臺山醫(yī)院同時連接，為兩位脊柱骨折患者進行椎弓根螺釘內固定手術，通過遠程交替操控兩臺手術機器人為患者精準植入12顆螺釘，這是全球首次利用5G技術多地同步實施的遠程外科手術，標志著我國5G通信技術與醫(yī)學人工智能應用結合達到了新高度。

遠程手術模式持續(xù)革新，從既有的“一對一”主從單點遠程控制，發(fā)展出了“一對多”“多對一”等網(wǎng)絡化協(xié)同模式，不僅實現(xiàn)了一名臨床專家同步開展不同患者(多地)的遠程手術，也實現(xiàn)了不同領域臨床專家(多地)協(xié)作診療同一名患者[3]。“一對多”遠程手術的新概念是基于外科醫(yī)生同時對多名患者進行手術。這是一種讓外科專業(yè)知識可以接觸到更多患者的方式。以前，一對多遠程手術的概念在時滯方面有很多限制。得益于高速 5G 互聯(lián)網(wǎng)，它減少了延遲并增加了帶寬，時滯不再是限制。應用場景也從常規(guī)臨床遠程手術拓展到了公共衛(wèi)生遠程診療服務(如：新型冠狀病毒肺炎患者的機器人輔助遠程超聲診療、遠程查房等)[19，21]和突發(fā)性醫(yī)學應急救援(如：自然災害、空間/戰(zhàn)地等遠程急救等)[22]。

3 遠程機器人手術研究進展

作為5G遠程醫(yī)療機器人手術系統(tǒng)的兩大核心功能硬件，醫(yī)療機器人產(chǎn)品和5G通信網(wǎng)絡日趨成熟和多樣化發(fā)展，為更廣泛地開展5G遠程醫(yī)療機器人手術提供了可能。除了一些技術初創(chuàng)公司之外，史賽克、微創(chuàng)醫(yī)療等傳統(tǒng)醫(yī)療器械公司和華為、三星等通訊巨頭也開始布局5G遠程醫(yī)療機器人手術產(chǎn)品和應用，與之相關的技術、產(chǎn)品和服務市場呈現(xiàn)加速增長態(tài)勢。

5G遠程醫(yī)療機器人手術的軟硬件部署成本正在持續(xù)降低，為日常開展遠程手術和拓展遠程手術應用領域提供了條件。醫(yī)學人工智能技術將進一步融入5G遠程醫(yī)療機器人手術過程，解決遠程診療大數(shù)據(jù)的有效信息挖掘和高效數(shù)據(jù)傳輸瓶頸。遠程醫(yī)學倫理和監(jiān)管措施日趨規(guī)范，遠程醫(yī)學平臺逐步體系化和標準化?；?G的遠程醫(yī)療機器人手術已成為“手術4.0”(Surgery 4.0)[23]的重要組成，正在推動智慧手術的持續(xù)性跨越發(fā)展，市場和應用前景廣闊。

基于上述問題，在5G遠程機器人手術發(fā)展時應側重以下幾個方面：(1)加快制定5G遠程機器人手術領域的相應監(jiān)管法規(guī)以及臨床指南，使該領域發(fā)展合規(guī)、合法，健康有序發(fā)展。(2)推進5G網(wǎng)絡的全面覆蓋，需要積極推進5G網(wǎng)絡的發(fā)展和普及。(3)醫(yī)療信息安全問題也是限制 5G 遠程機器人手術發(fā)展的主要原因之一，醫(yī)療數(shù)據(jù)涉及個人隱私和醫(yī)學倫理，因此，信息安全是醫(yī)療信息化建設的基本保障。(4)加強醫(yī)工復合型人才的培養(yǎng)，加強醫(yī)工企合作，解決臨床需求與工程開發(fā)易出現(xiàn)脫節(jié)、創(chuàng)新轉化慢的問題；(5)建立國際化的創(chuàng)新平臺和合作機制，實現(xiàn)教育資源和科研資源的最大利用。