通信作者：杨婧教授
张泽平医生
【引用本文】张泽平，李祖曦，乔吉灵，等. 5G远程机器人手术应用现状及前景[J]. 中国实用外科杂志,2024,44(7):836-838,840.
5G远程机器人手术是一项新兴医疗技术，是未来外科发展的趋势。其潜在优势包括缩小医疗资源差距、多场景应用、远程培训和教育、提高手术精度和安全性。同时，也需要解决挑战和局限性，例如设备成本高、网络延迟影响手术、网络数据安全和隐私保护、道德法律和伦理问题等。随着5G远程机器人手术的不断发展和实施，有望显著提高部分地区的医疗质量，使更多病人受益。
基金项目：甘肃省自然科学基金项目（No.22JR5RA663）
作者单位：1甘肃中医药大学第一临床医学院，甘肃兰州 730000；2甘肃省人民医院普外一科，甘肃兰州 730000
通信作者：杨婧，E-mail：21634604@qq.com
1 远程机器人手术系统介绍
1.1 远程机器人发展历程 2001年，Marescaux等［2］在纽约首次通过高速光纤电缆操控远在14 000 km法国的ZEUS机器人，为1例68岁女性病人施行远程腹腔镜胆囊切除术，手术时间为54 min，报告总延迟为155 ms，术中无并发症。2006年，北京积水潭医院利用自主研发的“一对多”主从式远程外科机器人辅助胫骨髓内钉内固定手术系统对石家庄和延安两地进行异地远程手术操作，开辟了国内远程手术的先河［3］。由于各方面技术未成熟以及高昂的成本，使远程机器人手术在一段时期处于停滞状态，直至5G网络通信技术的快速进步推动了远程机器人手术再次发展。2018年，刘荣等［4］通过国产机器人进行动物肝脏楔形切除，初步验证了5G远程国产机器人手术技术可行。2021年3月，山东青岛大学附属医院泌尿外科使用国产机器人手术系统对8家基层医院的29例病人进行了机器人辅助根治性肾切除术，最远的手术距离为1775 km，术后无严重并发症［5］。2024年1月，中国人民解放军总医院普通外科团队利用国产手术机器人系统联合5G通信技术，成功完成了国内首例跨越3000 km的超远程机器人辅助直肠癌根治术［6］。但目前由于5G远程机器人手术处于探索阶段，仍缺乏高质量临床研究评估其安全性和有效性。
1.2 远程机器人手术系统组成 5G网络设备包括核心网、传输网和无线接入网等设备。远程手术系统主要由远程和本地医生控制台、受控端机器人手术平台、3D电子腹腔镜系统和图像平台三部分组成。操作控制台为医生提供直观的操控界面，使其能够远程实时操控手术机器人。图像处理系统负责实时处理手术现场的图像数据，为医生提供清晰的手术视野，5G网络数据传输设备负责将图像和其他关键数据实时传输至医生的操作控制台。图像与数据处理系统需要具备高速传输、高清晰度、高可靠性等特点，以确保手术过程中数据的完整性和准确性［7-11］。
1.3 远程机器人优势 5G远程机器人手术是机器人手术基础上加装5G远程通信模块，其具备常规机器人手术的优点，例如，较腹腔镜技术更自然的手眼运动，过滤手部震颤，以及10倍放大的高质量三维（3D）可视化视野等，可使操作者视野清晰，手术定位更加精准。同时，多项研究证明，机器人手术出血量少，术后并发症发生率低、住院时间相对更短［12-14］。5G远程机器人手术使用机械臂和高清摄像机，使外科医师能够更精准、高效、安全地进行手术，提高手术精度和安全性，有效降低手术中操作失误和发生并发症的风险。而且这项技术还可以通过尽量减少手术室的人数来降低发生感染的风险［15］。
2 5G远程机器人手术未来前景
2.1 特殊场景应用 机器人手术最初设计的目的是为战场后方医学专家远程控制战场机器人进行手术提供平台，后被转为民用技术得到了推广和应用。随着科技的不断进步和应用场景的不断扩大，远程机器人手术的应用更加广泛。例如，在战场军事救援、紧急情况、卫生资源匮乏地区等场景下，远程机器人手术可以为病人提供更加精准和快速的医疗服务。
2.2 远程手术指导和教育培训 在手术学习阶段安全指导受训人员的操作能力一直是外科教育的核心，在提高外科医师临床技能水平方面具有重要意义，而远程机器人系统的特点使其成为良好的教学平台。2019年，Lacy等［16］通过5G远程手术系统指导资深术者成功完成2例直肠肿瘤切除手术。在传染性疾病流行期间，还可保护病人和医生免受感染［17］。2022年，Nizar等［18］报道，由1名外科医师在以色列通过5G远程指导加拿大多伦多市的3名外科医师完成植入一种新型角膜修复装置。5G远程机器人手术将手术指导和教育培训带入了崭新的层次，促进了医疗健康事业的发展和知识的分享，提高医疗专业知识水平和技能操作［19］。
2.3 在医疗资源整合中的应用 5G远程机器人手术在医疗资源整合中具有巨大的潜力，可以实现医疗资源的远程共享、跨地域医疗合作、医疗培训和教育、降低病人转运风险、减少就医成本，可有效推进智慧医疗的发展，为病人和医生提供更多的价值。5G远程机器人手术的应用提高了手术的精确性、可及性和效率，同时促进了医疗资源的整合。笔者中心于2023年3月使用5G远程机器人手术系统在甘肃省人民医院和兰州新区分院之间成功实施了20例远程机器人胆囊切除术（该研究已获得医学伦理会批准，并在中国临床试验注册中心注册：ChiCRT2300070074）。这是全国首次采用物联网卡技术实现设备之间的连接和数据传输，也是全国首次实现5G远程机器人手术的双向互联（“A to B、B to A”模式）。这一技术的应用为远程手术系统带来更加智能化和便捷化的操作体验，推动了医疗领域的技术创新和进步。2023年6月，浙江大学医学院附属邵逸夫医院与相距4600 km的新疆兵团阿拉尔医院，通过5G远程技术在40 min内完成全球首例超远程 5G机器人肝脏切除手术，而且其采用的远程机器人手术系统全部为我国自研自产。上述临床实践的开展充分发挥了机器人手术系统在远程操作中的优势，有助于推动地区医疗发展实现一体化和同质化。
3 5G远程机器人手术面临的挑战
3.1 网络延迟和断线 5G网络不仅是在传输速度的提升，在传输稳定性方面也有很大进步，5G网络峰值理论传输速度可达20 Gbps，较4G网络快100倍，将延迟降低至1~2 ms［16,20-21］。网络延迟和不稳定性是进行远程手术的最大障碍［19］。多个临床相关性研究报道，延迟时间<200 ms不会出现画面失帧，对术者的操作没有影响［3,6,10,22-23］。Sterbis等［24］报道了网络延迟时间为450~900 ms的远程机器人手术成功案例；Xu等［22］认为 ，延迟时间>300 ms将出现操作不准确，延迟时间<200 ms则较理想。笔者团队前期开展的5G远程动物实验数据显示平均双向网络延迟63.7 ms，未出现两地画面失帧，对术者操作影响较小。
网络延迟问题是远程手术推广面对的首要困难，5G技术虽然提供了高速数据传输和低延迟，但外科医师关注的是确保网络的稳定性，以防止手术中断或延迟，这可能对病人的安全和手术结果产生负面影响。手术过程中应该建立网络安全应急处理措施，手术台现场一名手术助手担任“上帝视角”角色，负责实时监控手术现场和主操控台运行情况；在手术台现场常规设置副操作台，并预备1名主刀医师。可在传输信号不稳定、发生意外出血、主操控台失控等情况时及时切换为副操控台控制。通讯传输设置主从安全处理机制。该机制主要受控于通信传输，若发生意外情况，其可立即停止双向信号传输，手术机器人也立即切换至待机状态，保障远程手术的安全性。实施远程手术过程中应有专业人员保障5G网络信号传输，实时监测数据，确保手术网络安全。相信随着5G基站的建设以及6G时代的开启，实施远程机器人手术最关键的问题将得到很好解决。
3.2 外科医师的手术操作水平 除了网络因素外，外科医师的手术操作水平也是影响远程机器人手术发展的重要因素之一。目前，关于远程机器人手术的报道中，主刀医师均为具有机器人培训证书的高年资医生，既往完成大量机器人手术。实施远程机器人手术医生需要接受专门培训，以掌握远程机器人手术系统的操作技能。术者须具备良好的视觉技能和手眼协调能力，能够准确地操控机器人来执行手术操作。此外，还需要具备处理紧急情况的能力，在紧急时刻采取适当手段来保证病人的安全。
3.3 网络数据安全和隐私保护 5G远程机器人手术过程中存在中间网络攻击和窃取病人隐私数据风险，其使用的高速互联网连接可以使黑客更易进入系统并破坏手术过程，甚至危及病人的生命安全［25］。为了保护病人的隐私可以采取多种措施来确保手术安全进行。Kamil等［26］提出了一种用于增强远程手术应用安全的用户认证和密钥建立协议，以保证通信的安全。Iqbal等［27］提出了一个完整的SecureSurgiNET安全协议，保证了通信安全和数据安全存储；Oki等［28］评估了在互联网协议-虚拟专用网（IP-VPN）线路上增加互联网协议安全（IPsec）加密对通信的影响。2022年8月，笔者单位通过将物联网卡嵌入5G客户端（CPE）前提设备（CPE），在院外完成了6例远程机器人动物胆囊切除术。物联网卡在网络安全方面提供了加密认证协议、物联网设备及其互相认证、授权和信任度指标、削弱攻击等方面优势［29］。目前，5G远程机器人手术在我国处于起步阶段，对于手术操作仍缺乏统一标准和规范。
3.4 经济费用 与机器人手术相比，5G远程机器人手术的成本更高。尤其在发展中国家，支持这项技术所需的设备和基础设施的成本花费巨大［30］。除了初始投资外，还必须对维护和消耗性仪器的运行成本、外科医师培训和配备相关的设备等进行预算。不同的医疗中心在远程手术中合作，参与医疗中心运营费用的分配问题也可能成为一个障碍［31］。尽管目前我国部分地区已将机器人手术相关费用纳入医保政策，但远程机器人手术仍将处于一个长期发展的阶段。
3.5 道德法律和伦理问题 远程机器人手术是一种尖端技术，给医疗行业带来革命性的变化。然而，这项技术也会引起一些伦理和法律问题。当这种技术在国内或国际上应用时，其必须符合所有道德和法律标准。远程机器人手术涉及的医院和临床机构应制定相关费用细则和法律，其中包括相关手术费用、共同责任和优先考虑保护病人隐私等［32］。由于远程手术中外科医师与病人无法面对面签署知情同意书，故须尤其注意知情同意问题，应详细地告知病人远程手术的风险和益处。
综上所述，5G远程机器人手术是一项新兴医疗技术，是未来外科发展的趋势，有可能改变手术领域的操作模式。其潜在优势包括缩小医疗资源差距、多应用场景、远程培训和远程教育、提高手术精度和安全性。同时，这项技术的成功实施也需要解决挑战和局限性，例如设备成本高、网络延迟影响手术、网络数据安全和隐私保护、道德法律和伦理问题以及外科医师的培训需求。5G远程机器人手术具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力，随着其不断发展和实施，有望显著提高部分地区医疗质量，使更多病人受益。
参考文献
（在框内滑动手指即可浏览）
［1］ Dananjayan S，Raj GM. 5G in healthcare: how fast will be the transformation?［J］. Ir J Med Sci，2021，190(2): 497-501.
［2］ Marescaux J，Leroy J，Gagner M，et al. Transatlantic robot-assisted telesurgery［J］. Nature，2001，413(6854): 379-380.
［3］ 王军强，赵春鹏，胡磊，等. 远程外科机器人辅助胫骨髓内钉内固定系统的初步应用［J］. 中华骨科杂志，2006， 26(10): 682-686.
［4］ 刘荣，赵国栋，孙玉宁，等. 5G远程机器人手术动物实验研究［J］. 中华腔镜外科杂志(电子版)，2019，12(1): 45-48.
［5］ Li J，Yang X，Chu G，et al. Application of improved robot-assisted laparoscopic telesurgery with 5G technology in urology［J］. Eur Urol，2023，83(1): 41-44.
［6］ 李松岩，闻巍，戴飞翔，等. 超远程手术机器人辅助直肠癌根治术临床初步研究［J］. 中国实用外科杂志, 2024, 44(3): 308-311.
［7］ Barba P，Stramiello J，Funk EK，et al. Remote telesurgery in humans: a systematic review［J］. Surg Endosc，2022，36(5): 2771-2777.
［8］ 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.
［9］ Yang X，Wang Y，Jiao W，et al. Application of 5G technology to conduct tele-surgical robot-assisted laparoscopic radical cystectomy［J］. Int J Med Robot，2022，18(4): e2412.
［10］ Nakauchi M，Suda K，Nakamura K，et al. Establishment of a new practical telesurgical platform using the hinotori™ Surgical Robot System: a preclinical study［J］. Langenbecks Arch Surg，2022，407(8): 3783-3791.
［11］ Zhang S，Li F，Zhao Y，et al. Mobile internet-based mixed-reality interactive telecollaboration system for neurosurgical procedures: technical feasibility and clinical implementation［J］. Neurosurg Focus，2022，52(6): E3.
［12］ Catto JWF，Khetrapal P，Ricciardi F，et al. Effect of robot-assisted radical cystectomy with intracorporeal urinary diversion vs open radical cystectomy on 90-day morbidity and mortality among patients with bladder cancer: A randomized clinical trial［J］. JAMA，2022，327(21): 2092-2103.
［13］ di Benedetto F，Magistri P，Di Sandro S，et al. Safety and efficacy of robotic vs open liver resection for hepatocellular carcinoma［J］. JAMA Surg，2023，158(1): 46-54.
［14］ 中国医师协会结直肠肿瘤专业委员会机器人手术专业委员会，中国研究型医院学会机器人与腹腔镜外科专业委员会. 机器人结直肠癌手术中国专家共识（2020版）［J］. 中国实用外科杂志，2021，41(1):12-19.
［15］ Moawad GN，Rahman S，Martino MA，et al. Robotic surgery during the COVID pandemic: why now and why for the future［J］. J Robot Surg，2020，14(6): 917-920.
［16］ Lacy AM，Bravo R，Otero-Piñeiro AM，et al. 5G-assisted telementored surgery［J］. Br J Surg，2019，106(12): 1576-1579.
［17］ AlMazeedi SM，AlHasan AJMS，AlSherif OM，et al. Employing augmented reality telesurgery for COVID-19 positive surgical patients［J］. Br J Surg，2020，107(10): e386-e387.
［18］ Din N，Chan CC，Cohen E，et al. Remote surgeon virtual presence: A novel telementoring method for live surgical training［J］. Cornea，2022，41(3): 385-389.
［19］ Hung AJ，Chen J，Shah A，et al. Telementoring and telesurgery for minimally invasive procedures［J］. J Urol，2018，199(2): 355-369.
［20］ Minopoulos G，Kokkonis G，Psannis KE，et al. A survey on haptic data over 5g networks［J］. INT J Futur Gener Co，2019，80（12）：37-54.
［21］ Akpakwu GA，Silva BJ，Hancke GP，et al. A survey on 5G networks for the Internet of Things: communication technologies and challenges［J］. IEEE access，2017，6（5）3619-3647.
［22］ 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.
［23］ Korte C，Nair SS，Nistor V，et al. Determining the threshold of time-delay for teleoperation accuracy and efficiency in relation to telesurgery［J］. Telemed J E Health，2014，20(12): 1078-1086.
［24］ Sterbis JR，Hanly EJ，Herman BC，et al. Transcontinental telesurgical nephrectomy using the da Vinci robot in a porcine model［J］. Urology，2008，71(5): 971-973.
［25］ Bonaci T，Herron J，Yusuf T，et al. To make a robot secure: An experimental analysis of cyber security threats against teleoperated surgical robots［J］. arXiv，2015，18（3）：1501-1511.
［26］ Kamil IA，Ogundoyin SO. A lightweight mutual authentication and key agreement protocol for remote surgery application in tactile internet environment［J］. Comput Commun，2021，170（8）：1701-1718.
［27］ Iqbal S，Farooq S，Shahzad K，et al. SecureSurgiNET：A framework for ensuring security in telesurgery［J］. Int J Distrib Sens N，2019，15(9): 466533101.
［28］ Oki E，Ota M，Nakanoko T，et al. Telesurgery and telesurgical support using a double-surgeon cockpit system allowing manipulation from two locations［J］. Surg Endosc，2023，37(8): 6071-6078.
［29］ Attkan A，Ranga V. Cyber-physical security for IoT networks: A comprehensive review on traditional，blockchain and artificial intelligence based key-security［J］. Complex Intell Syst，2022，8(4): 3559-3591.
［30］ Shahzad N，Chawla T，Gala T. Telesurgery prospects in delivering healthcare in remote areas［J］. J Pak Med Assoc，2019，69(suppl 1): 69-71.
［31］ Choi PJ，Oskouian RJ，Tubbs RS. Telesurgery: past，present，and future［J］. Cureus，2018，10(5): e2716.
［32］ Malik MH，Brinjikji W. Feasibility of telesurgery in the modern era［J］. Neuroradiol J，2022，35(4): 423-426.
（2024-01-12收稿 2024-03-09修回）
本文为《中国实用外科杂志》原创文章。其他媒体、网站、公众号等如需转载本文，请联系本刊编辑部获得授权，并在文题下醒目位置注明“原文刊发于《中国实用外科杂志》，卷（期）：起止页码”。谢谢合作！
