第一節(jié) 遠(yuǎn)程手術(shù)歷史由來及發(fā)展歷史

一、國外遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展歷史

美國作為醫(yī)療水平相對發(fā)達(dá)的國家，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)正式研究之前已經(jīng)進(jìn)行了遠(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年代以后，外科手術(shù)相關(guān)的遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展迅速，大批量報(bào)道相繼出現(xiàn)。Becker在1992年發(fā)表了第一個(gè)關(guān)于遠(yuǎn)程手術(shù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程會(huì)診的報(bào)道，在手術(shù)過程中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)電話專線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行病理切片的傳輸，并由遠(yuǎn)程病理學(xué)專家給予實(shí)時(shí)病理診斷，但基于當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)及醫(yī)療水平，在35例病例中僅有37%的診斷幫助率。同年，Satava首次使用SRI International遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)直接控制機(jī)械針尖的運(yùn)動(dòng)來完成部分操作，這是遠(yuǎn)程手術(shù)機(jī)器人的開始，也是手術(shù)從現(xiàn)場到遠(yuǎn)程操作的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，他們也基于此操作系統(tǒng)開發(fā)了目前著名的達(dá)芬奇（da Vinci）機(jī)器人。

在1994年美國馬里蘭州開展了泌尿外科遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)，在手術(shù)室所在醫(yī)院建立遠(yuǎn)程站點(diǎn)，醫(yī)師端與患者端相距約1 600km，手術(shù)中所有組件連接到手術(shù)室中信號源，手術(shù)系統(tǒng)中添加一個(gè)開關(guān)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32次簡單手術(shù)操作，但遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵問題即兩站點(diǎn)之間手術(shù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸問題，并未得到解決。針對該關(guān)鍵問題，Kavoussi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，應(yīng)用區(qū)域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)線路，以1.5Mb/s的帶寬在5.6km以外的站點(diǎn)完成手術(shù)中切割、止血等操作，并進(jìn)行手術(shù)中音頻、視頻、操作指令及必要數(shù)據(jù)的傳輸（圖1-1），這項(xiàng)研究中確定了遠(yuǎn)程手術(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵特征及對高質(zhì)量音頻、視頻傳導(dǎo)的要求。

在上述研究的經(jīng)驗(yàn)下，約翰·霍普金斯醫(yī)院在1998年嘗試進(jìn)行跨洲際距離的遠(yuǎn)程腹腔鏡機(jī)器人指導(dǎo)手術(shù)，分別指導(dǎo)位于8 000km、14 000km及17 000km外的年輕醫(yī)師完成不同泌尿外科手術(shù)，通過綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)延遲約為1s，帶寬約為384Kb/s，盡管這項(xiàng)研究存在如地理位置、網(wǎng)絡(luò)等條件的限制，但在遠(yuǎn)程指導(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8 000km以外的意大利進(jìn)行了經(jīng)皮腎穿刺操作，應(yīng)用一種專門研發(fā)的機(jī)器人系統(tǒng)，在10min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)、膽囊切除術(shù)等因操作相對簡單均成為遠(yuǎn)程手術(shù)的研究重點(diǎn)。1999年，Cubano團(tuán)隊(duì)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例腹腔鏡疝修補(bǔ)術(shù)的遠(yuǎn)程指導(dǎo)（圖1-2），當(dāng)時(shí)挑戰(zhàn)性應(yīng)用國際航空站的網(wǎng)絡(luò)通信，雖然網(wǎng)絡(luò)延遲并未達(dá)到理想水平，但顯示出國外對遠(yuǎn)程手術(shù)中組網(wǎng)方案潛力在不停發(fā)掘，為以后的遠(yuǎn)程手術(shù)奠定基礎(chǔ)。2000年，Cheah等人也在當(dāng)?shù)蒯t(yī)師的幫助下完成了自新加坡到美國巴爾的摩市的遠(yuǎn)程腹腔鏡膽囊切除術(shù)。

至此，在20世紀(jì)90年代遠(yuǎn)程手術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，國外部分國家已掌握了遠(yuǎn)程手術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，由最初的遠(yuǎn)程簡單操作到遠(yuǎn)程手術(shù)系統(tǒng)基本成型，并開始不斷嘗試真正意義上獨(dú)立的遠(yuǎn)程手術(shù)。直至2001年，第一臺(tái)真正的遠(yuǎn)程外科手術(shù)成功完成，即著名的“Charles Lindbergh手術(shù)”（圖1-3）。接受手術(shù)的是一名68歲的女性膽囊結(jié)石患者，位于法國斯特拉斯堡，而外科醫(yī)師位于距離7 000km以外的美國紐約。手術(shù)中應(yīng)用了一種特殊的專線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號傳遞，手術(shù)中數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，操作信號及影像信號傳輸流暢，并將手術(shù)操作維持在較低的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延水平。這是遠(yuǎn)程手術(shù)的一個(gè)里程碑，它驗(yàn)證了遠(yuǎn)程手術(shù)技術(shù)的可行性。

二、國內(nèi)遠(yuǎn)程手術(shù)發(fā)展歷史

中國作為醫(yī)療資源分布不均的代表，高水平外科醫(yī)師及先進(jìn)的醫(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，存在著明顯的地域性差別，眾多需要手術(shù)的患者無法在當(dāng)?shù)氐玫礁哔|(zhì)量、及時(shí)的手術(shù)治療，因此遠(yuǎn)程手術(shù)在我國更有發(fā)展的必要。相比于歐美等發(fā)達(dá)國家，我國遠(yuǎn)程手術(shù)研究盡管起步落后，但發(fā)展速度驚人，已迅速進(jìn)入適合我國國情的發(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)，完成了我國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。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，無法實(shí)現(xiàn)手術(shù)醫(yī)師靈活無間斷的實(shí)時(shí)手術(shù)操作，且術(shù)中影像信號及操作指令的傳輸無嚴(yán)格要求，對網(wǎng)絡(luò)時(shí)延等必要條件無法嚴(yán)格把控。隨后，我國也開始對遠(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)行深入研究，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)院成功完成我國首次遠(yuǎn)程海上手術(shù)，手術(shù)過程通過衛(wèi)星鏈接網(wǎng)絡(luò)將位于海軍總醫(yī)院遠(yuǎn)程中心的醫(yī)師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)完成了腦外科立體定位手術(shù)。然而，衛(wèi)星通信信號不確定的網(wǎng)絡(luò)延遲、較高的數(shù)據(jù)丟包率等成為該研究的主要問題，該網(wǎng)絡(luò)方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足遠(yuǎn)程手術(shù)要求。

4G網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用推動(dòng)了我國遠(yuǎn)程手術(shù)的發(fā)展，其網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性優(yōu)于衛(wèi)星通信。2015年，國產(chǎn)“妙手S”手術(shù)機(jī)器人借助10Mb/s帶寬商用網(wǎng)絡(luò)，完成了間隔約170km的遠(yuǎn)程無線動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用當(dāng)時(shí)熱門的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%。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)用推廣。4G網(wǎng)絡(luò)方案是目前5G無線網(wǎng)絡(luò)的起源，它借助雙側(cè)網(wǎng)關(guān)通過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)，信息流通過互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)對方設(shè)備。由于數(shù)據(jù)流要經(jīng)過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信號較弱或公網(wǎng)資源不足時(shí)，實(shí)際可用帶寬就會(huì)下降。因此，使用此種組網(wǎng)方式，帶寬穩(wěn)定性較差，會(huì)對雙向視音頻交互應(yīng)用產(chǎn)生不利影響，該網(wǎng)絡(luò)僅僅在最初被用在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，之后被其他網(wǎng)絡(luò)迅速取代。

（趙　煒）