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］。
2.1 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］。
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。
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
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