5G超远程手术:千里之外 妙在纤毫

时间:2019-11-02 16:00:08| 查看: 3700|

摘要: 今年6月,北京积水潭医院利用5g技术,同时远程操控两台骨科手术机器人,为浙江嘉兴和山东烟台的两名患者实施手术。这也是全球首例骨科手术机器人多中心5g远程手术。一台“妙手”,将手术刀延伸到千里之外。9

[编者注]

9月7日,通过青岛和安顺医院的合作,通过5g网络技术和自主初级研究手术机器人的远程应用,为实验动物成功实施了世界上首个5g超远程机器人腹腔复杂手术。

据媒体报道,今年,中国利用5g技术在远程医疗领域取得了许多“世界第一”突破。

今年3月,解放军总医院成功完成了国内首个基于5g的远程人体手术——远至海南的神经外科医生通过5g网络传输高清图像远程控制手术器械,并在北京为患者实施帕金森病“大脑起搏器”植入手术。

今年6月,北京积水潭医院使用5g技术,远程操作两台骨科手术机器人,为浙江嘉兴和山东烟台的两名患者进行手术。这也是世界上第一个用于骨科手术机器人的多中心5g远程手术。

这些操作的成功实施标志着5g远程医疗和人工智能在中国的应用达到了一个新的水平。

[长篇报告]

一个带有粒状纹理的深红色器官出现在屏幕上,只能从它的形状中清楚地分辨出来。这是猪的肝脏。用圆柱形外科器械轻轻推一下,就像闪亮的果冻,在白色器官和组织上左右滑动。

"现在切除堵塞胆囊的肝脏."首席医生郭卫东指着屏幕,给助理医生下达指令。

肝脏的一个角被圆角镊子夹住。两三厘米的手术剪刀从屏幕右侧打开和关闭,鲜红的血从切口渗出。

9月7日,青岛大学附属医院。穿着绿色手术服的郭卫东坐在会议室里,戴着一副黑色眼镜,推着面前的两个杠杆。

没有手术帽、口罩、橡胶手套或任何保护工具。所有需要做的手术就是一台前面有显示屏的白色机器。“病人”现在躺在贵州省安顺市西秀区医院的手术台上,正在接受3000公里的长途手术。

远在贵州的白色机器和机器人手臂是一套被称为“妙手”的系统,这是中国自主研发的第一个手术机器人。可应用于泌尿外科、妇科、外科等部位,可完成直径小于1毫米的微血管的剥离、剪切、修剪、缝合、打结等多种手术。

目前,该机已协助医生成功完成数百项动物实验,中南大学湘雅三医院临床试验阶段已完成103项人体手术。

“将来,病人不必四处旅行去看医生。也许他们将能够在家接受全国权威医生的诊断和治疗。”青岛大学附属医院副院长牛海涛说。

一只“神奇的手”将手术刀伸出数千英里之外。

“神奇的操纵者”

9月7日,青岛大学附属医院副院长牛海涛6点到达医院。早上,他会有一个特殊的手术。他已经为此准备了一个多月了。

在医院的会议室里,技术人员正在调试当天手术所需的仪器。这是一个白色的控制台,大约一米高,两三个人宽,是“神奇的手”的一部分。“神奇的手”的意思是“神奇的机械手”,是中国第一个自主开发的外科机器人。它由两部分组成,控制台是大脑,还有一个白色的身体和机械臂。通过网络连接,大脑可以控制身体和手臂进行手术。

9月7日,青岛大学附属医院副院长牛海涛操纵“智能手s”机器人进行超远程手术。受访者提供了照片。

与此同时,在贵州省安顺市西秀区医院的远程会议室里,一只50公斤重的黑白相间的猪被装到一张不锈钢手术台上。麻醉剂开始起效了。猪停止了吠叫,它的眼睛眯成一条缝,允许医生将导管插入其中。绿色长袍遮住了它的大部分身体,只露出一个白色的腹部。

根据计划,牛海涛将与肝胆胰外科医生郭卫东进行接力,并将“妙手”的两部分与5g网络连接,为猪进行肾、胆、膀胱切除。从青岛到贵州安顺,直线距离近3000公里,相当于穿越整个“茶马古道”。

“让我们开始吧。”上午9点,牛海涛看着大屏幕,给两位在贵州手术现场的助理医生杨学成和雷洛做了指示。他们都是青岛大学附属医院的泌尿科医生。他们四天前来到贵州做手术前的最后准备。

第一次手术需要肾切除术。猪侧卧着,左下背部开有三个约两厘米的小孔,三只机械臂插入其中,前端有手术工具,它伸入猪的腹腔。不到一分钟,附在机器人手臂上的腹腔镜将猪的肚子投射到牛海涛面前的显示屏上。

戴上3d眼镜,看起来好像你可以触摸器官。这是“神奇之手”设计的亮点之一。最初的开放式立体影像系统确保了医生的舒适性。

牛海涛双手握着杠杆,向前移动座位,前臂的肌肉线条逐渐清晰。操纵机械臂需要调动手腕和手指的力量。长期执业的医生可以准确控制和保证手术的准确性。

操纵杆上有两个“器官”。一个位于操作杆的下端,由中指、无名指和小指控制。轻轻按住操作机械臂移动。另一个在顶部,像一个小蘑菇,可以用拇指和食指抓住,完成抓和切的动作。

围观的人群很安静,所有的目光都盯着大屏幕。在屏幕上,手术器械正在缓慢移动。两三厘米长的镊子取出猪的黄色脂肪组织,然后将腹膜后紧紧夹在肾脏上,轻轻拉起。白色的薄膜变得更加透明。一只带手术剪刀的机械臂从右边移动,穿过胶片,找到了一个开口。肾脏藏在这层膜下。

屏幕上旋转的三维透视模型可以帮助医生更好地理解猪的结构。黄色的肾脏两侧是动脉和静脉的分支。在摘除肾脏的过程中,如果不小心,会碰到血管。

剪刀慢慢向前移动,就像一艘小船在平静的水面上航行,在它经过的地方留下两条清晰的分界线。“妙手S”的前端机械臂可以7个自由度旋转和弯曲。与人工操作的局限性相比,机械臂在狭窄的内腔中显示出独特的优势。

深红色的肾脏暴露了。牛海涛动了动手指。在这个空隙里,杨学成和雷洛拿出了血淋淋的内窥镜并清洗了它。这是微创手术中常见的一步,以确保外科医生在任何时候都能看到清晰的图像。

钳子和锁扣结扎肾周围的动静脉,切断输尿管,一次完成手术。八分钟后,两个芒果状器官从身体中分离出来,第一次手术完成了。

9月7日,在安顺市西秀区医院,“苗寿”正在给实验猪做手术。受访者提供了照片。

然后,通过郭卫东的接力,胆囊切除术和膀胱切除术是用“神奇的手”进行的。“这两个项目的设计是因为胆囊切除术是微创手术中最经典的例子,而膀胱切除术由于其复杂的程序而增加了难度系数。”郭卫东说。

上午11点30分,世界上第一个使用中国自主研发的机器人进行5g超远程手术被宣布成功。

“外国产品”引起的轰动

这不是牛海涛团队与“神奇之手”系统的首次合作。今年6月16日,他在威海对一只实验猪进行了肾和胆囊切除手术,操作了“神奇的手”。

“它可以更灵活,但现在将其应用于操作没有问题。准确性和可操作性都值得期待。”手术后,牛海涛说。

事实上,机械手臂微创手术在中国并不是一种独特的新技术。20世纪80年代,美国开发了一种叫做达芬奇的外科系统。因为它的设计灵感来自著名画家达芬奇在1459年设计的人形机器,所以它被命名为“达芬奇”。

这项技术研发的最初目的是应用于军事和航空航天领域。它由三部分组成:控制台、机械臂和成像系统。四个机械臂的结构就像一个奥库莫。

后来,“蜘蛛”让医生们发现了微创手术的“新方法”。

2006年,中国人民解放军总医院(原301医院)引进了第一台达芬奇机器人。

当“达芬奇”被介绍到301医院时,在医院引起了很大的轰动。医生和护士前来观看。2013年,时任该院心血管外科主任的高长青在接受21世邦魏理仕采访时详细回忆了这一场景:“机器上的所有名称都是英文的,所有说明必须先翻译成中文。此外,达芬奇的实验操作不能是正常的工作时间。下班后,该小组将在实验室反复做猪心实验。”

2007年1月15日,高长青用达芬奇对石家庄的一名患者进行了微创心脏手术。这一手术被称为“亚洲第一个没有开胸手术的全机器人微创心脏手术”中央电视台在同一天播出了这条新闻。

与医生手持器械进行的微创手术相比,多自由度旋转机械臂已经足够,这也使得许多复杂的手术变得简单。最经典的是前列腺手术。

“前列腺在内腔的最里面。以前,人们用仪器操作。这非常困难。有时他们不得不一直扭动双手。”郭卫东说,“在机械方面更加灵活要容易得多。”还有手部震颤过滤功能,消除了医生长时间工作造成的手部震颤。

牛海涛表示,手术机器人的费用不在医疗保险范围内,医院根据项目自行定价。与人工手术相比,类似的手术是由机器人完成的,费用要多几万元。"但即便如此,仍有许多病人选择使用机器人,并感到更安全."

“神奇的手”诞生了

达芬奇作为唯一的微创手术机器人系统,长期垄断了全球市场。这也直接导致了达芬奇在中国的售价超过2000万元。此外,其配套耗材均为高价值耗材,这也实际上增加了成本。“达芬奇”的专利保护也给自主研发带来许多限制。

“神奇之手”的R&D团队正在演示医疗机器人的使用。王杨鹏成照片

因此,“神奇之手”的出现对于打破“达芬奇”的垄断,改变我国微创手术机器人完全依赖进口的局面,意义更加重大参与研发的高伟集团总经理王强兵表示。

2012年,具有自主知识产权的第一代微创手术机器人系统问世,命名为“妙手S”。

“神奇的手”是一种三臂机械乐器。像《达芬奇》一样,它可以完成各种外科手术,如剥离、剪切、缝合和打结细小血管。在最初的设计中,立体成像系统遵循了美国机器人“立体图像观察窗”的设计。这是一个类似黑盒的装置。每次手术时,医生都坐在机器人前面,头向前伸,脸躺在观察窗里。通过两个小孔,他可以看到腹腔镜反馈的立体图像。然而,只要头部离开观察窗,红外线感应开关就会自动关闭,机械臂就会停止工作。这使得医生很难做手术。他们必须一直保持驼背和伸长脖子的姿势。有时经过几个小时的手术后,他们的脖子会僵硬。

“你不舒服。”医生说。R&D团队立即开始改进,最终将“立体图像观察窗口”改为3d显示屏。这样,看屏幕就容易多了,就像平时看电脑一样。

如何使设备更轻也是研发团队面临的一个难题。“最初设计的机械臂操作空间不够,手术台必须严格按照机器人的手布局,稍差一点,操作可能会有危险。手术前需要一个小时来调整位置。”研究人员表示,经过一年多的调整,目前的第三代“聪明之手”已经形成。

在结构上,与“达芬奇”和“一个身体驱动四只手臂”的设计不同,“神奇的手”是“一只手臂和两个手指”。与粗臂相比,手指更细,关节更多,弯曲角度更大更灵活。

“手指”的设计也减轻了机器的重量。它的总重量只有300公斤,机械臂台可以自由移动。与重达1.3吨只能在手术室里固定的《达芬奇密码》相比,《神奇的手》要轻得多,自由得多。"手术和消毒后,可以立即将其推到下一个手术室."

延伸数千英里的手术刀

“通过将微创手术机器人技术应用于远程手术,外科医生可以不受地域限制地为患者实施手术。这是机器人手术系统的潜在优势,也是远程医疗最复杂的部分。”王强兵说。

大约在2000年,国外有远程手术的案例。著名的“林德伯格手术”是利用手术机器人系统从美国到法国的远程胆囊切除术。国内研究机构也对远程机器人系统进行了研究。2006年,北京积水潭医院借助自主研发的机器人进行骨科手术。

"但与腹部手术相比,脑外科和骨科手术的技术要求稍低."发表在《腹部外科杂志》上的一篇文章对此进行了详细描述:“脑外科和骨科手术不需要整个手术的连续实时视频传输,并且需要很少的网络延迟和数据传输。”

“‘达芬奇’系统实际上设计了一种远程手术模式,但是这个模块在被引入中国时被取消了。因此,多年来,中国没有达芬奇实施远程手术的案例。”牛海涛解释道。但是“策划者”解决了问题。

“神奇之手”出现后,研发团队对这个自主开发的机器人进行了实验。

实验于2015年7月18日进行。研究人员将机器人的控制台放在天津的研究室里,通过10米带宽的商业网络连接,对北京的实验猪进行胆囊切除术、胃穿孔修补和肝楔形切除术。

这三次手术总共花了100分钟。结果显示:“手术过程中对周围器官无损伤,手术过程中有一定的延迟效应,但基本不影响实验的成功完成。在机器人远程手术操作过程中,机器人系统没有明显的抖动或其他不稳定性。”这是中国首例成功的动物腹部手术。

青岛至贵州的长途运输的成功实施依赖于这一技术。

“将来,病人不必四处旅行去看医生。也许他们将能够在家接受全国权威医生的诊断和治疗。”牛海涛说道。

[参与者说]

牛海涛(青岛大学附属医院副院长)

9月,我们在青岛对贵州省安顺市习墅区的实验猪进行了肾、胆、膀胱切除,采用了我国自主研发的机器人“庙寿”。我是这次手术的主要医生之一,也是“导演”和“编剧”。

事实上,今年6月,当我们接触到“神奇的手”机器人时,我们进行了远程操作。郭卫东教授和我也对成功切除猪的肾脏和胆囊负有责任。我们两个在青岛,机械臂和猪在威海。

这次行动增强了我们的信心,这就是为什么这次行动跨越了半个中国。贵州西秀区医院是我们指定的支持单位,这正好符合条件,因为这项技术将来一定会应用到相对偏远和欠发达的地区。

为了这次行动,我们投入了大量的人力和精力,100多人,准备了一个多月。

首先是网络。西秀区还没有5g网络。安顺市只有一个基站,在联通大厦的屋顶上。经过协调,它被转移到西秀区医院附近。

还有仪器的运输。机器人是一台精密机器。轻微的撞击可能会打破它。仪器拆卸后,分别从天津开到青岛和贵州。贵州有许多山路,我们害怕路中间崎岖不平。我们有两个大铁架,重几十公斤,是为了牢固地捆绑机器的主体而制造的。

在未来的应用中,远程手术将面临许多挑战,如网络安全。例如,有人恶意攻击、在网络中设置病毒程序、人为中断网络或让机器人失控?如果网络中断了呢?停电怎么样?如果机械臂在操作过程中出现故障怎么办?

为了处理可能出现的问题,我们设计了几个方案甲、乙、丙,几乎所有可以想到的问题都是预先计划好的。

虽然准备工作已经足够了,但由于距离太远,我还是很担心。尤其是手术前一天的排练,网络不稳定,延迟很明显,每个人都非常紧张。贵州的助手杨学成和雷洛浑身湿透了。然而,彩排成功了,真正的手术松了口气。所以第二天手术正式开始时,我只用了八分钟就完成了肾切除术,非常顺利。

长期以来,人们常说5g远程治疗实际上是更远程的指导,从技术角度来看这并不难实现。就像熟悉的视频聊天一样,一边是在诊疗或手术,而另一边医生可以看到现场。然而,这是一个真正的远程操作。这具有重大的社会意义。

新京报记者汪洋鹏程实习生郑丹邓鹏卓

编辑胡洁校对傅春

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