基于5G 的胃腸癌機器人手術及術后應激與快速康復管理平臺的研究

丁德勝 黃思華

中國移動通信集團江蘇有限公司

0 引言

胃腸道癌是最常見的惡性腫瘤之一，其主要治療手段為外科手術。傳統手術會使患者產生創傷應激反應，引發術后并發癥，影響病人康復。引入科技和信息化手段，使胃腸癌病人快速從手術創傷中康復，減少術后并發癥，降低住院治療費用，縮短康復時間，改善醫療品質，構建一套完整、安全、有效的患者加速康復規范方案，對胃腸癌患者具有重要現實意義，并有助于提高我國胃腸癌病患治療水平。

1 研究背景

中國是全世界胃腸癌發病和死亡人數最多的國家之一。據世界衛生組織國際癌癥研究機構（WHO IARC）發布的2020年最新全球癌癥負擔數據顯示，2020 年全球胃癌新發病例數108.9萬，死亡病例數76.8萬，其中中國胃癌新發病例47.8萬（占43.9%），胃癌死亡病例37.3 萬（占48.5%）。

早期胃腸癌患者通過手術可獲得根治性治療。然而，手術會產生創傷應激反應，破壞患者的自主神經平衡，甚至誘發急性心肌梗死或猝死。

心率變異度（HRV）和術后腸麻痹（POI）消失時間是評估術后應激水平、康復狀態的重要指標。傳統心電監護設備只能在醫院使用，不支持連續實時監測和自動發送，不適用于胃腸癌手術后需長程監護的患者?，F有的POI 診斷多是基于腸鳴音聽診，占據了醫護人員大量的工作時間，且無法連續監護。

本研究在遵循國家醫療衛生領域相關信息化系統建設標準和技術規范的基礎上，依托5G網絡，結合人工智能、大數據、物聯網、云計算等先進技術，研究5G+胃腸癌達芬奇機器人手術及術后應激與快速康復管理平臺，規劃構建針對胃腸癌疾病的“機器人微創手術及5G 遠程指導、人工智能輔助術后監護、云平臺在線診療、術后康復跟蹤管理”創新服務模式，為胃腸癌患者提供了圍術期全流程醫療服務，協助提升胃腸癌手術服務質量，降低術后風險，緩解醫療機構服務壓力。

2 技術方案

2.1 業務架構

應用云計算、大數據、物聯網、人工智能、5G 專網等先進技術，結合胃腸癌疾病的特點，探索構建基于5G 的機器人手術及術后康復管理平臺，業務架構如圖1 所示。針對院內患者，通過手術機器人進行外科手術，最大限度降低手術風險和創傷程度，術后應用心率變異度和腸鳴音監護系統，通過穿戴式便攜監測設備，實時監護患者生命體征和康復情況，并結合人工智能技術，自動識別異常數據并實時預警，保障患者康復期間生命安全。針對出院患者，組建胃腸癌專家團隊，聯合醫聯體單位，提供術后隨訪、疾病跟蹤管理、日常線上遠程診斷服務，院內院外信息共享，提升區域協同醫療服務能力。

圖1 業務架構

2.2 系統整體架構

平臺系統架構如圖2所示，采用縱向分層+橫向解耦模式?？v向包含基礎層、數據層、應用層、服務層和用戶層。橫向將服務層的業務單元拆分進行模塊化設計，通過應用層提供系統所需要的業務邏輯、算法和計算過程，并與數據層和服務層交互，通過各服務間的專用接口和協議對接，形成彼此獨立的解耦合系統架構，以確保平臺多任務并行處理能力，增強系統穩定性，保障系統高速穩定運行。

圖2 系統整體架構

2.3 院內院外5G 專網

系統采用基于切片的網絡平臺架構，基于5G 組建移動醫療專網，網絡架構如圖3 所示，做到內外網強隔離，保障數據安全，實現各業務場景的靈活應用。同步搭建移動醫療云平臺，承載遠程監測、遠程診療等平臺應用部署及數據存儲，既滿足應用對計算和響應速度的高要求，又解決海量健康數據的存儲問題，在保障院內外信息安全及網絡可靠性的同時，根據資源需求彈性調整。

圖3 網絡架構

院內采用基于專用切片和下沉式UPF 對接部署的5G C2B組網模式，保證專用業務數據不出院、低時延、高可靠。ToB終端開機后，通過5G NR 向5G AMFUDM 等控制面網元進行注冊等移動性管理流程，通過AMFSMFUPFPCF 等網元完成會話建立，打通5G NR、UPF、客戶網絡的數據通道。ToB 終端通過覆蓋院內的5G 宏站或室分接入，數據流經基站、SPN網流向院內部署的下沉式UPF，再傳輸至客戶內網，分發到響應的業務平臺進行響應數據處理。

院外通過5G C2C 核心網及互聯網接入至醫院平臺?；颊逿oC 5G 終端的注冊流程與toB 終端類似，但選擇使用普通公網業務UPF，再通過CMNET 公網訪問至醫院的互聯網入口。

2.4 核心業務平臺

2.4.1 5G 機器人手術平臺

5G 手術機器人平臺由達芬奇手術機器人、遠程手術系統組成。機器人手術是目前先進的手術微創方法，其操作范圍小，規避了開腹手術直接對腹腔臟器的接觸，最大程度避免了腹腔臟器的術后粘連。此外，機器人手術切口小，有利于患者切口愈合，減少疼痛應激，加速患者術后康復。

遠程手術系統依托5G 醫療云平臺，整合院內臨床信息系統數據（HIS、EMR、PACS 等）、醫療設備數據（麻醉機、呼吸機、輸液泵等），在專家辦公室、手術室、示教室部署5G 遠程醫療多媒體終端，建立全景協作通路，實現手術全景、特寫還原，提供全高清質量的手術示教、術中協同以及多學科遠程手術指導等服務。

2.4.2 心率變異度監測平臺

心率變異度（HRV）是評估自主神經系統功能及平衡狀態的常用指標。外科手術會對胃腸腫瘤患者的HRV 產生明顯影響，一般于術后第5 天基本恢復至術前水平。監測患者圍術期HRV 變化，可有效評估患者自主神經系統功能恢復情況，為患者術后康復情況提供客觀評估資料。

基于5G+大數據、云計算技術，利用穿戴式動態心電監測設備，可對胃腸癌術后患者進行無創、無干擾、72 小時連續的HRV 監測及智能報告分析、異常數據預警。經臨床機構配備60 萬份臨床心電數據庫驗證，心電圖陽性檢出率超過90%，房顫篩查檢出率較以往提升一倍。

2.4.3 腸鳴音監護平臺

腸鳴音分析是一種重要的胃腸道功能診斷手段，可有效篩選和預測術后腸麻痹患者，聽診腸鳴音恢復正常后，及時指導病人進食，可縮短胃腸外營養時間，促進病人早日恢復。

基于5G+物聯網和人工智能（AI）的聲音識別技術，利用連續聽診記錄儀，可無創、連續、客觀地對患者進行實時腸鳴音聲波數據采集、在線分析和自動識別。目前，在合作三甲醫院，已建立超過10 萬份的腸鳴音數據庫，機器識別準確率超過94.7%，優于普通外科醫生水平。同時，平臺可自動生成72 小時可視監護報告，全面分析患者腸鳴音隨生物節律和術后恢復變化規律，協助醫生觀察患者腸內營養和鎮痛藥物對于腸道的影響。

2.4.4 胃腸癌疾病遠程診療平臺

胃腸癌疾病專家資源多集中在大型三級醫院，基層患者就診不便。通過互聯網遠程診療平臺獲得專家的專業診治，可為患者及時鑒別癌癥、改善就醫體驗。

依托大型三級醫院組建胃腸癌專家醫療團隊，打造一站式“互聯網+醫療”健康服務平臺，利用5G 網絡傳輸患者診斷數據及高清4K/8K 視頻，保障診療數據實時多方共享、線下+線上流程互通融合，實現在線預約、遠程會診、電子處方等醫療業務閉環，為胃腸癌患者術前及術后康復提供全流程、一體化診療服務，促使優質醫療資源下沉，減輕患者就醫負擔。目前，已協助合作三甲醫院，試點開展院外患者在線診療服務。

2.4.5 胃腸癌患者術后康復平臺

胃腸癌患者出院后可能出現營養不良、藥物排斥等癥狀，且癌癥復發、轉移概率較高，患者術后定期復診，專業醫生跟蹤隨訪、正確康復指導，可極大程度預防第二原發癌的發生，提升癌癥復發救治成功率。

胃腸癌患者術后康復平臺基于5G 網絡、物聯網等相關技術，以大型三級醫院專家為核心，聯動基層社區醫院醫生，組建胃腸癌術后康復管理團隊，借助家庭醫生對胃腸癌疾病術后患者長期跟蹤隨訪，結合可穿戴式便攜監測設備獲取患者體征監測數據（心率監護、動態血壓、睡眠腦電監測、睡眠呼吸監測、血糖、血氧等），提供胃腸癌疾病術后咨詢，為區域內胃腸癌患者提供高質量的術后康復管理服務。針對需要干預治療的患者，將用戶完整的個人健康檔案即時推送至專家團隊，醫生可根據患者健康數據及異常指標進行在線診療服務，實現康復宣教、康復管理、診療服務一體化。

2.5 人工智能與大數據能力嵌入

在實現手術康復平臺實時監測患者體征，院內外數據互聯的基礎上，通過引入醫療大數據與人工智能交互技術，實現智能預警、異常數據智能分析，彌補了傳統動態指標回顧性分析的缺點，輔助醫務人員對監測指標快速精準診斷，為需急救患者贏得寶貴的搶救時間。

在已建立60 萬份臨床心電數據庫、10 萬份臨床腸鳴音數據庫的基礎上，建立胃腸癌專病康復知識庫，結合傳統特征識別和機器算法自動學習，不斷完善積累知識庫數據模型，提升整體準確率。

3 方案亮點

3.1 “5G+高清視頻平臺”助力線上手術教學

依托5G 網絡大帶寬、低時延特性，將手術術野畫面、監護儀設備畫面、腔境視頻畫面等多路4K/8K 高清視頻同步至遠端，便于遠端專家實時掌握手術進程，提升手術指導效果。線上學員同步觀看直播和錄播視頻，反復學習手術關鍵技術、關鍵操作，提升學習效果。

3.2 人工智能+大數據輔助康復監護

基于低時延、大帶寬的5G 網絡，實現對術后患者監護數據快速、準確診斷，為醫院節約人力成本，提高工作效率。區域內基層醫院可以通過遠程平臺嵌入輔助診斷系統，減少基層醫生的誤診與漏診；建立胃腸癌康復知識庫，利用監護大數據開展臨床研究，為臨床科研提供樣本挖掘和篩選。

3.3 多模式遠程醫療實現全流程跟蹤管理

以胃腸癌患者為主要服務對象，通過專業化服務為術前、術后患者提供全方位的醫療服務。建立健全胃腸癌疾病防控體系，線上組建大型三級醫院專家團隊，依托遠程醫療協作平臺和醫聯體基層醫院，對院外患者實施干預，有效預防和控制病情進展和術后并發癥發生。

4 結束語

基于5G 網絡，結合人工智能、大數據、物聯網、云計算等技術構建胃腸癌機器人手術及術后應激與快速康復管理平臺。該平臺的應用使得胃腸癌患者圍術期治療和康復手段得到精細化、規范化處理，術后康復周期明顯縮短，實現術中、術后患者健康數據實時同步和智能預警，以及術后康復跟蹤管理，為患者提供全流程閉環服務，減輕患者壓力，提升醫院醫療服務質量。

康復平臺已在合作三甲醫院落地，利用穿戴式設備監護超過1400 名胃腸癌患者康復，將術后出院時間從7-10 天縮短至5 天左右，使胃腸癌病人能夠快速從手術創傷中康復，并結合遠程診療和康復管理平臺，對出院患者進行長期跟蹤管理，對胃腸癌患者的康復發揮了顯著作用。