基于5G 的胃肠癌机器人手术及术后应激与快速康复管理平台的研究

丁德胜 黄思华

中国移动通信集团江苏有限公司

0 引言

胃肠道癌是最常见的恶性肿瘤之一，其主要治疗手段为外科手术。传统手术会使患者产生创伤应激反应，引发术后并发症，影响病人康复。引入科技和信息化手段，使胃肠癌病人快速从手术创伤中康复，减少术后并发症，降低住院治疗费用，缩短康复时间，改善医疗品质，构建一套完整、安全、有效的患者加速康复规范方案，对胃肠癌患者具有重要现实意义，并有助于提高我国胃肠癌病患治疗水平。

1 研究背景

中国是全世界胃肠癌发病和死亡人数最多的国家之一。据世界卫生组织国际癌症研究机构（WHO IARC）发布的2020年最新全球癌症负担数据显示，2020 年全球胃癌新发病例数108.9万，死亡病例数76.8万，其中中国胃癌新发病例47.8万（占43.9%），胃癌死亡病例37.3 万（占48.5%）。

早期胃肠癌患者通过手术可获得根治性治疗。然而，手术会产生创伤应激反应，破坏患者的自主神经平衡，甚至诱发急性心肌梗死或猝死。

心率变异度（HRV）和术后肠麻痹（POI）消失时间是评估术后应激水平、康复状态的重要指标。传统心电监护设备只能在医院使用，不支持连续实时监测和自动发送，不适用于胃肠癌手术后需长程监护的患者。现有的POI 诊断多是基于肠鸣音听诊，占据了医护人员大量的工作时间，且无法连续监护。

本研究在遵循国家医疗卫生领域相关信息化系统建设标准和技术规范的基础上，依托5G网络，结合人工智能、大数据、物联网、云计算等先进技术，研究5G+胃肠癌达芬奇机器人手术及术后应激与快速康复管理平台，规划构建针对胃肠癌疾病的“机器人微创手术及5G 远程指导、人工智能辅助术后监护、云平台在线诊疗、术后康复跟踪管理”创新服务模式，为胃肠癌患者提供了围术期全流程医疗服务，协助提升胃肠癌手术服务质量，降低术后风险，缓解医疗机构服务压力。

2 技术方案

2.1 业务架构

应用云计算、大数据、物联网、人工智能、5G 专网等先进技术，结合胃肠癌疾病的特点，探索构建基于5G 的机器人手术及术后康复管理平台，业务架构如图1 所示。针对院内患者，通过手术机器人进行外科手术，最大限度降低手术风险和创伤程度，术后应用心率变异度和肠鸣音监护系统，通过穿戴式便携监测设备，实时监护患者生命体征和康复情况，并结合人工智能技术，自动识别异常数据并实时预警，保障患者康复期间生命安全。针对出院患者，组建胃肠癌专家团队，联合医联体单位，提供术后随访、疾病跟踪管理、日常线上远程诊断服务，院内院外信息共享，提升区域协同医疗服务能力。

图1 业务架构

2.2 系统整体架构

平台系统架构如图2所示，采用纵向分层+横向解耦模式。纵向包含基础层、数据层、应用层、服务层和用户层。横向将服务层的业务单元拆分进行模块化设计，通过应用层提供系统所需要的业务逻辑、算法和计算过程，并与数据层和服务层交互，通过各服务间的专用接口和协议对接，形成彼此独立的解耦合系统架构，以确保平台多任务并行处理能力，增强系统稳定性，保障系统高速稳定运行。

图2 系统整体架构

2.3 院内院外5G 专网

系统采用基于切片的网络平台架构，基于5G 组建移动医疗专网，网络架构如图3 所示，做到内外网强隔离，保障数据安全，实现各业务场景的灵活应用。同步搭建移动医疗云平台，承载远程监测、远程诊疗等平台应用部署及数据存储，既满足应用对计算和响应速度的高要求，又解决海量健康数据的存储问题，在保障院内外信息安全及网络可靠性的同时，根据资源需求弹性调整。

图3 网络架构

院内采用基于专用切片和下沉式UPF 对接部署的5G C2B组网模式，保证专用业务数据不出院、低时延、高可靠。ToB终端开机后，通过5G NR 向5G AMFUDM 等控制面网元进行注册等移动性管理流程，通过AMFSMFUPFPCF 等网元完成会话建立，打通5G NR、UPF、客户网络的数据通道。ToB 终端通过覆盖院内的5G 宏站或室分接入，数据流经基站、SPN网流向院内部署的下沉式UPF，再传输至客户内网，分发到响应的业务平台进行响应数据处理。

院外通过5G C2C 核心网及互联网接入至医院平台。患者ToC 5G 终端的注册流程与toB 终端类似，但选择使用普通公网业务UPF，再通过CMNET 公网访问至医院的互联网入口。

2.4 核心业务平台

2.4.1 5G 机器人手术平台

5G 手术机器人平台由达芬奇手术机器人、远程手术系统组成。机器人手术是目前先进的手术微创方法，其操作范围小，规避了开腹手术直接对腹腔脏器的接触，最大程度避免了腹腔脏器的术后粘连。此外，机器人手术切口小，有利于患者切口愈合，减少疼痛应激，加速患者术后康复。

远程手术系统依托5G 医疗云平台，整合院内临床信息系统数据（HIS、EMR、PACS 等）、医疗设备数据（麻醉机、呼吸机、输液泵等），在专家办公室、手术室、示教室部署5G 远程医疗多媒体终端，建立全景协作通路，实现手术全景、特写还原，提供全高清质量的手术示教、术中协同以及多学科远程手术指导等服务。

2.4.2 心率变异度监测平台

心率变异度（HRV）是评估自主神经系统功能及平衡状态的常用指标。外科手术会对胃肠肿瘤患者的HRV 产生明显影响，一般于术后第5 天基本恢复至术前水平。监测患者围术期HRV 变化，可有效评估患者自主神经系统功能恢复情况，为患者术后康复情况提供客观评估资料。

基于5G+大数据、云计算技术，利用穿戴式动态心电监测设备，可对胃肠癌术后患者进行无创、无干扰、72 小时连续的HRV 监测及智能报告分析、异常数据预警。经临床机构配备60 万份临床心电数据库验证，心电图阳性检出率超过90%，房颤筛查检出率较以往提升一倍。

2.4.3 肠鸣音监护平台

肠鸣音分析是一种重要的胃肠道功能诊断手段，可有效筛选和预测术后肠麻痹患者，听诊肠鸣音恢复正常后，及时指导病人进食，可缩短胃肠外营养时间，促进病人早日恢复。

基于5G+物联网和人工智能（AI）的声音识别技术，利用连续听诊记录仪，可无创、连续、客观地对患者进行实时肠鸣音声波数据采集、在线分析和自动识别。目前，在合作三甲医院，已建立超过10 万份的肠鸣音数据库，机器识别准确率超过94.7%，优于普通外科医生水平。同时，平台可自动生成72 小时可视监护报告，全面分析患者肠鸣音随生物节律和术后恢复变化规律，协助医生观察患者肠内营养和镇痛药物对于肠道的影响。

2.4.4 胃肠癌疾病远程诊疗平台

胃肠癌疾病专家资源多集中在大型三级医院，基层患者就诊不便。通过互联网远程诊疗平台获得专家的专业诊治，可为患者及时鉴别癌症、改善就医体验。

依托大型三级医院组建胃肠癌专家医疗团队，打造一站式“互联网+医疗”健康服务平台，利用5G 网络传输患者诊断数据及高清4K/8K 视频，保障诊疗数据实时多方共享、线下+线上流程互通融合，实现在线预约、远程会诊、电子处方等医疗业务闭环，为胃肠癌患者术前及术后康复提供全流程、一体化诊疗服务，促使优质医疗资源下沉，减轻患者就医负担。目前，已协助合作三甲医院，试点开展院外患者在线诊疗服务。

2.4.5 胃肠癌患者术后康复平台

胃肠癌患者出院后可能出现营养不良、药物排斥等症状，且癌症复发、转移概率较高，患者术后定期复诊，专业医生跟踪随访、正确康复指导，可极大程度预防第二原发癌的发生，提升癌症复发救治成功率。

胃肠癌患者术后康复平台基于5G 网络、物联网等相关技术，以大型三级医院专家为核心，联动基层社区医院医生，组建胃肠癌术后康复管理团队，借助家庭医生对胃肠癌疾病术后患者长期跟踪随访，结合可穿戴式便携监测设备获取患者体征监测数据（心率监护、动态血压、睡眠脑电监测、睡眠呼吸监测、血糖、血氧等），提供胃肠癌疾病术后咨询，为区域内胃肠癌患者提供高质量的术后康复管理服务。针对需要干预治疗的患者，将用户完整的个人健康档案即时推送至专家团队，医生可根据患者健康数据及异常指标进行在线诊疗服务，实现康复宣教、康复管理、诊疗服务一体化。

2.5 人工智能与大数据能力嵌入

在实现手术康复平台实时监测患者体征，院内外数据互联的基础上，通过引入医疗大数据与人工智能交互技术，实现智能预警、异常数据智能分析，弥补了传统动态指标回顾性分析的缺点，辅助医务人员对监测指标快速精准诊断，为需急救患者赢得宝贵的抢救时间。

在已建立60 万份临床心电数据库、10 万份临床肠鸣音数据库的基础上，建立胃肠癌专病康复知识库，结合传统特征识别和机器算法自动学习，不断完善积累知识库数据模型，提升整体准确率。

3 方案亮点

3.1 “5G+高清视频平台”助力线上手术教学

依托5G 网络大带宽、低时延特性，将手术术野画面、监护仪设备画面、腔境视频画面等多路4K/8K 高清视频同步至远端，便于远端专家实时掌握手术进程，提升手术指导效果。线上学员同步观看直播和录播视频，反复学习手术关键技术、关键操作，提升学习效果。

3.2 人工智能+大数据辅助康复监护

基于低时延、大带宽的5G 网络，实现对术后患者监护数据快速、准确诊断，为医院节约人力成本，提高工作效率。区域内基层医院可以通过远程平台嵌入辅助诊断系统，减少基层医生的误诊与漏诊；建立胃肠癌康复知识库，利用监护大数据开展临床研究，为临床科研提供样本挖掘和筛选。

3.3 多模式远程医疗实现全流程跟踪管理

以胃肠癌患者为主要服务对象，通过专业化服务为术前、术后患者提供全方位的医疗服务。建立健全胃肠癌疾病防控体系，线上组建大型三级医院专家团队，依托远程医疗协作平台和医联体基层医院，对院外患者实施干预，有效预防和控制病情进展和术后并发症发生。

4 结束语

基于5G 网络，结合人工智能、大数据、物联网、云计算等技术构建胃肠癌机器人手术及术后应激与快速康复管理平台。该平台的应用使得胃肠癌患者围术期治疗和康复手段得到精细化、规范化处理，术后康复周期明显缩短，实现术中、术后患者健康数据实时同步和智能预警，以及术后康复跟踪管理，为患者提供全流程闭环服务，减轻患者压力，提升医院医疗服务质量。

康复平台已在合作三甲医院落地，利用穿戴式设备监护超过1400 名胃肠癌患者康复，将术后出院时间从7-10 天缩短至5 天左右，使胃肠癌病人能够快速从手术创伤中康复，并结合远程诊疗和康复管理平台，对出院患者进行长期跟踪管理，对胃肠癌患者的康复发挥了显著作用。