累计救助50人、手术成功率100%、累计手术距离23000公里、最远手术距离3000公里、申请国家发明专利15项、单日最大远程手术量5台……这一串数字，代表着全球远程手术的领先水平，来自2021年度青岛市科技进步一等奖项目“5G远程腹腔镜手术装备关键技术与示范应用”。
青岛大学第一临床医学院院长，青岛大学附属医院副院长、泌尿外科中心主任牛海涛既是项目第一完成人，也是远程手术的“操刀”者。关注远程手术多年，这个项目就是他科研积累的“出口”。“以‘5G+远程医疗’的医学新模式，我们不仅实现了远程诊断、问诊、手术指导，更突破了远程实时手术的‘世界级’医学难题，探索了优质医疗资源下沉的实际解决方案，在国际上引起了强烈反响。”牛海涛表示。
全球首次，为3000公里以外的患者做手术
如果要追溯牛海涛与远程手术这项事业的渊源，最早或许可以到十几年前。早在2006年，他便在《医学与哲学》上发表过关于远程医疗的文章，在国内率先描述了当时远程手术的情况，并预测了远程手术的发展方向。
实事求是地说，受制于通讯和医疗机器人等条件不够完善等因素，远程手术在2006年还只是个美好的设想。但多年来，这个设想一直吸引着牛海涛不断探索和实践。
近年来，随着我国网络通讯技术的发展，远程医疗逐渐“普及”，远程会诊、远程查体、移动病房、数字化手术室等形式取得长足进步。但相对的，远程手术需要全程不间断实时手术操作和视频传输，对网络时延和数据传输要求十分严苛，因此进展一直十分缓慢；同时，远程手术对节省和优化医疗资源、推动优质医疗资源下沉等具有重要意义。正因如此，牛海涛形容远程手术是远程医疗体系“皇冠上的明珠”：社会价值高但实现难度大。
随着近年手术机器人的长足进步以及5G等通讯技术的发展，牛海涛带领项目团队敏锐地捕捉到了远程手术新的发展契机，并展开了系统规划，以国产元素打破国际垄断，实现了在国际专业领域由“跟跑”到“领跑”的蜕变。
2018年开始，牛海涛便牵头参与了国产远程手术机器人“妙手”的研发。2019年6月，他使用国产“妙手”机器人，在华东地区首次开展了远程动物实验。牛海涛在青岛“操刀”，为300公里以外的实验猪成功摘除一颗左肾。此次手术所用机器人手术器械及核心技术均为国产原研，利用普通宽带互联网全程完成手术，为5G远程手术打下了基础。
在动物实验的基础上，2020年9月24日，牛海涛在青岛为3000公里外贵州省安顺市西秀区的一名71岁晚期膀胱癌患者成功实施了膀胱癌根治术。这是世界首例超远程5G+远程机器人辅助腹腔镜手术，患者术后健康状况良好，已可以自主从事劳务活动。
这场手术流程复杂，对网络支持和手术机器人要求极高。而该项目融合了医学与人工智能，通过国内最先进的5G网络通信技术，配合威高集团自主原研机器人“妙手”，突破了传统手术常规。“手术过程中，我们运用5G端口，并通过独立IP端口，实现了多种组合自由切换，最大程度地满足了远程实时手术的网络要求。”牛海涛说。 此外，手术用的“妙手”在机器人系统机械设计、主从控制、立体图像与系统集成等关键技术上取得重大突破，机械臂具有7个自由度并可实现540度末端旋转，可以精准地复现医生的手术动作，打破了美国产品“达芬奇手术机器人”的行业垄断。
值得一提的是，考虑到以往国际上对远程手术安全性和稳定性的质疑，此次手术过程中模拟了互联网信号中断及网络攻击等突发事件，在国际上首次为远程医疗行业标准制定提供了宝贵数据与经验。
这次手术引起了全球关注，可以说是世界远程手术发展史中的里程碑事件。通过这次划时代的手术，中国在国际上也进入了远程手术的领跑阶段。至此，在青岛大学附属医院、山东省威高手术机器人有限公司、青岛海信医疗设备股份有限公司等单位的合作下，青岛在全国乃至全球率先摘得了远程手术这颗“明珠”，牛海涛也成为了实现远程手术的“第一人”。
远程手术，为医疗资源分布不均提供可复制解决方案
医疗资源分布不均衡是当前卫生领域的短板。以肾癌根治手术为例，目前，我国省级医院每年可以完成800-1000例，而在基层医院，这种手术只有个位数。从这个角度讲，远程手术无疑为医疗资源分布不均提供了一个可复制、易推广的模板化解决方案。
以世界首例超远程5G+远程机器人辅助腹腔镜手术为起点，该项目进入了临床研究阶段。青大附院联合多家单位成功申报并获批工信部远程手术示范基地，自2021年2月28日起，一场覆盖山东近十个城市，涉及50名泌尿肿瘤患者的“特殊手术”临床试验项目正式开展。
牛海涛带领团队利用5G技术和山东威高集团国产原研的“妙手”手术机器人，陆续给远在临沂、潍坊、日照、淄博、威海等地的患者进行腹腔镜手术。最多的时候，牛海涛在青岛一天内分别为位于日照、临沂、潍坊三地的患者实施了“一对多”远程手术。这让原本小范围开展的远程手术覆盖了整个山东地区，以地级市医院为核心，以至少200公里为辐射半径，团队探索了实现优质医疗资源全山东乃至全国覆盖的新模式。
“截至目前，我和团队已经顺利完成远程手术50台，手术成功率100%，目前在国际上远程手术量居于首位。”牛海涛告诉记者。系统化的临床研究取得圆满成功，充分证实了远程手术可以作为患者未来就医治疗的选择，安全有效且降低了患者的就医成本。
而在这个过程中，项目各要素之间也不断“磨合”，配合得越来越“默契”。例如，项目基于腹腔镜手术“定制”研发手术导航系统，不断改进器官模型的投影轮廓生成算法，并基于非刚性点集配准算法，融合人工智能图像分割技术，建立起实时配准的手术导航系统，让远程手术的“操刀”医生看得更加真切、准确。
此外，项目创新性研发了多种安全支撑远程手术的组网方案，通过5G无线网络传输、有线网络传输、确定性网络辅助传输、异构多链路网络聚合传输，确保手术可以根据不同场景“因地制宜”地选择最快、最稳的组网方案，网络平均延时已低于30毫秒。
牛海涛介绍，目前项目已获医疗器械注册证1项、获远程手术相关国家发明专利授权5项、获远程手术相关国家软件著作权授权7项，并主编国内第一本远程手术相关著作《5G远程泌尿外科手术》、泌尿外科专著《输尿管外科学》。此外，项目还发表了多篇高水平学术论文，发布期刊包括世界泌尿外科领域“天花板”级别的《European Urology》（《欧洲泌尿外科》）以及国内泌尿外科领域最权威期刊《中华泌尿外科杂志》等。
而今，这个项目也越来越多地为人所知。2021中国品牌日、2021博鳌亚洲论坛全球健康论坛、全球首张确定性网络发布活动等现场，都有牛海涛与“牵手”“妙手”展示远程手术的身影。
走向世界，牛海涛还受世界临床机器人外科协会主席邀请参加了在美国芝加哥举办的国际临床机器人外科协会会议，并作远程手术主题发言，向世界分享中国5G远程机器人手术经验；受邀参加于美国旧金山举办的世界华人泌尿外科领域顶级会议WCUS2022，作主题发言，并因远程手术领域突出贡献获评世界华人泌尿外科新星奖。
成绩属于“过去”，牛海涛告诉记者，未来，团队要努力的目标还有很多。要将远程手术经验进一步拓展推广，打造“1+N+X”远程手术示范基地；要提高全国的腹腔镜手术机器人自主技术水平，实现核心部件国产化生产和配套能力，普及远程手术实践应用；要全面打破国外技术壁垒，降低机器人辅助腔镜手术的治疗成本，改变该领域依赖国外设备的现状；要联合海信、歌尔、海泰新光等青岛企业，从机器人创新、组网方案优化、术中导航、虚拟现实技术等全面促进医疗相关产业链整体升级；要将量子通讯等新技术应用到远程手术中，进一步压缩手术延时……
“我们是国际远程手术的领跑者，有责任不断完善、改进，为全球远程医疗作出表率，争取让更多患者通过这种形式获得优质医疗资源。”牛海涛期待着。（青岛日报/观海新闻记者 耿婷婷）
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