克服远程机器人外科手术的延迟和抖动

2001 年，Jacques Marescaux 博士和他的外科医生团队在法国完成了世界上第一例对患者的遥控机器人手术，他们为遥控机器人手术奠定了基础，从根本上改变了医疗干预。

在突破性的胆囊切除术（称为林德伯格手术）二十多年后，远程机器人技术（通过遥控机器人治疗紧急情况）仍在少数先驱外科医生的实验室中。然而，远程机器人能力的进步使该技术能够对特定医学领域产生独特的影响，尤其是中风治疗。全世界每年有 1500 万人患有中风，患者的死亡或发病风险取决于他们接受治疗的速度。

借助远程机器人技术，医护人员可以大大缩短治疗时间，并增加获得最高标准中风护理（机械血栓切除术）的机会，尤其是在农村和服务不足的患者群体中。远程机器人平台可以将患者运送到任何有互联网连接的地方，而不是浪费时间将患者运送到集中的中风治疗中心。鉴于成本高昂，在中风治疗中应用远程机器人既是人道主义的，也是经济上的当务之急。

远程手术仍然存在后勤障碍，例如如何协调与手术医生位于不同地点的患者的保险范围和法律责任。但远程机器人开发人员面临的两个主要技术挑战是延迟和抖动。

临床影响：延迟与抖动

延迟是指输入命令与机器人平台响应该命令之间的时间。研究表明，现有的网络连接（包括 5G 无线、专用光纤和商业公共互联网网络）可以支持远程医疗程序，其网络延迟要么难以察觉，要么非常低，不会影响程序。

当在脉管系统内移动医疗设备时，潜伏期可能会影响正确或不正确放置的支架或球囊。克服延迟的挑战包括地理距离带来的光速延迟、信号路由方向缺乏控制以及带宽变化的拥塞。这些会影响往返时间 （RTT） 或从发送初始浏览器请求到接收服务器响应的持续时间（以毫秒为单位）。

远程外科医生控制台、面向患者的手术系统和其他辅助系统很可能会在远程机器人治疗计划开始时使用直接光纤连接。这些程序将需要信号冗余作为潜在网络波动或故障的故障保护，而新兴的5G无线网络可以作为理想的备份。高速、高带宽的 5G 网络已经显示出下载速度比现有 4G 网络快 10 倍的能力。它们还可以为医疗程序提供更安全的连接，因为它们可以利用两点之间的多个连接，在主要（可能是直接光纤）连接失败的情况下创建“安全网”连接。

当网络连接的带宽波动并影响信号质量时，就会发生更危险的障碍，即抖动。网络质量的波动已被证明会增加外科医生的疲劳，并可能延长手术时间。在神经血管手术中，外科医生必须驾驭曲折的血管，这是一种不稳定的环境，当网络波动增加一层新的不稳定性时，这种环境会成倍地难以操纵。例如，在大脑内放置支架时，几分之一毫米的放置可以区分正确或不正确的放置。外科医生需要一致的信号来移动医疗设备通过大脑的脉管系统，并尽可能准确地放置它们。

几种将抖动可能性降至最低的策略已经显示出有效性。数据包优先级在网络中创建优先级顺序，以便最关键的应用程序具有所需的带宽。同样，可以提前预留特定应用程序所需的带宽量，增强网络缓冲区可以缓解波动。包括实时传输协议 （RTP）、服务质量 （QoS） 或流量工程 （TE） 机制在内的协议和标准也可以在对抗抖动方面发挥作用。