摘要：计算机接口与互联网连接推动了技术进步，对日常生活和外科实践产生重要影响。新冠疫情加速了全球远程医疗基础设施建设，远程工作愈发普遍，这促使人们思考外科手术范式的变革，如未来外科医生能否跨洲教学、远程手术等，而技术发展正为此提供可能，数字手术的新进展备受期待。

一、引言

计算机接口与互联网连接推动了技术进步，对日常生活和外科实践产生重要影响。新冠疫情加速了全球远程医疗基础设施建设，远程工作愈发普遍，这促使人们思考外科手术范式的变革，如未来外科医生能否跨洲教学、远程手术等，而技术发展正为此提供可能，数字手术的新进展备受期待。

二、虚拟现实（VR）与增强现实（AR）在机器人手术中的应用

（一）VR与AR技术基础VR基于合成三维环境使用户沉浸于数字现实，AR则将VR数据叠加到现实世界，二者具有沉浸感、临场感和交互性三大关键特征，可实现重复任务自动化，支持医学教育与培训。

（二）VR在手术技能培训与评估中的作用VR模拟器有助于外科医生熟悉机器人系统，使机器人手术培训可在手术室外进行。尽管腹腔镜VR模拟器向手术室技能转移有一定证据，但机器人VR模拟器相关数据稀缺。近期研究表明，有限数据支持其用于手术技能获取与评估，部分研究显示机器人VR模拟器与术中技术表现呈正相关。同时，除技术技能外，认知训练和临床决策等非技术方面也需进一步研究以明确其训练效益与局限，未来还需更多研究关联机器人手术培训方式与术中表现及手术结果。

（三）基于患者数据的3D重建及VR模型应用利用专用软件对断层影像进行3D重建，可生成患者特异性虚拟模型（如CT或MRI）。表面渲染（SR）技术基于器官分割，能创建满足手术需求的3D模型，有助于理解解剖结构、规划手术策略及模拟手术过程。不同医生可通过共享这些模型进行远程会诊，减少基于2D切片的解读差异，如在肝脏手术中，虚拟模型可改变约10%病例的手术策略。此外，在小儿泌尿外科等领域，3D重建也有助于复杂病例的诊断与手术规划。

（四）VR模型的术中应用与技术展望术中可通过多种软件展示患者特异性VR模型，部分平台已实现将其与手术视频并列显示或在辅助屏幕展示，为手术提供指导。未来，基于人工智能的软件有望实现实时自动重建3D模型。

（五）3D打印模型与AR技术在手术中的应用3D打印模型有助于理解解剖结构和手术规划，在某些研究中被认为是有用工具，尤其在血管解剖方面优于虚拟3D模型和标准CT，但虚拟模型可与术中实时立体视图融合形成AR视图。在手术中，AR技术可辅助识别解剖结构和手术平面，如在腹腔镜肾上腺切除术中已得到应用，且在不同手术场景中不断发展。目前，手动叠加是常见的AR图像融合方式，但自动叠加是未来发展方向，人工智能技术有望实现3D模型与真实解剖结构的自动锚定。

（六）VR/AR在手术入路规划、消融手术及荧光成像引导手术中的应用VR和AR技术可辅助机器人手术入路规划，通过“透视”视图为不同手术（如腹腔镜肾上腺切除术、肝脏切除术等）提供最佳入路方案。消融手术（如射频消融、冷冻消融等）更适合机器人化，部分已进入临床试验阶段。荧光成像引导手术（FIGS）是一种基于近红外光源与荧光团相互作用的导航方式，可实现AR注册，在肾上腺手术等中有助于提高手术安全性和有效性，目前正朝着定量评估方向发展，以更客观地评估组织灌注情况。

在 Argonaute 项目中对虚拟 3D 模型进行交互式可视化的电话会议。该模型可以旋转，器官系统可以单独显示或隐藏，以便于几位专家对肝脏肿瘤进行远程评估（见视频 1)

仅从 CT 扫描来看，这种中央胆管癌被解释为右侧 （a）。3D 模型允许专注于相关的解剖结构 （b）。一旦选择了肝静脉和门静脉 （c），就可以模拟血管钳夹，证明需要改变手术策略以进行左侧半肝切除术而不是右侧切除术 （d）（见视频 2)

右肾多发性肿瘤患者的 3D 重建 （a）。节段性动脉分支上的虚拟夹应用程序可以用不同的颜色 （b） 可视化每个节段。图片由 Visible Patient 在线服务提供

通过实施基于人工智能的算法，显著缩短了 3D 重建的持续时间

增强现实辅助腹腔镜右肾上腺切除术。对比增强 CT 扫描 （a） 以 3D 形式重建，显示集中在相关解剖结构 （b、c） 上。肾上腺和病变的 3D 体积与切除的标本一致 （d）。术中视图 （e） 可以在解剖的任何给定步骤（f、g、h）补充增强现实引导)

机器人辅助肾部分切除术 （a） 和根治性前列腺切除术 （b） 中的术中增强现实 （AR） 指南（数字版视频 4 和 5）

将后腹膜镜肾上腺切除术 （PRA） 技术转化为新的机器人手术系统。（a） 腹膜后术中视图、右肾背视图和正常肾上腺组织 （RA）。（b） 右侧肾上腺转移的暴露 （M）。（c） 源自 PRA 技术的俯卧位和右侧端口放置

左侧肾上腺内的库欣腺瘤。（a） 标准轴位 CT 视图，（b） 前部 3D 模型视图，（c） 后部 3D 模型视图，如后腹膜镜肾上腺手术

术中白光 （a） 和增强现实视图 （b） 左肾上腺在其中间分裂。星号标记代表性灌注曲线的测量点。在右侧 （c） 中，显示了肾上腺和肾脏的颅骨和尾部的相应灌注曲线。颅肾上腺段（虚线箭头）显示灌注减少（蓝色），而尾部灌注（实线箭头，红色）等于肾脏的灌注（发表于 [42])

三、远程手术

（一）远程手术的定义与发展历程远程手术是指医生在远程位置操作的手术，最初源于军事需求，旨在减少战场伤亡并为伤员提供即时手术控制。早期的林德伯格手术利用ZEUS系统实现了跨大西洋的远程胆囊切除术，随后加拿大也建立了远程手术服务，这些案例证明了远程手术的安全性和可行性，但成本较高。随着技术发展，如今已有多种远程手术系统，且成本效益逐渐提高。

（二）网络技术对远程手术的影响高带宽和低延迟是远程手术数据传输和性能的关键。网络技术从卫星、ISDN、ATM发展到当前的5G网络，5G以其低延迟和高数据传输率（下载速度可达Gbit/s）为远程手术带来新契机，可支持远程手术及VR、AR的集成，但也面临信号穿透性差等问题。目前，关于5G网络在最新远程手术中的应用仍缺乏同行评审的科学出版物，但已有一些研究展示了其在远程机器人相机控制、指导等方面的应用，且部分研究表明现代网络虽降低了延迟，但延迟仍是影响手术安全和效率的因素，仪器运动缩放等方法被提出以应对延迟问题。

（三）远程手术在太空及特殊环境中的应用展望远程手术在太空旅行和外星前哨站等场景具有重要意义，由于太空旅行重量限制，需要更轻量化的手术机器人模块。在模拟微重力和航天器实验中，已探索了太空手术的可行性，如证明密封腹腔镜手术在失重环境中的适用性。在未来的月球或火星长期任务中，远程手术和指导将是提供高级医疗护理的关键，而在南极和海底研究站等特殊环境中，远程手术技术也具有潜在应用价值，但通信延迟会随距离增加而增大，限制了远程手术机器人的控制范围。

四、远程指导

（一）远程程序协作技术概述远程程序协作技术包括远程指导（通过远程呈现提供监督下的手术技能培训）和远程监考（用于执照和/或重新认证评估的远程监考）。随着视频会议设备的普及，该技术应用日益广泛，但在农村和低收入地区，因网络基础设施不足，其发展可能受限。

IRCAD 为斯特拉斯堡大学医院提供远程指导，用于腹腔镜袖状胃切除术 （a， b） 和腹腔镜结直肠手术 （c， d)

程呈现设置、规划和安全检查表（修改版发布于 [11] 中的图表])

（二）远程指导在外科教育中的应用与发展在全球范围内，许多地区缺乏基本外科护理，而机器人手术设备主要集中在大型中心。ICRAD等机构长期致力于远程医疗教育和手术等领域，如今许多公司也提供集成手术室远程指导工具。研究表明远程指导的安全性和有效性与现场指导相似，其可将手术专业知识传递到服务不足地区，促进先进手术技能的教学，但成功实施需要满足一系列设置要求，包括法律和伦理考量、服务交付方式及结果审计等。

（三）远程指导对手术技术传播的影响远程指导在全球手术普及方面具有重要作用，可在两个层面产生影响：一是促进基本外科技术的全球传播，二是助力专业干预措施在特定地区的扩展，如在肾上腺手术等复杂手术的培训中，远程指导可克服地域限制和导师时间约束，帮助外科医生学习新技术，提高手术技能水平。

五、研究展望随着数字技术在外科手术中应用的不断发展，未来仍需深入研究VR/AR技术在手术技能培训全方面的效果，优化远程手术网络性能与安全机制，完善远程指导与监考的规范与标准，推动全球外科技术均衡发展，进一步探索数字技术在新兴手术领域（如太空手术、微创伤手术等）的创新应用，以提升外科手术的质量、效率与可及性，为患者带来更好的治疗效果。

来源：医学镜界