一、物聯(lián)網(wǎng)的概念
“物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 是一個由相互關(guān)聯(lián)的計算設(shè)備、機械和數(shù)字設(shè)備、物體、動物或人組成的系統(tǒng)，通過嵌入傳感器、軟件和其他技術(shù)的物體形成網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)中每一個物體具有唯一的標識符，并且能夠通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息數(shù)據(jù)。由于物聯(lián)網(wǎng)的主要目的是提供以數(shù)據(jù)傳輸為特征的通信能力，因此射頻識別 (RFID) 或藍牙模塊等通信模塊是其主要組成部分。這些模塊嵌入在復(fù)雜系統(tǒng)中，使用傳感器從其環(huán)境中收集信息，以持續(xù)跟蹤和解釋數(shù)以百萬計的事物。
二、物聯(lián)網(wǎng)在神經(jīng)外科中的應(yīng)用如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療保健，即所謂的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)?？梢园阉胂鬄楹w醫(yī)務(wù)人員、患者、可穿戴設(shè)備、信息技術(shù)系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備連接起來的應(yīng)用程序構(gòu)架，它可以收集更精確的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，并將所有這些數(shù)據(jù)實時整合到現(xiàn)實中。通過監(jiān)控過程和結(jié)果物聯(lián)網(wǎng)可以提高了勞動生產(chǎn)力，降低成本，提高運營效率，增強了患者醫(yī)療安全性，并極大地減少了人為失誤。在神經(jīng)病學(xué)領(lǐng)域，已經(jīng)有許多基于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，包括患者步態(tài)分析預(yù)測跌倒風(fēng)險、用于帕金森病行為分析和神經(jīng)康復(fù)的可穿戴設(shè)備、用于睡眠監(jiān)測的可穿戴設(shè)備，癲癇發(fā)作預(yù)測，阿爾茨海默病的早期檢測和監(jiān)測系統(tǒng)，癡呆和中風(fēng)的康復(fù)系統(tǒng)，用于監(jiān)測不同神經(jīng)狀態(tài)的可穿戴腦電圖，以及分析患者功能狀態(tài)以評估退行性脊柱疾病術(shù)后手術(shù)結(jié)果的系統(tǒng)。對接受神經(jīng)調(diào)控手術(shù)（例如DBS手術(shù)）的手術(shù)后病人，Nexeon MedSystems 還發(fā)明了一種可以記錄神經(jīng)元活動的局部電位，并提取、分析和使用這些記錄來產(chǎn)生自我調(diào)節(jié)算法。刺激和收集的信號不僅可以自動優(yōu)化運動障礙疾病的治療，還可以與患者的行為狀態(tài)信息相關(guān)聯(lián)，從而為特定疾病影響患者的方式提供更深入的分析。該公司還創(chuàng)建了 CranialSuite 系統(tǒng)用于手術(shù)計劃，它可將基本的手術(shù)路徑計劃與神經(jīng)導(dǎo)航相結(jié)合以獲得框架坐標，從而改善手術(shù)室工作流程，并對靶點的解剖和功能定位更為精確。它還設(shè)計制作了 Cranial Cloud 框架，該框架將來自患者大腦的直接記錄信號與來自手術(shù)計劃系統(tǒng)的影像融合，以分析電極位置和患者的治療反應(yīng)之間的關(guān)系。在研究脊柱疾病患者的活動狀態(tài)時，就使用了各種設(shè)備和傳感器來對其進行實時監(jiān)測。這種方法有助于進行診斷和改善療效，從而降低整體醫(yī)療費用。三、物聯(lián)網(wǎng)在手術(shù)室管理中的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)與手術(shù)室管理密切相關(guān)，盡管其實際開發(fā)應(yīng)用頗為滯后。物聯(lián)網(wǎng)在手術(shù)室首要的應(yīng)用就是管理器械和設(shè)備的消毒。通過改進手術(shù)器械的滅菌流程來控制外科感染，對于降低成本和提高醫(yī)療機構(gòu)的安全性和有效性非常重要，例如使用無線溫度傳感器來監(jiān)控滅菌的有效性和計算庫存。物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)可應(yīng)用于：(1)器械包滅菌錯誤報警：根據(jù)滅菌標準，如果發(fā)生處置失誤可即刻通知；
(2)器械包過期警報：顯示器械包是否已過期或即將過期；(3)庫存不足警報：根據(jù)滅菌狀態(tài)報告器械包庫存是否即將發(fā)生短缺，顯示需要滅菌器械的確切包裝數(shù)量，以及庫存所需的數(shù)量。除了確保滅菌過程的安全和降低成本外，對不同滅菌項目及其滅菌效果進行監(jiān)測的設(shè)備，可以讓我們實時發(fā)現(xiàn)問題，分析原因，提出改進方法。通過這些手段可以有效地控制院內(nèi)感染。此外，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還用于觀察記錄手術(shù)過程中手術(shù)器械的運動，包括外科醫(yī)生的鑷子和電凝器，可在視頻監(jiān)測上為外科醫(yī)生提供實時反饋。因此，該技術(shù)可以研究影響手術(shù)操作的因素，從而提高手術(shù)性能并改善療效。更先進的是實時地將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計算的能力結(jié)合起來，借助信息和通信技術(shù)，這使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠充當(dāng)機器人的感官輸入。如前所述，醫(yī)療機器人已在患者監(jiān)測、手術(shù)、假肢技術(shù)，以及患有肌肉疾病、認知及精神障礙患者中有重要應(yīng)用。假肢技術(shù)可識別患者的意圖，并通過連接到假肢的傳感器感應(yīng)肌肉張力和相關(guān)神經(jīng)來控制其運動。同樣，在手術(shù)室中，物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的攝像頭可以提供視頻輸入并進行現(xiàn)場分析，以及通過監(jiān)測患者資料，告知機器人如何進行手術(shù)。此外，可以在手術(shù)器械中內(nèi)置RFID 標簽，從而可以對其自動識別。目前已經(jīng)開發(fā)了檢測 RFID 標簽的天線系統(tǒng)，含有嵌入式傳感器的設(shè)備不斷從環(huán)境中收集信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將其傳送到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)從各種設(shè)備的傳感器接收這些信息，并將其傳送到云端，在云端進行收集、解釋和實時存儲大量數(shù)據(jù)，因此可以追蹤手術(shù)室中的每個手術(shù)器械。同樣，通過手術(shù)場景的數(shù)字化，可以在手術(shù)過程中實時自動檢測和分析醫(yī)務(wù)人員的活動和工作流程。 OPeLiNK 監(jiān)視器是一種術(shù)中應(yīng)用的通信接口，通過它可以構(gòu)建下一代網(wǎng)絡(luò)手術(shù)室，稱為智能網(wǎng)絡(luò)手術(shù)室 (Smart Cyber Operating Theater， SCOT)。四、智能網(wǎng)絡(luò)手術(shù)室 The Smart Cyber Operating Theater (SCOT)術(shù)中確定醫(yī)療決策，尤其是在惡性腫瘤手術(shù)，不僅取決于 MRI 獲得的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)或?qū)Ш叫畔ⅲ€取決于各方面的功能數(shù)據(jù)，例如病灶的位置，以及惡性腫瘤的組織學(xué)數(shù)據(jù)。SCOT 創(chuàng)新性地將神經(jīng)外科手術(shù)室中的許多設(shè)備互相連接，集成了手術(shù)信息，例如手術(shù)野的圖像、麻醉數(shù)據(jù)、視覺誘發(fā)電位 (VEP) 監(jiān)測以及導(dǎo)航和生物特征數(shù)據(jù)，并將其全部實時顯示在手術(shù)室中的“計劃策略臺”，以支持外科醫(yī)生進行醫(yī)療決策（圖1）。該系統(tǒng)已高度智能化，可用于顯微和內(nèi)窺鏡神經(jīng)外科手術(shù)，有助于確定惡性腦腫瘤的適當(dāng)切除范圍并保留神經(jīng)功能。在智能手術(shù)室中，可以使用術(shù)中 MRI 影像更新導(dǎo)航信息，實時記錄誘發(fā)電位以監(jiān)測腦功能，還可以進行快速診斷。它有助于避免術(shù)中腦移位產(chǎn)生的誤差，可以在手術(shù)結(jié)束前檢查是否存在殘留腫瘤，并通過從各種監(jiān)測設(shè)備得到的信息，獲得術(shù)中操作和治療的反饋，從而避免并發(fā)癥和改善療效。在智能手術(shù)室中，外科醫(yī)生必須整合從每個設(shè)備獲得的不同類型的信息，才能做出明智的決定，因此這也稱為“信息引導(dǎo)手術(shù)”或“基礎(chǔ)智能網(wǎng)絡(luò)手術(shù)室（basic SCOT）”。為了充分整合所有信息，建立了標準SCOT。標準SCOT的核心除了開放式MRI和快速診斷測試系統(tǒng)外，還有各種通信接口以連接網(wǎng)絡(luò)操作環(huán)境中的所有設(shè)備。Okamoto等基于 ORiN開發(fā)了新的手術(shù)室接口OPeLiNK ，前者是廣泛用于工業(yè)的網(wǎng)絡(luò)的開放資源接口。在手術(shù)室應(yīng)用SCOT呈現(xiàn)全面信息，有助于手術(shù)組醫(yī)生在手術(shù)期間做出決策。它囊括并整合了各種信息來源，包括電凝器功率、手術(shù)器械位置、誘發(fā)電位監(jiān)測記錄、患者監(jiān)測數(shù)據(jù)、麻醉數(shù)據(jù)、術(shù)中成像結(jié)果、神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)和手術(shù)現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)等。此外，它以最佳布局將這些資料呈示出來，除了影像資料外，還收集整理數(shù)字資料。所有這些數(shù)據(jù)都可以實時顯示在手術(shù)室的手術(shù)策略臺上，甚至可以實時顯示于上級醫(yī)生的辦公室中（圖1）。圖1 . 手術(shù)策略臺：監(jiān)控信息不僅在手術(shù)室內(nèi)，也同步呈現(xiàn)于另外的房間。上級醫(yī)生判斷根據(jù)呈現(xiàn)信息判斷術(shù)中情況并幫助確定下一步手術(shù)操作和進程。
手術(shù)組和上級醫(yī)生可以在同一時間評估信息，從而更有效地進行討論，獲得最優(yōu)化的決策。此外，這些數(shù)據(jù)記錄下來后，可以進行同步比較，以偵測是否會出現(xiàn)手術(shù)并發(fā)癥，從而提高手術(shù)的透明度。它還可以通過記錄術(shù)后復(fù)發(fā)率和并發(fā)癥數(shù)據(jù)以開發(fā)數(shù)據(jù)庫，并自動將每個患者影像的形態(tài)特征與標準對照，從而可以比較既往和當(dāng)前的治療情況。在神經(jīng)導(dǎo)航手術(shù)中，最大的問題是通過患者影像、術(shù)中位置，外科機械手準確地整合，以獲得精確的術(shù)中操作。由于外科機械手可以實現(xiàn)手術(shù)系統(tǒng)設(shè)備的自動化，通過自動機械手術(shù)臺或機械手輔助手術(shù)顯微鏡的開發(fā)，可以為每個病例實現(xiàn)模式化手術(shù)室配置，從而減少了手術(shù)準備時間，還可以使用機械自動手術(shù)臺搬運患者。此導(dǎo)航?jīng)Q策系統(tǒng)與自動機械輔助設(shè)備稱為 Hyper SCOT（超智能網(wǎng)絡(luò)手術(shù)室）。迄今，SCOT 已經(jīng)成功地應(yīng)用于信州大學(xué)醫(yī)院（ Shinshu University Hospital ）的內(nèi)窺鏡經(jīng)鼻蝶入路垂體腺瘤切除手術(shù)。最近，Muragaki 等人在東京女子醫(yī)科大學(xué)應(yīng)用了三種 SCOT，Basic（基礎(chǔ)）、Standard（標準）和 Hyper SCOT（超級）手術(shù)室設(shè)備，治療了 56 例腦腫瘤，功能性神經(jīng)外科疾病和骨科疾病，但結(jié)果尚未公布。盡管許多神經(jīng)外科醫(yī)生對使用 AI 和醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)對患者進行診斷、治療和監(jiān)測的臨床應(yīng)用興趣有限?；谌斯ぶ悄艿淖詣踊中g(shù)機器人將改善手術(shù)治療的效果，使患者獲得更好的預(yù)后。由于網(wǎng)絡(luò)、傳感器和人工智能輔助自動化技術(shù)的不斷進步，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的多樣性和準確性得到了進一步提高。當(dāng)今，建造智能手術(shù)室SCOT不僅可行，對手術(shù)顯微或神經(jīng)內(nèi)鏡的應(yīng)用也將如虎添翼，基于物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的手術(shù)室，將有助于優(yōu)化手術(shù)器械的使用，提高手術(shù)過程的安全性和規(guī)范性，從整體上提高手術(shù)治療的效果。然而，許多應(yīng)用仍處于初級驗證階段，因為涉及神經(jīng)外科醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的人工智能研究仍處于起步階段。如果神經(jīng)外科醫(yī)生充分了解人工智能和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基本概念和可行性，將有助于神經(jīng)外科疾病診斷和治療的模式進一步發(fā)生轉(zhuǎn)變。 ——摘譯自《Introduction to Robotics in Minimally Invasive Neurosurgery（2022）》
特別聲明：智慧醫(yī)療網(wǎng)轉(zhuǎn)載其他網(wǎng)站內(nèi)容，出于傳遞更多信息而非盈利之目的，同時并不代表贊成其觀點或證實其描述，內(nèi)容僅供參考。版權(quán)歸原作者所有，若有侵權(quán)，請聯(lián)系我們刪除。
凡來源注明智慧醫(yī)療網(wǎng)的內(nèi)容為智慧醫(yī)療網(wǎng)原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載需獲授權(quán)。
