基于5G 超聲機器人及專家會診系統的2 種遠程超聲模式在急診超聲檢查中的初步應用

陳 蕊，趙佳琦，馬林浩

1. 海軍軍醫大學（第二軍醫大學）第二附屬醫院超聲診斷科，上海 200003

2. 上海中醫藥大學附屬曙光醫院超聲中心，上海 201203

3. 海軍軍醫大學（第二軍醫大學）第二附屬醫院急診重癥醫學科，上海 200003

遠程超聲技術最初由美國國家航空航天局開發并應用，該技術能使宇航員能夠在地面醫學專家的遠程指導下進行實時超聲檢查，可進行肌肉骨骼超聲、眼部創傷超聲甚至擴展的創傷重點超聲評估（extended focused assessment with sonography for trauma，EFAST）檢查［1-4］。但早期的遠程超聲模式是在遠程端儲存圖像后傳輸到會診端，由會診專家給出會診意見再反饋給遠程端醫師執行，屬于相對“靜態”的遠程超聲模式。遠程超聲機器人是借助機器人技術結合網絡傳輸技術，在遠程端放置機器人，借助機械臂裝置模擬醫師手持常規超聲探頭，操作端醫師通過虛擬操作桿遠程遙控超聲機器人對患者進行掃查，采集圖像并做出診斷［5］。實時遠程超聲機器人可最大限度保證操作端醫師實時、動態掃查并做出準確的診斷［6］。隨著5G 傳輸技術的發展，其因更快（低延遲1 ms）、更寬（高寬帶10 GB/s）等特點而使5G 實時遠程超聲特別是5G遠程超聲機器人的應用前景更加廣闊，專家不僅可遠程為患者提供直接診療，緩解了基層超聲醫師短缺的困境，也有助于減輕患者的經濟壓力，使優質醫療資源下沉。

本研究開展了基于超聲醫師遠程操作超聲機器人及基于專家會診系統遠程指導一線急診醫師進行超聲檢查的2 種遠程超聲模式在急診中的初步應用，以獲取急診胸腹部EFAST 檢查流程標準切面超聲圖像為例，比較2 種遠程超聲模式下獲得圖像的難易度、操作者滿意度、圖像質量、受檢者體驗度、陽性檢出和漏診情況及檢查時間，從而為其在快速胸腹部EFAST 檢查的急診應用提供指導。

1 資料和方法

1.1 研究對象 對2019 年9 月海軍軍醫大學（第二軍醫大學）第二附屬醫院急診重癥醫學科ICU病區病情平穩的患者及其他志愿者共10 人嘗試進行遠程超聲檢查，其中男6 人、女4 人，年齡為21～56 歲，平均年齡為（38.19±3.07）歲；10 人均自主體位，生命體征平穩，無特殊不適，胸腹部無嚴重外傷，檢查前均被充分告知遠程超聲檢查的特點和優勢，并獲得知情同意。本研究通過海軍軍醫大學（第二軍醫大學）第二附屬醫院醫學倫理委員會審批。

1.2 研究方法

1.2.1 儀器選擇 采用深圳華大智造科技有限公司遠程超聲機器人MGIUS-R3［7］，該儀器相關研究已通過并正式獲得歐盟CE 認證、國家藥品監督管理局三類醫療器械認證。該儀器操作端設備包括5G 遠程超聲控制系統、視頻顯示系統、視頻語音系統、遠程控制操縱桿、超聲圖像遠程傳輸系統，遠程端設備包括超聲遠程機械臂系統、內置超聲圖像網絡傳輸系統、超聲儀器及探頭（圖1）。本研究使用的腹部超聲探頭型號為C5-1，頻率為2.5～5.0 MHz。

1.2.2 超聲圖像采集 對10 名受檢者進行編號，隱藏姓名。操作端位于門診樓超聲診斷科門診診室，檢查醫師為1 名具有5 年以上工作經驗的超聲醫師；遠程端位于住院樓急診重癥醫學科ICU 病區，檢查醫師為1 名具有2 年以上工作經驗的急診醫師。先由超聲醫師遠程操作5G 超聲機器人（遠程超聲模式1）對10 名受檢者按照胸腹部EFAST檢查流程采集標準切面圖像，包括仰臥位劍突下心包切面、仰臥位右上腹縱切面（掃查右側前下胸壁、肝腎間隙）、仰臥位左上腹縱切面（掃查左側前下胸壁、脾腎間隙）、右側臥位左上腹縱切面（掃查左側前下胸壁、脾腎間隙）、仰臥位恥骨聯合上方盆腔切面、仰臥位右側前上胸壁、仰臥位左側前上胸壁（圖2A）。然后由遠程端急診醫師從機械臂上取下超聲探頭，用常規方法對受檢者進行EFAST 超聲檢查并采集圖像（遠程超聲模式2），其間由操作端超聲醫師通過實時遠程會診系統進行指導（圖2B），采集的圖像與操作端超聲醫師操作5G 超聲機器人所獲取的圖像切面一致。

1.2.3 操作者評價 2 種遠程超聲模式檢查結束后，施行遠程超聲模式1 的門診超聲醫師及施行遠程超聲模式2 的ICU 病區急診醫師均進行圖像采集難易度及操作者滿意度評分，并出具超聲診斷報告。采集圖像難易度按照滿分10 分進行主觀等級評價，分為圖像采集困難（0～3 分）、一般（4～6 分）、容易（7～10 分）。操作者滿意度也按照滿分10 分進行主觀等級評價，分為操作者滿意度較差（0～3 分）、一般（4～6 分）、良好（7～10 分）。

1.2.4 受檢者評價 所有受檢者在檢查結束后，分別對2 種遠程模式檢查的體驗過程按照滿分10 分進行主觀舒適度及緊張度評價。舒適度分為較差（難以忍受，0～3 分）、一般（可以忍受，4～6 分）、良好（可以忍受，7～10 分），緊張度分為無（心情放松，0～3 分）、一般（4～6 分）、嚴重（焦慮緊張，7～10 分）。

1.2.5 超聲圖像質量分析 由2 名具有5 年以上工作經驗的超聲醫師，對所有受檢者2 種遠程超聲模式得到的超聲圖像質量進行雙盲編碼和對比分析。根據以下5 個指標對超聲圖像質量進行評價：（1）切面是否標準；（2）結構是否顯示清晰；（3）感興趣區是否在圖像中央；（4）增益調節是否適中；（5）圖像放大是否適中。每項計0 或1 分，每張圖像總分為0～5 分［8］。

1.2.6 診斷結果判斷 2 種遠程超聲模式下的診斷結論均由醫師在完成圖像采集后立即做出。受檢者完成超聲檢查后，由另1 名具有10 年超聲工作經驗的主治醫師再次進行胸腹部EFAST 掃查，以復核診斷并做出最終診斷結論。

1.2.7 超聲檢查時間 2 種遠程超聲模式下超聲檢查時間均為所負責操作的門診超聲醫師或ICU 病區急診醫師開始檢查（存儲第1 張空白圖片）至檢查結束（顯示最后1 張空白圖片）的時間，對比2 種遠程超聲模式檢查所需的平均時間。

1.3 統計學處理 應用SPSS 13.0 軟件進行統計學分析。計量資料以±s表示，基于2 種遠程超聲模式所得資料的比較采用配對t檢驗；計數資料以人數表示。檢驗水準（α）為0.05。

2 結 果

2.1 2 種遠程超聲模式下圖像采集的難易度與操作者滿意度評分 利用仰臥位左上腹縱切面掃查左側前下胸壁及脾腎間隙時，遠程超聲模式1 超聲圖像獲取的難度較遠程超聲模式2 高（t＝2.114，P＝0.049），操作者滿意度低（t＝2.177，P＝0.041）；仰臥位掃查右側前上胸壁時，遠程超聲模式1 超聲圖像獲取的難度較遠程超聲模式2 低（t＝2.827，P＝0.012）。見表1。

表1 2 種遠程超聲模式胸腹部EFAST 檢查流程超聲標準切面獲取的難易度與操作者滿意度評分Tab 1 Difficulty of obtaining ultrasound standard section images and operator satisfaction scores in 2 remote ultrasound modes of thoracoabdominal EFAST examination process n＝10, ±s

表1 2 種遠程超聲模式胸腹部EFAST 檢查流程超聲標準切面獲取的難易度與操作者滿意度評分Tab 1 Difficulty of obtaining ultrasound standard section images and operator satisfaction scores in 2 remote ultrasound modes of thoracoabdominal EFAST examination process n＝10, ±s

Mode 1: The outpatient ultrasound physician remotely operated 5G ultrasound robot for ultrasonography and image acquisition;Mode 2: The emergency physician performed ultrasonography and image acquisition under the remote guidance of ultrasound expert consultation system. *P＜0.05 vs mode 1. EFAST: Extended focused assessment with sonography for trauma.

Scanning site Difficulty score Satisfaction score Mode 1 Mode 2 Mode 1 Mode 2 Section of inferior xiphoid pericardium 4.50±0.85 5.00±0.82 5.20±0.97 5.45±0.99 Longitudinal section of right upper abdomen in supine position 6.85±0.94 6.45±0.80 6.75±1.14 6.15±1.08 Longitudinal section of left upper abdomen in supine position 6.20±0.79 6.95±0.80* 5.95±0.72 6.75±0.89*Longitudinal section of left upper abdomen in right lateral position 7.15±0.41 6.80±0.48 7.00±0.67 6.75±0.42 Pelvic section above pubic symphysis in supine position 4.15±0.85 3.90±0.97 4.60±0.84 4.55±0.80 Right anterior superior chest wall in supine position 7.40±0.57 6.60±0.70* 6.70±0.82 6.15±0.88 Left anterior superior chest wall in supine position 7.00±0.75 6.65±0.85 6.45±0.64 6.35±0.78

2.2 2 種遠程超聲模式下受檢者的體驗評分 在遠程超聲模式1 檢查時，受檢者的舒適度評分為（6.55±0.64）分，緊張度評分為（4.95±0.98）分；在遠程超聲模式2 檢查時，受檢者的舒適度評分為（6.90±0.84）分，緊張度評分為（3.30±0.86）分。2 種遠程超聲模式下受檢者的舒適度差異無統計學意義（P＝0.311）；而遠程超聲模式1 檢查時受檢者的緊張度高于遠程超聲模式2 檢查時，差異有統計學意義（t＝3.999，P＜0.001）。

2.3 2 種遠程超聲模式下獲取的超聲圖像質量比較 共采集了10 名受檢者2 種遠程超聲模式下各7 個EFAST 檢查流程標準切面圖像140 張，遠程超聲模式1 和遠程超聲模式2 采集所得的匹配圖像為一組，共70 組，每種遠程超聲模式采集7 個標準切面圖像的質量評價總分為0～35 分。圖像質量分析結果顯示，遠程超聲模式1、2 所采集的圖像質量總得分分別為（29.90±0.51）、（29.50±0.46）分，差異無統計學意義（P＝0.270）。

2.4 2 種遠程超聲模式下的診斷結果 10 名受檢者中6 例有陽性發現，遠程超聲模式1 共檢出5 例（右側胸腔積液2 例、少量盆腔積液2 例、左側少量胸腔積液1 例），漏診1 例少量心包積液；遠程超聲模式2 共檢出4 例（右側胸腔積液2 例、少量盆腔積液2 例），漏診1 例左側少量胸腔積液、1 例少量心包積液。

2.5 2 種遠程超聲模式下檢查時間比較 遠程超聲模式1 下，超聲醫師操作5G 遠程機器人檢查所需的時間為（8.30±0.89）min；遠程超聲模式2 下，ICU 病區急診醫師在門診超聲醫師遠程會診系統指導下進行檢查所需的時間為（4.20±0.98）min，2 種遠程超聲模式檢查時間差異有統計學意義（t＝9.817，P＜0.001）。

3 討 論

由于醫療資源的不平衡，農村和偏遠地區專業衛生服務缺乏，往往迫使患者長途前往大型醫院，既增加了患者的經濟成本，又加重了大型醫院的醫療負擔。遠程超聲作為一種無創、便攜、價格低廉的檢查手段，目前已被應用于不同醫療領域并取得良好的效果［9］。本研究所采用的5G 遠程超聲機器人可發揮“隔空檢查，遠程診斷”的優勢，能讓優質醫療資源近在咫尺。上級醫院超聲專家可在其操作端直接操作使機械臂握持超聲探頭，通過5G 網絡，為遠程端受檢者進行實時超聲掃查，也可通過實時音視頻交互的專家會診系統指導一線醫師在現場補充開展實時檢查服務。遠程超聲機器人的出現有助于實現WHO 提高人口稀少地區優質醫學專家服務和不發達地區患者醫療質量的目標［10］。

本研究中受檢者接受了2 種遠程超聲模式檢查，分別為遠程超聲模式1（門診超聲醫師遠程操控5G 超聲機器人遠程進行超聲檢查）及遠程超聲模式2（ICU 病區急診醫師在超聲醫師實時遠程會診系統視訊指導下進行現場超聲檢查），2 種模式下均完成了胸腹部EFAST 檢查流程超聲切面圖像的采集與存儲。本研究對2 種模式下圖像采集難易度、受檢者舒適度、圖像質量、檢查時間等進行了對比分析，結果顯示遠程超聲模式1 在仰臥位左上腹縱切面掃查左側前下胸壁及脾腎間隙時，圖像采集難度高于遠程超聲模式2。這可能與遠程端監控攝像頭置于機身側壁，緊鄰受檢者右側，操作端雖可清晰地顯示受檢者右側腹部，但受檢者左側腹部處于攝像頭相對盲區，不利于左側腹部的顯示，無法準確監控機械臂探頭擺放的位置，從而導致左側部分圖像獲取困難。今后可以通過改變攝像頭位置等使左側腹部清晰顯示，調整機械臂超聲探頭位置，從而實現標準化超聲圖像的遠程采集。

本研究結顯示，遠程超聲模式1 檢查時，雖然受檢者的舒適度評分與遠程超聲模式2 檢查時差異無統計學意義，但受檢者的緊張度高于遠程超聲模式2 檢查時。分析原因可能是受檢者躺在檢查床上后，遠程超聲操作機械臂來回移動造成受檢者出現不同程度的緊張或焦慮情緒，提示今后開展遠程超聲檢查前需要與受檢者充分溝通，降低其因機械臂擺動造成的心理緊張、焦慮情緒。

本研究中2 種模式所獲的超聲圖像質量差異無統計學意義，說明遠程超聲模式1 及遠程超聲模式2 所獲圖像質量均能達到超聲診斷的基本要求，可用于臨床。這與陳杭軍等［11］研究發現使用5G 遠程超聲機器人系統檢查的圖像質量及診斷結果與常規超聲檢查所得相仿的結論一致，在新型冠狀病毒肺炎隔離患者的病情評估及診斷中可部分替代常規超聲檢查［12］。本研究中遠程超聲模式1 漏診了1 例少量心包積液，原因可能是遠程操控機械臂進行超聲掃查時超聲探頭的角度調整不夠，從而導致部分切面掃查不全，使病灶顯示受限；遠程超聲模式2下急診醫師檢查漏診了1 例左側少量胸腔積液、1 例少量心包積液，可能與急診醫師缺乏相應的超聲檢查經驗，對仰臥位左側胸腔及劍突下心包掃查技巧掌握不足、掃查范圍不全有關。

本研究中2 種遠程超聲模式的檢查時間差異有統計學意義，遠程超聲模式1 即超聲醫師操作5G 超聲機器人進行檢查的時間長于遠程超聲模式2 下ICU 病區急診醫師在門診超聲醫師遠程會診系統指導下進行檢查所需的時間，分析其原因如下：（1）操作端超聲醫師控制操作桿進行檢查時的熟練度不如日常工作時直接手持超聲探頭，需要反復掃查以確定并獲得標準切面；（2）利用5G 遠程超聲機器人進行檢查時，需要受檢者本人或身邊輔助人員幫助涂抹耦合劑，還可能存在涂抹不當需要重復涂抹的情況，這些均耗費了一定的時間。

本研究是在海軍軍醫大學（第二軍醫大學）第二附屬醫院急診重癥醫學科ICU 病區對5G 遠程超聲機器人系統進行的初步應用嘗試，由于ICU 病區病情平穩且適合遠程超聲檢查的患者例數有限，因此納入了部分志愿者（包括符合準入條件的患者家屬、協同輔助人員等），但研究樣本量仍較??；此外，2 種遠程超聲模式均選擇了EFAST 檢查流程標準切面，相較于其他部位的超聲檢查項目難度偏低，急診醫師在超聲醫師遠程會診系統實時指導下較容易在短時間內掌握相關操作技巧，能夠獲得較滿意的超聲圖像從而完成相應的超聲檢查，但這也不可避免地導致選擇偏倚和研究的局限性。今后仍需要增大樣本量，并進一步豐富5G 遠程超聲機器人系統的研究內容和應用領域。本研究結果提示，基于5G 超聲機器人及專家會診系統的2 種遠程超聲模式在快速胸腹部EFAST 超聲檢查的急診臨床應用中有一定價值，可輔助一線急診醫師現場快速檢傷分類并實時提供超聲預診斷指導，能夠為身處偏遠地區、缺少良好醫療資源的患者解決就醫難等問題，也有利于改善偏遠地區醫療水平不足、基層醫務人員短缺的現狀［13］。