构建医院智慧手术室的探索与思考

□朱巧巧 ZHU Qiao-qiao 蔡平 CAI Ping 汪颖颖 WANG Ying-ying 张敏 ZHANG Min 孔振芳 KONG Zhen-fang

在全国推动“医联体”发展模式的大背景下，医院重新思考、构建诊疗服务模式，借助智慧医疗发展成果，以真实动态数据为基础，以人工智能技术为核心，结合患者的诊疗服务需求以及医院重点科室和部门应对需求的变革，对医院信息化体系架构进行重建，增强医院各科室之间以及医联体医院之间的互联互通和信息交互能力，为改进医联体整体服务能力奠定基础。手术室作为评价判断医院整体实力的一个重要科室，其布局设置的合理性、信息管理系统的智能性及对手术器械和药品配备的准确性均影响手术效果和手术室运转效率[1]。因此，在医联体模式下，对医院手术室进行智能化改建，引入人工智能、大数据以及5G 网络等技术，整合患者手术相关信息，进行综合分析、科学研判，对提高手术室运转效率、降低患者平均住院日具有重要意义。

智慧医疗的发展现状

1.智慧医疗及其应用。智慧医疗(Smart healthcare)最早是由IBM 首席执行官彭明盛于2009 年提出，其主要目的是解决医疗机构职能效率低下、医疗资源分配不均以及医疗费用昂贵等导致医患关系矛盾突出等问题。目前，学术界普遍认为智慧医疗是指将新一代5G 信息网络技术与医疗卫生资源有机融合[2]，促进诊疗以及健康数据信息在不同科室或医疗机构之间共享和交换，推进医疗资源的高效利用和诊疗服务的智能辅助，消除患者与医务人员以及不同层级医疗机构之间因空间距离造成的诊疗障碍，提升疾病诊治、远程会诊和教学观摩等工作效率，为民众提供更加便捷和更加优质的医疗健康服务。

随着信息化的发展，人工智能技术已在多个行业得到广泛应用。目前，人工智能技术在医疗行业应用较成熟的领域为人工智能用于医学影像的识别，可以有效提升病灶定位和判断的效率。Yang X 等调查数据显示[3]：200 张CT 片，人工读片大约需要半小时，而通过智能化的影像检测系统则只需要2 ～5 秒就能显示结果，并且准确率高达95%以上。其次，人工智能与患者数据信息管理紧密结合，通过对患者疾病史、临床症状、检查检验结果以及治疗方案等多种原始数据进行集中分析，综合研判，辅助医生进行临床诊断，为临床医生选择治疗方案提供参考和依据。

2.人工智能技术在手术室中的应用。随着医学的发展，精准化、数字化、智能化以及个性化服务逐步成为现代医疗服务的发展方向。在手术室中，如何通过对患者术前和术中多种影像资料和检验项目进行综合分析，助力手术进程是人工智能技术在手术室中应用的大势所趋。目前，国内外一些大型医院手术室引进人工智能平台，术前通过科学智能规划确保手术精准化、术中通过智能导航确保手术精细化、术后通过定期随访确保手术系统化[4]，在人工智能技术的支持下确保手术活动的三位一体，切实辅助医生提高手术效果，尤其在全国大力推进医联体模式的大背景下，通过人工智能更能将精准外科理念推广落实到广大基层医疗机构中。

国内医院手术室建设存在不足

1.医院手术室建设重数量轻质量情况较严重。董非等[5]对医院手术室的建设现况进行调查发现：我国大型三甲综合医院洁净手术室所占比例不足30%，而在洁净手术室中有25%属于低级别，60%属于中级别，高级别洁净手术室所占比例仅为15%。此外，由于大型综合医院每天的手术量较多，医院为满足手术需要，往往建较多手术室，但是手术室质量却没有达到相关要求。部分医院手术室数量已超过国家卫健委规定的数量标准，但有级别的洁净手术室数量却严重不足，对手术室无菌环境的要求还存在较大差距。

2.新建医院洁净手术室布局缺乏科学合理性。目前，一些医院新建院区的手术室硬件设施和空间面积较以往有明显改善，但是手术室的区域划分、功能布局还缺乏科学合理性。一些新建医院的手术核心区未达到高级别洁净标准，手术流程布置欠合理。部分新建医院虽然手术区域空间较大，但手术室的功能区域划分不合理，各功能区用房混乱，没有严格按照洁净程度划分手术间，有些将一般手术室与高级别洁净手术室混在一起，容易诱发交叉感染。

3.部分医务人员对洁净手术室概念的理解存在偏差。据一项调查显示，目前，50%的外科医生和30%的管理人员缺乏对洁净手术室的空间消毒意识[6]。部分外科医生和手术室人员误认为导致手术患者感染的主要方式是通过接触感染，而空气污染导致感染的可能性较小，因此，对手术室内的空气消毒重视程度不够。由于对洁净手术室的日常管理、消毒处理还缺乏一套行之有效的运行流程和监管系统，导致某些新建医院的洁净手术室术后患者出现感染的机率高于普通手术室。

除上述不足外，国内医院手术室还存在手术资讯未被充分利用、缺乏获取与存储资讯的有效手段、缺乏对手术质量有效监控、手术室内设备之间的连线较为复杂以及医疗设备缺乏有机整合等多方面的短板。

智慧手术室的优势分析

智慧手术室的概念：智慧手术室主要是通过影像、信息以及5G 网络等技术手段，调取医院信息系统(HIS)中与患者相关的影像资料和数据信息，并将患者在手术过程中的相关指标进行汇总分析，实现多向传输于一体的智能化系统。此外，智慧手术室还可以通过实时互动的方式进行远程观摩和教学演示，通过大数据信息保存功能对每一台手术过程进行跟踪预览、回放和储存，同时，还能有效地对手术室人员安排、手术台次排序、手术间分配以及手术器械物资和药品的统一调度和管理，通过大数据分析、5G 医疗和人工智能等新型技术生成科学、合理、高效的优化方案。

1.集成性。作为人类最复杂的医疗行为“手术”，必须短时间内把各种信息进行采集并应用，因此，智慧化手术室必须具备高度的集成性。通过大数据分析，准确判断接受手术治疗患者的生命状况、手术难度以及在手术过程中可能遇到的风险，提前做好突发情况的应急处理，保证紧急抢救时器械、药品以及血液的准备和供应。

2.高效性。在手术室空间和人员有限情况下，如何实现高效运行是智慧化手术室建设的关键要素。智慧化手术室建设要求必须具备详细的医务人员排班、交班系统，对手术室各项工作、药品器械的分发和调配进行科学合理的优化，减少手工环节，提高手术效率。

3.精细性。作为大型综合三甲医院，平均每天手术数量高达几百台，其中包括骨科、神经外科、泌尿外科、妇产科等多个学科和专业，手术名称、方式复杂，需要准备品种繁多的大量手术器械，并且手术过程中往往短时间内就需消耗大量的药品、耗材以及血液血浆等，只有通过智慧数字化建设，科学统筹精细化保障，才能有效提高手术室的工作效率和保障能力。

4.远程性。随着互联网的快速发展，尤其是5G 时代的到来，作为大学附属综合三甲医院的手术室除应具有远程会诊、远程手术和远程谈话等功能外，还承担着重要的远程示教功能，因此，远程性必然是医院智慧手术室发展的主要方向。

5.智能性。智慧手术室应在术前对手术方式和过程进行规划，对手术风险进行智能化评估；术中通过智能设备对手术进行实时导航，辅助精准手术；术后通过对手术数据进行智能分析，判断患者术后恢复和预后情况，为临床治疗决策提供重要参考。

未来智慧手术室建设思路

智慧手术室建设理念是以患者临床各项数据为基础，以人工智能技术为核心，以提高手术治疗效率和服务质量为导向。基本建设思路是在原有手术室的基础上，融合现有5G 网络、人工智能以及区块链等技术，做到在围手术期对患者病情的实时预测和分析，手术方案和麻醉方式的选择、优化及干预。并在此基础上，结合医联体模式下的分级诊疗流程，通过大学附属医院的优势医疗资源带动区域医疗的协调发展。

1.智慧手术室的功能区域建设。智慧手术室不再是传统医院手术室信息化应用的单体结构，而是根据不同的作用划分为多个功能区域(图1)。

图1 智慧手术室的功能区域

1.1 智能识别系统。结合手术排班系统以及医护人员的鉴权体系，设计智能化的手术门禁管理系统，从而实现对进入手术室区域人员的管理，避免出现家属或者无权限医护人员擅自进入手术区域。

1.2 衣鞋管理。通过智能识别系统，对手术室医护人员及外来人员的衣、鞋进行有效管理，做到精准发放与回收，对处于手术区域医护人员的衣、鞋穿戴行为进行规范化、智能化管理，提高工作效率[7]。

1.3 谈话间。医生通过直播手术影像，帮助患者家属及时、准确地了解手术进展及可能遇到的突发情况，缓解了过去由于信息不对称给患者家属带来的紧张情绪，提高了患方的就医舒适度。此外，通过对手术各个环节的追踪管理，增强了手术的透明度和家属的知情权，实现患者医疗信息共享，有利于减少医患矛盾和冲突。

1.4 主任办公室。以服务患者为核心，科室主任可以坐在办公室与主刀医生进行手术视频会诊，并可通过视频邀请多位专家进行病情讨论，真正拉近外科与手术室的距离，并通过远程手术指导对手术室云台进行实时控制，实现医护人员的最优化协作和信息共享，提高诊疗效率和手术成功率。

1.5 示教室。示教室可通过多路音视频与手术室开展实时互动，再现手术的全过程。一方面，摆脱了传统教学中视野和观摩人数受限的问题，在降低人员密度及手术室感染风险的基础上大大增加示教人数和范围，为教学医院尤其是大学附属医院的手术带教提供便利；另一方面，可以对专家手术进行全方位高清录制，集中保管和存储，为医护人员提供学习观摩的影像资料。通过数字化手术室实现临床知识和手术技能的传授，提高学术沟通和医生技能培训的生动性和真实性，有利于加强对年轻医生的培养和医院人才队伍建设。

1.6 家属等候区。家属等候区配置的显示屏是协助医生与患方交流沟通的重要媒介。首先，从麻醉系统实时获取手术进程信息，借助显示屏向患者家属展现手术状态，并且支持视频、ppt等宣传材料的播放，提高了信息获取的便捷性。其次，家属等待区的显示屏幕采用LED 公告系统，主治医生可以在必要时刻通过显示屏发布信息或者语音的形式呼叫家属谈话；家属也可以通过屏幕公告获取手术相关的基本信息。最后，系统支持对患者的隐私信息进行加密，确保了患者的隐私权。

1.7 麻醉临床信息系统。麻醉临床信息系统以信息集成共享、广谱设备集成共享两大平台为依托，覆盖了患者从入院，术前、术中、术后直至出院的整个过程。通过与医院信息系统及病床监护系统的业务协同，自动收集围手术期患者的临床数据，并能进行精准、细致的记录，确保麻醉质量，减少医疗事故。同时，还可以对麻醉相关业务进行管理，包括麻醉病人的术前评估、手术实时记录、患者复苏记录、毒麻药管理等等，真正实现手术室的高效智能以及麻醉质量控制体系的规范化。

1.8 数字化手术间。数字化手术间专科定制方案，根据医院各个科室的手术特点，手术间设计不同的布局构造，以满足各类特色手术的应用。对手术室仪器设备的数字化信息进行无损收集、传阅、处理、贮存和全院共享，建立基于同一时间轴的手术室设备控制、手术视频调度、视频示教、手术远程指导、精准外科辅助功能。通过信息技术实现医疗数据交互共享，实现对患者手术的全方位、全过程管理。

1.9 复苏室。记录患者术后恢复过程中的生命体征，包括血压、氧饱和度、心律以及用药情况等信息，系统自动生成复苏记录单；同时，为了确保病人术后复苏与手术过程中临床资料的一致性和连续性，允许持续使用麻醉记录单的报告模式。

1.10 中央监控室。运用自动控制技术，采集手术室内全景、生命体征、术野视频信号，并同步采集手术室内的语音信号，经过网络实时传输到中央监控室，实现智慧手术室的资源智能化管理。

2.智慧手术室的系统架构建设。在医联体模式下，大学附属医院智慧手术室建设的主要目的是促进区域医疗范围内医护人员、患者、医联体成员、医学院校师生之间的交流沟通，规范手术器械、麻醉药品以及血液制品的管理，缩短手术流程时间，提高手术效率，并通过远程教学或会诊技术，提升大学附属医院的医教结合水平。因此，智慧手术室在系统架构设计方面，应充分考虑系统架构的开放性、兼容性和可扩展性。

根据系统架构功能的不同，可以划分为用户层、智慧应用层、数据及服务支撑层、网络通讯层以及反应感知层等5 个层面(见图2)。(1)反应感知层是以人工智能感应技术为核心，利用传感器、摄像头、射频识别技术以及执行机构等实现对各种设备、器械、药品以及人员等进行信息采集、智能识别、动态监测、自动调控以及全流程的保障服务，从而使智慧手术室对人、物以及周围环境具有智能感知的反应功能。(2)反应感知后的信息通过网络通讯层将信息上传至数据服务支撑层，其中网络通讯层主要是为智慧手术建设中的人员、系统、器械以及各种设备之间信息的收集、共享和流动提供基础支撑。(3)数据及服务支撑层包括两部分，一部分为数据资源中心，其主要作用是提供领域信息资源、医联体信息资源、互联网资源的共享；另一部分为数据交换平台，其主要功能是对数据汇集与存储、数据融合与处理、虚拟数据视图。(4)从反应感知层通过网络通讯层上传至数据及服务支撑层进行分析后，再将数据资料上传至智慧应用层，该层通过人工智能技术，大数据分析和仿真模拟等技术对各类感知信息进行综合加工、预测预判，为用户层做出相应处理决策提供依据。 (5)用户层包括临床医护人员、患者、医院管理人员、医联体成员以及医院上级的大学师生。不同群体用户层收到相关信息后所做出的决策会反向通过智慧应用层、数据及服务支撑层、网络通讯层，最终作用于反应感知层做出具体反应和应对。

图2 智慧手术室系统架构

展望与思考

智慧手术室建设是融合现有5G 网络、大数据、区块链以及人工智能等多方面信息技术为一体的系统工程，对提高手术效率，缩短患者平均住院日，增进医联体各级医疗机构之间的互联互通具有重要作用。但在构建的过程中还面临着多方面关键技术的挑战，主要体现在以下5 方面：(1)集成平台技术的挑战。如何将不同操作系统、网络、数据库等信息高度集成，实现临床信息的一体化运用，并降低系统维护成本是智慧化手术室在建设过程中面临的首要问题。(2)3D 技术的挑战。应用先进的3D 技术，混合现实、术中精准定位、3D 再实现，比单纯的虚拟现实、术前三维重建更具备手术辅助指导意义。(3)大数据分析技术挑战。医疗大数据由大量非结构化信息构成，如何将采集的不同类型数据进行整合，为疑难杂症诊疗提供大量相似病例的临床决策支持，在无法进行特征提取和自动分析的情况下，如何避免多样性的数据在医疗信息系统中形成孤岛，这些都是智慧化手术室亟待解决的技术问题。(4)无菌条件下信息化技术应用的挑战。智慧手术室发展的方向应该是使用全息技术、语音技术实现信息输入，以减少通过手部接触而导致无菌区域被污染的风险。(5)远程技术推行的挑战。精准和微创越来越成为外科手术发展的一大趋势，目前，机器人手术的出现和普及将远程手术的发展提升至一个新的阶段，因此，应着力提升智慧手术室远程技术保障能力，避免远程操作过程中由于操作者触觉反馈的丧失或减弱对手术机器人造成影响，确保即使与患者相隔千里，主刀医生通过远程机器人手术技术，仍然能够保证手术的顺利进行。