5G通信技術在機器人手術中的應用

摘 要 目的：探究5G通信技術在機器人手術中的應用進展。方法：檢索2023年9月14日之前科學引文索引擴展數據庫Web of Science和萬方數據庫中關于“5G技術”和“機器人手術”的所有文獻。將相關文獻匯總整理后運用文獻計量的工具對其進行統計分析，并對結果進行探討，以明確5G技術在機器人手術中的現狀和發展方向。結果：本文共納入英文文獻38篇，英文文獻年平均發文量5.43篇，每篇平均被引頻次為13.47次；中文文獻59篇，中文文獻年平均發文量7.38篇，每篇平均被引頻次為2.58次。BELQASMI F英文文獻發文量最多（3篇），張琦中文文獻發文量最多（4篇）。“5G-assisted telementored surgery”為領域內核心文獻，中國和美國是發文量前兩名的國家，在5G機器人手術領域處于領先水平，但與其他國家的合作有待提升。結論：5G技術具有高速率、大連接和低延時等突出特點，為超遠程機器人手術的開展及推廣普及機器人手術提供技術保障。

關鍵詞 5G通信技術；文獻計量學；手術機器人；遠程手術

中圖分類號 R61 文獻標識碼 A 文章編號 2096-7721（2024）05-0986-05

Application of 5G communication technology in robotic surgery

FENG Yuankang1， 2， SHI Huihui3， LI Ningyang2， HUANG Budeng2， LU Fubo2， XIE Guoqing2， GUO Abao2， WANG Congwei2， WU Qizhe2， WANG Jun2， HUANG Zhenlin2， YANG Jinjian2， JIA Zhankui2

（1. Department of Urology， the Second Hospital of Tianjin Medical University， Tianjin 300211， China; 2. Department of Urology，

the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University， Zhengzhou 450052， China; 3. Department of Obstetrics and

Gynecology， the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University， Zhengzhou 450052， China）

Abstract Objective： To investigate the application of 5G technology in the realm of robotic surgery. Methods： The literatures of“5G technology”and“robotic surgery”were searched from the databases of Web of Science and Wanfang before September 14， 2023. Following the synthesis and meticulous organization of pertinent literatures， bibliometric tools were used to undertake a rigorous statistical analysis. After the collection， organization， and summary of relevant literatures， bibliometric tools were utilized to perform the statistical analysis， after which further investigation was made to clarify the current status and development directions of 5G technology in robotic surgery. Results： A total of 38 English articles were included， with an average annual publication of 5.34 articles and an average citation frequency of 13.47 per article. Additionally， a total of 59 Chinese articles were included， with an average annual publication of 7.38 articles and an average citation frequency of 2.58 per article. Notably， Belqasmi F emerged as the most prolific author in the domain of English-language publications， contributing a noteworthy 3 articles. In contrast， ZHANG Qi claimed the top position among Chinese-language authors， with an impressive count of 4 articles to their credit.“5G-assisted telementored surgery”is a core literature in the field. China and the United States stand out as the leading nations in terms of publication volume， solidifying their prominent positions in the realm of 5G robotic surgery. However， it is evident that there is room for enhancing collaboration with other countries in this field. Conclusion： The

5G technology， with its high speed， extensive connectivity and low latency， provides technical support for the development， promotion and popularization of remote robotic surgery.

Key words 5G Communication Technology; Bibliometrics; Surgical Robot; Remote Surgery

5G通信技術是一種具有超高數據傳送速率、低延遲、高移動性、高能效和高流量密度等特點的全新移動通訊技術[1]，從2020年開始對人們的生活、工作、出行等產生了極大的影響。近些年，它在醫療領域發揮了巨大的作用，主要應用于臨床診斷、患者監測、診斷成像測試、疫苗分發、緊急醫療服務、機器人輔助遠程手術等[2]。

自1985年第1臺手術機器人Puma 560問世以來，機器人輔助手術技術經歷了數次迭代和改變[3]。目前，外科醫生比較關心的一個問題是，在提高機器人輔助手術精度的同時，如何更好地實現超遠程機器人輔助手術，而5G技術為其提供了可能。

1 資料與方法

1.1 一般資料 以“5G”和“Robotic surgery”為主題詞，檢索1985～2023年科學引文索引擴展數據庫（Web of Science，WoS）中所有關于5G技術在機器人手術中應用的文獻。以“5G”、“機器人”和“手術”為關鍵詞，檢索2023年以前萬方數據庫中所有關于5G技術在機器人手術中應用的中文文獻。經3位外科專業的醫生進行篩選并納入研究。從WoS數據庫獲得各個文獻的基本信息（包括文獻標題、作者、作者國家、附屬機構等信息），并將其導出為“ciw”格式文件供后續分析。

1.2 文獻計量學分析工具 Bibliometrix（4.1.3）是基于R語言的科學計量學和文獻計量學定量研究的工具。它能夠對“Scopus”、“Web of Science”和“PubMed”等眾多數據庫的文獻進行計量學分析。使用Bibliometrix對英文文獻進行計量學分析。VOSviewer（1.6.19）是一種用于文獻計量學分析的可視化工具[4]，我們主要用其進行文獻耦合分析（VOSviewer圖中圓的大小代表重要程度，圓圈越大，重要度越大；兩圓之間的連線代表研究項目之間相互關聯，距離越近，聯系強度越高）。文獻共被引網絡是基于兩篇獨立文獻同時被新發表的文獻引用的現象所繪制的網絡圖，文獻同時被引用的次數叫做“同被引強度”（在圖中以圓圈大小表示），同被引強度數值越大，說明它們之間的關系越緊密[5]。

2 結果

2.1 文獻整體發表及引用情況 本研究共納入97篇文獻，其中英文文獻38篇，中文文獻59篇。2016年，國內《信息通信技術與政策》雜志第1次提出5G技術在機器人手術中應用的概念[6]；2017年，Soldani D等人[7]第1次在會議上發表有關5G技術在機器人手術中應用的文獻。英文文獻年平均發文量5.43篇；中文文獻年平均發文量7.38篇（如圖1）。英文文獻共計被引用512次，每篇平均被引頻次為13.47次；中文文獻共計被引用152次，每篇平均被引頻次為2.58次。SHEN Y等人[8]發表在《IEEE ACCESS》雜志上的研究“Robots under COVID-19 pandemic：a comprehensive survey”是被引用次數最高（89次）的英文文獻。劉榮等人發表在《中華腔鏡外科雜志（電子版）》上的研究“遠程機器人手術動物實驗研究”是被引用次數最高（46次）的中文文獻[9]。

2.2 作者及機構發文量分析 共有190名作者參與5G技術在機器人手術中應用相關的英文文獻，其中9名作者（4.7%）參與發表了2篇以上文獻，可認為是本領域的“核心作者”；1名（0.5%）作者參與發表了3篇以上文獻；181名（95.3%）作者僅參與發表1篇文獻，稱為“偶然作者”。其中Belqasmi F發表英文文獻最多（3篇），圖2A展示了該領域內發文量前10名作者的年發表情況，BELQASMI F在該領域的研究活動最為活躍。同時，布拉福定律顯示，《IEEE ACCESS》為領域內的核心期刊（如圖2B）。

共有191名作者參與5G技術在機器人手術中應用相關的中文文獻，其中11名作者（5.8%）參與發表了2篇以上的文獻，可認為是本領域的“核心作者”；4名作者（2.1%）參與發表了3篇以上的文獻，180名作者（94.2%）參與發表了1篇文獻，稱為“偶然作者”。其中張琦發表中文文獻最多（4篇）。

2.3 詞頻分析及可視化 對中英文文獻的關鍵詞進行匯總整理，并對其進行可視化分析，結果如圖3所示。其中，英文文獻出現前五名的關鍵詞為：Surgery（8次），Feasibility（4次），Telesurgery（4次），5G（3次），Network（3次）。中文文獻出現前五名的關鍵詞為：遠程手術（12次）、人工智能（10次）、機器人（10次）、機器人手術（9次）、手術機器人（8次）。

2.4 英文文獻共被引分析和耦合分析 為探究各個英文文獻之間的聯系，本研究對英文文獻進行耦合分析，結果如圖4A所示，耦合強度排名前5位的作者分別為：Lacy A M 2019[10]（PageRank值0.067），Marescaux J 2001[11]（PageRank值0.062），ZHENG J L 2020[12]（PageRank值0.061），TIAN W 2020[13]（PageRank值0.045）及 Haidegger T 2011[14]（PageRank值0.043）；圖4B展示了機構耦合分析結果，排名前5位的機構分別為：愛資哈爾大學（Total Link Strength值504）、IMPS工程技術學院（Total Link Strength值504）、焦夫大學（Total Link Strength值504）、卡帕加維納亞加工程技術學院（Total Link Strength值504）及帕魯大學（Total Link Strength值504）；圖4C顯示了國別的耦合分析，顏色深度代表發文量，國家間連線多少及粗細代表關聯強度，中國和美國是5G技術在機器人手術中應用領域發文量最大的國家，但與其他國家的合作有待提升。

3 討論

在過去的3000年里，人類一直嘗試通過制造機器人來完成自己的構想[15]。人類最早制造的機器，可以追溯到公元前1500年的埃及文物[16]，其形式是在水力鐘內敲響鐘聲的人體雕像。然而，在醫學領域，尤其是外科手術方面，機器人的應用僅有30年的歷史[17]。1985年，第1臺手術機器人Puma 560在美國洛杉磯醫院面世以來[18]，外科機器人迎來了發展的黃金期。自達芬奇機器人在國際上獲得批準，美國、歐洲和亞洲的外科醫生證明了其在機器人輔助手術中的可行性和安全性。近年來，機器人手術技術不斷創新和改進，在手術入路方面，單孔腹腔鏡技術和自然腔道入路的成熟，極大程度減少了患者體表的創傷，實現更深層次的微創[19-20]；在數據傳送方面，由于光纖和5G技術的應用，在保證手術成功率和穩定性的基礎上，突破了手術的距離限制[12，21]；在操作方面，AI技術的逐漸成熟為其自動運行提供了可能[22]。

在無線通信中，5G是迄今最新一代的移動網絡技術[23]。2016年，《電信網技術》雜志首先提出5G技術應用于超遠程機器人手術的構想[6]，之后我國的外科醫生便開始了5G機器人手術的探索。2019年，世界首例5G遠程外科手術在我國完成，手術醫師在5G技術的幫助下，對一只小豬進行了肝小葉切除術，這標志著5G機器人手術從理論走向了實踐[24]。

2020年3月，我國工信部印發了《關于推動5G加快發展的通知》，提出開展5G智慧醫療建設，加快5G技術在醫療領域的應用推廣[25]。新冠疫情期間，5G技術首先在人工智能、區塊鏈和物聯網中得到應用，通過其技術的驗證和患者接受度分析，為5G技術在醫療行業的應用提供了寶貴的經驗[2]。2022年開始，5G機器人手術先后應用于泌尿外科、婦產科、肝膽外科和骨科等各個外科亞專業[26-29]。截止目前，5G技術主要應用于機器人輔助下的精索靜脈曲張手術、前列腺癌根治術、子宮切除術、膽囊切除術和椎體后凸成形術等，尚無手術失敗的報道，手術效果都較為理想。這體現了5G信號傳輸的穩定性和安全性，然而由于目前案例相對較少，無法進行系統的安全性評估，因此后續進行多中心大樣本的回顧性分析對其安全性的評估具有重要意義。

我國和美國是相關領域發文量最大的兩個國家，目前更傾向于在各自國家內部進行小范圍交流，與國際的交流不及加拿大和印度，這也是我國今后需要改進的地方。

本研究在WoS和萬方數據庫中共檢索到97篇文獻，絕大多數文獻僅報道5G機器人手術的可行性分析或為個案報道，目前尚缺少前瞻性隨機對照研究及長期隨訪研究來評估5G技術在機器人手術中應用的安全性和有效性。本研究僅對兩個數據庫進行匯總分析，可能存在一定偏倚。同時由于5G技術是一項新技術，其研究數據均為近期發表的文獻，其發表時間短，被引頻次不高，對總體文獻質量水平的評估存在一定的偏差。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻說明：馮源康負責數據整理，統計學分析，論文撰寫及論文修改；史惠惠、李寧陽、黃步登負責數據整理，論文修改，統計學分析；盧福博、謝國慶、郭阿寶負責數據整理，統計分析；王叢巍、吳啟哲、王軍、黃珍林負責統計學分析，論文修改；楊錦建負責論文修改；賈占奎負責課題設計，論文修改，數據整理，統計學分析，研究指導。

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編輯：劉靜凱