数字化手术室系统：从集成控制到智能协同的演进

　　行业背景 人工智能推动智慧化手术室建设迈向新阶段

　　近几年，人工智能技术发展推动智慧化手术室建设焕发新生机。本文分享当前数字化手术室的现状和未来技术发展的前景，主要从以下角度进行分析：数字化手术室系统是整合手术环境、流程与数据的核心平台；随着新技术的深度应用，实现从“设备连接者”到“智能决策者”的跨越；集成设备控制到AI驱动的动态决策；从数据孤岛到全域协同；新技术正重塑手术室的运营范式；推动手术质量、效率与安全的全方位升级。

　　当前技术核心 构建数字化手术室的基础骨架

　　1.集成设备控制中枢 多设备协同的“中央控制台”

　　基于HL7、DICOM等医疗信息标准，智慧化和数字化手术室软硬件紧耦合的方式，是目前市场上主流的解决方案。但是紧耦合的智慧手术室建设，需要从基础建设设计阶段开始统一布局，这就对承接方的技术团队提出了更高的要求，不仅要求熟悉软件开发、硬件协同，还需要具备配合甲方进行基础建设工程设计的能力。这种大而专的技术团队恰恰是软件类企业和医疗工程类企业的短板。

当前，主流的集成设备控制方案基本实现了手术室环境内20+类设备的统一化管理。通过各类物理触控技术和视觉听觉技术，手术室医护人员基本可以完成各种环境设备自动化开关，多种操作无接触完成，部分手动记录提升到全自动记录的功能，从手术的医护、患者、环境、器械耗材、质控管理等多个环节实现了全流程记录。这些举措极大节约了手术“预热”和“尾声”阶段带来的人力、财力等成本损耗，提升了诊疗效率和诊疗质量管控。例如：现阶段手术室部分自动化可实现远程手术环境预开启，手术结束后自动关闭；也可实现同步调节手术灯亮度（精度±5%）、手术床姿态（响应延迟＜0.5秒）、内镜焦距等参数，当手术床调整至Trendelenburg体位时，系统会自动降低无影灯高度并增强照明，实现设备联动响应等功能。

2.统一音视频管理与分发 手术信息的“智能枢纽”

音视频一直是数字化手术室的核心模块之一，随着各类硬件设备的不断发展，从S段子到VGA，再到现阶段采用高清/4K音视频矩阵与实时编码技术，视频图像从早些年的480线提升了几个数量级，视频同时对接数量也从早期的单双路提升到了可并行采集16路以上信号（如内窥镜画面、显微镜影像、监护仪数据）。

基于5G网络加持数据传输延迟基本压缩在了200毫秒以内。手术应用中，可通过画中画、分屏显示等功能。主屏可展示术野细节，副屏可同步呈现患者心率波形等数据，满足多场景信息需求。随着AI技术的加持，主流系统厂商纷纷在AI辅助领域发力，目前一部分头部厂商已经实现了术中实时标注关键解剖结构（如肿瘤边界），并自动生成带时间戳的视频档案的功能。应用在远程会诊中，4K画质配合AR标注功能，使异地专家指导响应效率得到了极大地提升；应用在教学场景中，多角度视频回放让学生对手术步骤的理解准确率也得到了提高。

3.手术数据集成与记录 医疗行为的“数字黑匣子”

2025年，数据依然是医院信息化领域的主旋律。现阶段的数字化手术部建设，大多采用分布式数据采集引擎，系统可全量捕获手术全流程数据：从手术起止时间、关键操作节点（如“皮肤切开”“止血完成”），到设备参数（如电刀输出功率）、生命体征曲线，形成完整数据链。而基于这些数据，系统能自动生成包含术中出血量、耗材清单的结构化手术报告，医生仅需补充细节即可归档，至少减少50%的文书工作时间。另外，通过多维度检索功能，质控部门可分析“手术时长分布”“并发症关联因素”等指标。

4.手术室资源管理系统 效率优化的“智能引擎”

一场手术是人、财、物共同参与的“工程”，手术设备和手术耗材是必不可少的环节，随着物联网的发展和RFID/UWB定位技术的广泛应用，以及调度算法的出现，现阶段的数字化手术室真正实现了人、财、物合一。基于智慧手术室系统，已经实现了实时对高值耗材（如人工关节）、设备（如腹腔镜镜头）的位置，精度达±30厘米的“追踪”；同时也实现了监测设备运行状态，提前预警“电刀待机异常”“呼吸机故障”等各种风险。

在耗材管理方面，从入库扫码到术中使用、术后核销形成闭环，与HIS系统联动实现“耗材-患者-计费”一体化。据相关统计，有效的手术室耗材管理可把手术耗材浪费率从18%降低到9%左右。同时，通过智能化“引擎”，手术协同系统可实现人员调度功能，实时显示“麻醉师已就位”“护士正在备台”等状态，手术延迟时自动推送提醒，极大提升了手术室利用率，为医院直接带来手术量的增长和手术耗材的节约。

5.多模态交互与医院系统集成 无缝协作“桥梁”

早在10年以前，语音识别产品就已经问世，随着这几年的发展，语音技术早已从语音识别发展到了语义识别。结合最近几年“爆火”的人工智能技术，基于Transformer和Recurrent Neural Network等大语言模型架构，逻辑性的语音技术也已问世，数字化手术室领域中不乏已经开始结合语义识别和专科化大语言模型进行产品布局的个例。例如：基于5万+手术场景语音训练的专用模型，语音控制系统在85分贝嘈杂环境中识别准确率仍超95%。医生仍可通过“调整无影灯亮度至80%”“查询患者过敏史”等指令操控设备，并且响应延迟＜1秒。这类应用场景不仅要考虑环境因素，还需要考虑手术安全因素：一方面需要具备抗干扰能力，另一方面还需要考虑对于指令具备逻辑性思考能力。

创新技术实践 以智慧手术驾驶舱为例

为了更好地了解信息化建设在手术室领域的应用，通过走访深圳的一家三甲综合医院了解到：该院的智慧手术部驾驶舱项目，是把多组数字化手术室进行了统一整合，打破了传统数字化手术室单一建设方案造成的“信息孤岛”模式。该院通过信息化手段，搭配物联网设备实现了全院一体化手术室建设。

该建设方式充分展现了新技术的融合应用。此项目以FSDR全栈式集成平台接入HIS、手麻、护理等十余个系统数据，构建起覆盖“人、机、物、法、环”的全场景可视化平台。通过AI模型驱动的低代码平台，医护人员可自行修改数据分析模板，自动生成“麻醉质控看板”“手术预警看板”等模块，提升了工作效率，减少了跨部门协作带来的时间浪费。据了解，这套系统实时统计70余项国考指标，如手术周转时间、麻醉质控达标率等，帮助管理者实现从“事后复盘”到“事中干预”的转变。项目完成后，该院手术周转时间缩短，麻醉质控达标率也得到了极大提升，每年接待大量同行参观学习，成为医院智慧手术室的标杆项目。

该项目的核心突破在于“数据融合+智能决策”，体现为以下方面：通过动态建模技术，将原本需要人工对接48小时的跨系统数据查询压缩至分钟级；资源调度AI基于2万+历史手术数据推荐最优排班方案，使手术室利用率大幅度提升；风险预警模型融合生命体征与环境数据，术中并发症预测准确率提升了近一倍。

前沿技术布局展望 迈向手术室4.0的核心方向

1.AI驱动的智能流程引擎

随着技术发展的日新月异，只有不断发掘和应用新技术，才能在有限的物理资源环境下进行“突破”。通过和技术研发团队的沟通，技术人员目前正通过计算机视觉分析术野视频技术，寻求系统可自动识别“分离组织”“吻合血管”等手术阶段的发展。该技术一方面提升了手术准确率；另一方面基于历史数据与实时进度。实际应用中，可提前15-30分钟预测“需准备超声刀”“需输血科备血”等需求，以减少等待时间。另外，当手术时长偏离标准路径或关键步骤缺失时，系统可自动提醒主刀医生与护士长，降低流程疏漏风险。预计未来两年，该技术可使手术室效率再提升25%左右，并发症人为因素占比下降30%左右。

2.数字孪生手术室

数字孪生技术是前几年提出的技术方向，各个厂商技术都曾在该领域“试水”，但是由于应用场景的模糊和应用价值的误区，很多团队没有坚持下来。关于数字孪生数字化手术部的发展，通过和技术团队的沟通，他们认为构建物理手术室的发展方向应该是：实时同步的虚拟模型，实现每秒处理10万+数据点，并精准还原人员位置、设备状态、患者生命体征等要素，动态更新精度达秒级。

同时通过模拟“增加急诊手术”“设备故障”等场景，系统可预判对排程的影响，辅助选择最优应对方案。例如：通过数字孪生技术，模拟调整一台腹腔镜手术至空闲手术间，将预判整体延误压缩在20分钟以内。结合5G+全息影像技术，异地专家可在虚拟空间标注术野，细节还原度实现提升。

3.联邦学习与跨院区协同平台

关于大模型的应用，基于区域化专科联盟化的数字化建设是未来提升手术质量的最佳解决方案，大数据量的建模可以最短时间内解决数据量不足的问题。在保障数据隐私的前提下，30家医院联合训练的“术中大出血预测模型”准确率远高于任何一家单体医院。数字化手术室基于现有网络环境和硬件环境，完全可以打破现阶段主流的一院一库到一院多库的单一发展模式，实现跨区域专科联盟化的一科医库。这不仅实现了院内协同，还可以实现跨院区协同。例如：基于混合云平台架构，核心数据本地化存储，共享数据加密上云，可支持多院区“手术视频实时共享”“远程设备操控”等协同场景。在区域医疗中心范围内，大幅度提升优质资源覆盖范围，进一步拉动基层医院手术能力。

4.自主化环境与区块链存证

手术是一门专业性很强的经验型技能，手术成功率对于手术团队的经验依赖度很高，手术中医生不仅要关注患者的状态，还需要随时关注设备运行状态，精力被大量消耗。被动式判断作为技术可替代环节，未来数字化手术室会大量提升这方面的应用，实现被动感知提升到主动预警的阶段。比如：在实际应用中可以利用环境感知单元通过红外传感器调节无影灯照射范围，根据手术阶段（如“开腹”“关腹”）动态调整室温（精度±0.5℃）与新风量；设备自配置系统能根据患者体型自动优化内窥镜参数，电刀通过组织阻抗监测切换输出模式，减少热损伤。预测性维护功能基于设备振动、温度数据，提前7-14天预警故障，大幅度降低设备故障率。

“区块链”放在前几年是一个热词，虽然区块链技术已经提出很多年了，但是对于如何在医疗领域中应用，目前没有一个统一的共识。技术是为业务服务的，结合手术环节的全流程数据记录这个点，区块链有非常大的应用价值，尤其是在跨院区，跨地区的手术部项目中，该技术可实现手术视频、耗材记录等数据的全链路存证，每个节点包含时间戳与数字签名，满足了《医疗质量管理办法》追溯要求。同时围绕手术高值耗材，从生产到使用的全流程信息上链，实现了扫码即可验真；对于不同应用领域设置使用权限。例如，科研人员虽然可调用统计数据，但不能查看患者隐私，平衡科研与隐私保护。

技术融合的价值与趋势

新技术的应用正在重塑手术室的核心价值：从“流程电子化”转向“数据驱动决策”，从“单院管理”转向“区域协同”。当然，未来几年还可能会有神经拟态芯片等技术的突破，每一次技术革命都会推动手术室信息化建设的发展。智慧型的数字化手术部必将成为“具备感知、分析、预测、优化能力的智能中枢”。同时，在技术迭代与临床需求的双重驱动下，数字化手术室也必将持续深化“临床-管理-患者”价值闭环，为精准医疗注入源源不断的创新动能。

（本文由汇健智慧供稿）