融合5G網(wǎng)絡(luò)的智慧醫(yī)療應(yīng)用

00引言當(dāng)前在以5G（5th-Generation,第五代移動(dòng)通信技術(shù)）為代表的云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，人類社會(huì)進(jìn)入萬(wàn)物互聯(lián)的全連接的智能時(shí)代，智能社會(huì)正在影響每個(gè)人、每個(gè)家庭、每個(gè)組織。特別對(duì)醫(yī)療行業(yè)，如何借助5G,同時(shí)整合人工智能成果和大數(shù)據(jù)智慧，為醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展增加活力，讓高質(zhì)量的醫(yī)療護(hù)理服務(wù)于廣大百姓，成為各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)面臨的首要問(wèn)題。河北省人民醫(yī)院率先采用智慧醫(yī)療系統(tǒng)：即利用4G（4th-Generation,第四代移動(dòng)通信技術(shù)）及VPDN（VirtualPrivateDial-upNetworks,虛擬專用撥號(hào)網(wǎng)）加密網(wǎng)卡將移動(dòng)床旁車(chē)拍攝的影像資料實(shí)時(shí)回傳回PACS（PictureArchivingandCommunicationSystems,影像歸檔及通信系統(tǒng)系統(tǒng)），無(wú)需將床旁車(chē)推回影像科利用有線進(jìn)行傳輸。PACS即影像歸檔及通信系統(tǒng)。它是應(yīng)用在醫(yī)院影像科室的系統(tǒng)，將日常產(chǎn)生的各種醫(yī)學(xué)影像（包括核磁共振,CT,超聲波,各種X光機(jī),各種紅外儀器、顯微儀等設(shè)備產(chǎn)生的各類圖像）通過(guò)各種接口（模擬,DICOM,網(wǎng)絡(luò)）以大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)化的方式海量保存起來(lái)，當(dāng)需要的時(shí)候可通過(guò)授權(quán)，隨時(shí)調(diào)回使用，同時(shí)增加部分輔助診斷和醫(yī)療管理功能。目前，河北電信已完成河北省人民醫(yī)院5G基站安裝與調(diào)測(cè)，為滿足智慧醫(yī)療更快速度、更短時(shí)延、更高效率、更高要求，最終制定人民醫(yī)院融合5G網(wǎng)絡(luò)的智慧醫(yī)療MEC（Multi-accessEdgeComputing,多接入邊緣計(jì)算）業(yè)務(wù)組網(wǎng)方案。醫(yī)療設(shè)備通過(guò)智能終端連接5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集病人信息，如血壓、體溫、脈搏等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)及時(shí)傳送到醫(yī)院，醫(yī)生通過(guò)顯示屏遠(yuǎn)程查看病人情況，并且根據(jù)不同病癥，提前通知醫(yī)院準(zhǔn)備醫(yī)療設(shè)備和人員。5G網(wǎng)絡(luò)提供超大帶寬、超低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)能力，從而保障病人信息的及時(shí)傳送，抓住黃金搶救時(shí)間，提高救治幾率。01現(xiàn)狀描述1.1河北省人民醫(yī)院4G-VPDN方案VPDN采用專用的網(wǎng)絡(luò)加密通信協(xié)議在公共網(wǎng)絡(luò)上為企業(yè)建立安全的虛擬專網(wǎng)，人民醫(yī)院各病區(qū)移動(dòng)床旁車(chē)可從遠(yuǎn)程經(jīng)由公共網(wǎng)絡(luò)通過(guò)虛擬加密隧道實(shí)現(xiàn)和單位總部之間的網(wǎng)絡(luò)連接，而公共網(wǎng)絡(luò)上其它用戶則無(wú)法穿過(guò)虛擬隧道訪問(wèn)單位內(nèi)部網(wǎng)的資源，河北省人民醫(yī)院VPDN智慧醫(yī)療系統(tǒng)組網(wǎng)如圖１所示。實(shí)現(xiàn)VPDN業(yè)務(wù)的主要步驟:身份認(rèn)證：通常使用用戶域名做身份認(rèn)證，企業(yè)需要在運(yùn)營(yíng)商處登記域名和賬號(hào)。用戶撥號(hào)時(shí)，輸入企業(yè)的域名后，運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)器根據(jù)域名和賬號(hào)確認(rèn)該用戶是否為VPDN用戶。如果是VPDN用戶，則找到企業(yè)的LNS（L2TPNetworkServer,L2TP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器），建立隧道，并由LNS完成用戶的身份認(rèn)證。圖1河北省人民醫(yī)院VPDN智慧醫(yī)療系統(tǒng)組網(wǎng)建立L2TP（LayerTwoTunnelingProtocol,第二層隧道協(xié)議）協(xié)議設(shè)置的隧道:此種接入方式通過(guò)CN2（ChinaNetNextCarryingNetwork,中國(guó)電信下一代承載網(wǎng)）電路連接中國(guó)電信無(wú)線核心網(wǎng)設(shè)備及醫(yī)院傳輸設(shè)備，并通過(guò)醫(yī)院本地的LNS路由器接入到醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)，在路由器外側(cè)防火墻進(jìn)行相關(guān)安全策略的網(wǎng)絡(luò)配置。1.2VPDN方案短板移動(dòng)查房：醫(yī)用推車(chē)、PDA（PersonalDigitalAssistant,個(gè)人數(shù)字助手）等移動(dòng)護(hù)理，存在病房查房過(guò)程中業(yè)務(wù)中斷情況。醫(yī)療資產(chǎn)設(shè)備管理容量受限：醫(yī)療資產(chǎn)設(shè)備接入智慧醫(yī)療系統(tǒng)不僅能定位追蹤，防止丟失，而且便于管理，但接入設(shè)備數(shù)量受限。擴(kuò)展性稍差，不能與最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)備相兼容。不能夠有效融合其它醫(yī)療業(yè)務(wù)，如電子白板、取號(hào)機(jī)等。02融合5G網(wǎng)絡(luò)的智慧醫(yī)療MEC方案2.15G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)5G不僅僅是4G的升級(jí)，更是通信技術(shù)質(zhì)的飛躍：通信速率：峰值通信速率可達(dá)到10Gbit/s,提升20倍以上。延遲：無(wú)線時(shí)延小于5ms,提升了10倍以上?？蛇B接數(shù)：強(qiáng)化IoT應(yīng)用，可連接數(shù)提升10-100倍。移動(dòng)數(shù)據(jù)量：5G超大帶寬，移動(dòng)數(shù)據(jù)量將提升100倍。連接密度：每平方公里100萬(wàn)，提升1。倍囹。5G連接成為醫(yī)療健康行業(yè)的最佳服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施。同時(shí)5G連接的部署應(yīng)用將帶來(lái)四個(gè)革命性變化：連接平臺(tái)化、萬(wàn)物在線化、全云化、萬(wàn)物即插即慧。連接平臺(tái)化，即5G無(wú)線接入網(wǎng)將超越管道的角色，成為一個(gè)廣泛存在的平臺(tái)。管道是有瓶頸的，而平臺(tái)是無(wú)限延伸的。萬(wàn)物在線化，即萬(wàn)物默認(rèn)在線，相對(duì)于目前大部分電子設(shè)備“默認(rèn)是離線的，并且彼此之間并不連接”的情況，5G的目標(biāo)是，未來(lái)，離線將成為一件很困難的事。全云化是一個(gè)水到渠成的事。集中的云平臺(tái)和部署在本地的邊緣計(jì)算結(jié)合在一起，這意味著，計(jì)算不再分本地和云端，結(jié)合AI芯片的發(fā)展，AI可以嵌入到終端、邊緣、云端等各種醫(yī)療設(shè)備中去，為醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)無(wú)限潛力。從即插即用到即插即慧，主要指終端，5G技術(shù)將重新定義網(wǎng)絡(luò)終端，人們將看到形式各異的終端涌現(xiàn)，這將顛覆現(xiàn)有電子設(shè)備?；谠萍夹g(shù)、5G網(wǎng)絡(luò)和終端芯片的緊密協(xié)同，更多沉睡的終端將被最終喚醒。2.2智慧醫(yī)療5G融合方案第一階段對(duì)現(xiàn)有查房車(chē)等醫(yī)護(hù)終端設(shè)備進(jìn)行5G化改造，查房車(chē)上裝備5GCPE（CustomerPremiseEquipment,客戶前置設(shè)備），醫(yī)療設(shè)備通過(guò)CPE連接5G網(wǎng)絡(luò)。5G核心網(wǎng)通過(guò)電信專線，完成和省人民醫(yī)院的路由聯(lián)通，保障數(shù)據(jù)安全的同時(shí)，可以提供更良好的服務(wù)質(zhì)量，如圖2所示。圖2

河北省人民醫(yī)院MEC智慧醫(yī)療系統(tǒng)組網(wǎng)第一階段CPE與查房車(chē)連接方式分為網(wǎng)線直連、WIFI直連、無(wú)線網(wǎng)卡連接WIFI等方式。2.3智慧醫(yī)療5G融合方案第二階段新建MEC設(shè)備，匯聚所有醫(yī)院園區(qū)的基站流量。MEC根據(jù)本地分流特性，將本地業(yè)務(wù)流量在近端進(jìn)行卸載，將普通用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)到核心網(wǎng)進(jìn)行處理。由于MEC可以在近端直接和服務(wù)器對(duì)接，無(wú)需再經(jīng)過(guò)核心網(wǎng)迂回，因此業(yè)務(wù)質(zhì)量更好，同時(shí)業(yè)務(wù)安全性更高，部分安全設(shè)備可以縮減部署，如圖3所示。圖3河北省人民醫(yī)院MEC智慧醫(yī)療系統(tǒng)組網(wǎng)第二階段2.4智慧醫(yī)療5G融合方案第三階段查房車(chē)使用特殊智能終端MIFI（D（聰e）,醫(yī)護(hù)終端使用CPE或者支持5G網(wǎng)絡(luò)的終端，如圖4所示。圖4河北省人民醫(yī)院MEC智慧醫(yī)療系統(tǒng)組網(wǎng)第三階段2.55G融合方案應(yīng)用場(chǎng)景河北省人民醫(yī)院結(jié)合醫(yī)療業(yè)務(wù)特征，可將5G融合智慧醫(yī)療應(yīng)用歸納為三類：第一類：基于無(wú)線采集的醫(yī)療監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)護(hù)理類應(yīng)用，如無(wú)線智能監(jiān)護(hù)、移動(dòng)智能護(hù)理和病患實(shí)時(shí)位置釆集與監(jiān)測(cè)、無(wú)線監(jiān)控輸液等，如圖5所示。圖5基于無(wú)線采集的醫(yī)療監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)護(hù)理類應(yīng)用第二類：基于圖像與視頻交互的醫(yī)療實(shí)時(shí)診斷和指導(dǎo)類應(yīng)用，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享、醫(yī)療遠(yuǎn)程查房、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)會(huì)診、實(shí)時(shí)應(yīng)急救援指導(dǎo)、無(wú)線手術(shù)示教和無(wú)線?？茖?shí)時(shí)診斷等，如圖6所示。圖6基于圖像與視頻交互的醫(yī)療實(shí)時(shí)診斷和指導(dǎo)類應(yīng)用第三類：基于實(shí)時(shí)視頻及力學(xué)反饋的遠(yuǎn)程操控類應(yīng)用，如遠(yuǎn)程超聲檢查、內(nèi)窺鏡遠(yuǎn)程檢查和遠(yuǎn)程機(jī)器人實(shí)時(shí)手術(shù)，如圖7所示。圖7基于實(shí)時(shí)視頻及力學(xué)反饋的遠(yuǎn)程操控類應(yīng)用這三類無(wú)線應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延及網(wǎng)速要求各有不同，5G網(wǎng)絡(luò)能完美解決各類場(chǎng)景的需求，具體要求如圖8所示。圖8無(wú)線應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延及網(wǎng)速要求2.6融合5G覆蓋部署河北省人民醫(yī)院智慧醫(yī)療5G融合方案陸續(xù)實(shí)施完畢，以河北省人民醫(yī)院的住院部9層中區(qū)（肝膽外科）為例，5G設(shè)備安裝部署圖示如圖9所示（共計(jì)布放安裝5G模塊8個(gè)）。5G-RSRP測(cè)試覆蓋良好，結(jié)果如圖10所示5G-SINR測(cè)試覆蓋良好，結(jié)果如圖11所示c圖9河北省人民醫(yī)院9樓5G數(shù)字化室分安裝設(shè)計(jì)圖圖105G-RSRP測(cè)試軌跡圖115G-SINR測(cè)試軌跡河北省人民醫(yī)院住院部已經(jīng)完成了5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，測(cè)試指標(biāo)均滿足各類醫(yī)療業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。03融合5G效果對(duì)比融合5G網(wǎng)絡(luò)后，河北省人民醫(yī)院采用MEC方案進(jìn)行應(yīng)用更新，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如圖12所示。圖12河北省人民醫(yī)院方案升級(jí)前后對(duì)比河北省人民醫(yī)院智慧醫(yī)療MEC方案升級(jí)前后應(yīng)用擴(kuò)展性對(duì)比：4G-VPDN方案目前可支持業(yè)務(wù)類型：移動(dòng)查房車(chē)、床旁車(chē)、語(yǔ)音視頻+醫(yī)療圖像與音頻。5G-MEC方案升級(jí)后業(yè)務(wù)類型增強(qiáng)，可滿足極低時(shí)延的業(yè)務(wù)需求，如：AI醫(yī)療、VR+醫(yī)療視頻+觸覺(jué)力反饋、遠(yuǎn)程B超、急救車(chē)輔助等。04智慧醫(yī)療融合5G發(fā)展前瞻5G最新技術(shù)在智能醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用潛力無(wú)比巨大，不僅能幫助醫(yī)院實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化管理，而且也能實(shí)現(xiàn)對(duì)病患者的智能化醫(yī)療，支持醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)部的醫(yī)療數(shù)據(jù)、藥品、人員、設(shè)備及管理的全流程數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)管理標(biāo)準(zhǔn)化、流程數(shù)字化、信息數(shù)字化、醫(yī)療流程化、服務(wù)人性化，進(jìn)而解決醫(yī)療平臺(tái)支撐薄弱、醫(yī)療安全所含隱患、醫(yī)療服務(wù)水平較低等問(wèn)題。利用5G技術(shù)創(chuàng)建“智慧醫(yī)療”服務(wù)平臺(tái)及體系,可為醫(yī)療領(lǐng)域帶來(lái)更大便利，如圖13所示。圖135G網(wǎng)絡(luò)能力與醫(yī)患收益關(guān)系首先可以將現(xiàn)有的醫(yī)療設(shè)備無(wú)線化，進(jìn)而大大降低醫(yī)療費(fèi)用負(fù)擔(dān)。其次是通過(guò)5G等信息化