5G醫療專題--5G工業網關在醫療健康行業應用場景與需求技術方案
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一、醫療健康
目前，醫療健康行業正以4G等信息通信 技術為依托，充分利用有限的醫療人力和設備 資源，同時發揮大醫院的醫療技術優勢，在疾 病診斷、監護和治療等方面提供信息化、移動 化和遠程化醫療服務。5G將進一步創新醫療健 康領域的智能化服務和應用，節省醫院運營成 本，促進醫療資源共享下沉，提升醫療效率和 診斷水平，緩解患者看病難的問題，協助推進 偏遠地區的精準扶貧。
應用場景與需求
目前，醫療健康無線業務場景眾多，圍繞就 醫途徑的不同，可分為醫院內/醫院間診療和管 理、在途醫療應急救援以及社區/家庭醫療服務 等。根據醫療業務的特征，可將其應用場景歸為 三大類： 第一類：基于醫療設備數據無線采集的 醫療監測與護理類應用。如無線監護、無線輸 液、移動護理、機器人導醫和患者實時位置采 集與監測等。 第二類：基于視頻與圖像交互的醫療診斷與 指導類應用。如實時調閱患者影像診斷信息的移 動查房、采用醫療服務機器人的遠程查房、遠程 實時會診、應急救援、無線手術示教和無線專科 診斷等。 第三類：基于視頻與力反饋的遠程操控類應 用，如遠程機器人超聲檢查、遠程機器人內窺鏡 檢查和遠程機器人手術。 這三類無線應用場景對網絡的帶寬和時延要 求各有不同，具體要求如下圖所示：
醫療健康應用場景分類示意圖
針對上述三類醫療健康業務，選取八大應用 場景進行深入分析。
（1）無線監護
通過對患者生命體征進行實時、連續和長時 間的監測，并將獲取的生命體征數據和危急報警 信息以無線通信方式傳送給醫護人員。無線監護 使醫護人員實時獲悉患者當前狀態，做出及時的 病情判斷和處理。 該應用主要適用于術后康復患者和突發性疾 病患者，醫院可采用無線可穿戴監護方式，實現 無活動束縛的持續患者監護。
無線監護場景對無線網絡的需求
（2）移動查房
醫生在查房過程中使用手持移動終端通過 無線網絡聯接醫療信息系統，實現電子病歷的 實時輸入、查詢或修改，以及醫療檢查報告快速調閱。 考慮到需要在多個病房間穿梭查房，無線網 絡需要無死角覆蓋整個病區，避免網絡掉線重登 錄影響工作效率。
移動查房場景對無線網絡的需求
（3）機器人查房
在遠端醫生的操控下，控制機器人移動到指 定病床，調整機器人頭部的屏幕和攝像機角度， 與患者進行高清視頻交互，實現遠程查房，提升工作效率。大型醫院專家對基層小型醫院患者進行遠程查房，可實現優質醫療資源下沉，提高醫療服務水平。
機器人查房對無線網絡的需求
（4）遠程實時會診
由遠端醫療專家通過視頻實時指導基層醫生對患者開展檢查和診斷的咨詢服務。隨著手持超 聲和移動數字X光攝影系統等移動式無線醫療設 備的出現，越來越多的醫療檢查開始由檢查室延伸到病房，從而推動了遠程實時會診延伸到患者床旁。
遠程實時會診基于高清視頻，部分業務還需 實時回傳患者端的醫療操作手法，需要5G網絡提 供大帶寬和低時延的通信保障。
遠程實時會診對無線網絡的需求
（5）應急救援
在疾病急救和自然災害救援現場，醫療人員將傷情檢查結果傳輸到應急指揮中心和醫院，同時針對疑難病情患者，通過移動終端由醫院進行遠程救治指導。在急救車轉運途中，醫療人員可通過移動終端調閱患者電子病歷信息，通過車載移動醫療裝備持續監護患者生命體征，并通過車載攝像頭與遠端專家協同診斷治療。
應急救援現場和救護車移動途中，均為室外環境，需要廣域覆蓋的網絡。另外，醫療信息傳輸的安全性和可靠性需要做專門保障,5G可以很好地滿足相關需求。
應急救援對無線網絡的需求
（6）無線手術示教
通過術野攝像機對手術創口、手術臺畫面和醫療儀器（如內窺鏡和監護儀等）畫面進行在線實時采編錄像和無線直播，實現手術音像資料存檔、遠程觀摩教學和專家指導。可以幫助提升偏遠醫院的醫療技術水平，支持手術現場醫生和遠 端會診專家或學員進行視頻實時交流。
手術室設備多，線纜亂，影響手術操作活動，對5G無線通信需求強烈。
無線手術示教對無線網絡的需求
（7）遠程機器人超聲
基于通信、傳感器和機器人技術，由醫療專 家根據患者端的視頻和力反饋信息，遠程操控機器人開展超聲檢查醫療服務。其中，視頻交流通 過醫生端和患者端的攝像頭完成，反饋信息通過機器人機械手傳感器采集和反饋，遠程操控通過操作搖桿完成。此外，超聲機器人的控制和反 饋信息需要低時延的可靠通信傳輸，以保障超聲 檢查流暢開展，對5G網絡有較高要求。
遠程機器人超聲對無線網絡的需求
（8）遠程機器人手術
依托機器人、定位和傳感等技術，為實現 手術微創性，采用電子機械手開展手術。首先 將手術方案參數傳送給機器人,機器人進行手 術位置精確定位，并根據醫生指令執行自動化 過機器人機械手傳感器采集和反饋，遠程操控通過操作搖桿完成。此外，超聲機器人的控制和反 饋信息需要低時延的可靠通信傳輸，以保障超聲檢查流暢開展，對5G網絡有較高要求。 或半自動化的手術操作。機器人手術定位有雙目視覺和X光透視兩種方式，視覺定位具有非接觸性、較高的準確度和無輻射性的優點。目前網絡難以滿足相關需求，需要在5G網絡中逐步實現。
遠程機器人手術對無線網絡的需求
二、技術方案
無線醫療健康從邏輯上包含無線終端層、基礎網絡層、虛擬專網控制層和應用平臺層，不同功能模塊對于5G的技術需求如下：
無線醫聯網邏輯功能圖
無線終端：普通手機或無線醫療設備，比如移動護理終端機、移動查房終端機、醫療服務機 器人、監護儀和超聲等，其無線通信模組可直接接入到4G/5G網絡。
基礎網絡：采用無線蜂窩網絡（4G/5G）作 為基礎性網絡，實現室內和室外廣域連續性傳輸 和7×24小時實時在線。5G給醫療健康帶來無限 潛能，對于醫療視頻類業務，需要5G eMBB應 用場景支持多路大流量高清視頻，支持醫療VR/ AR應用，如AR手術。對于醫療操作類業務， 需要5G uRLLC場景，提供高可靠性和毫秒級低 時延，支持遠程觸覺傳遞和眼球追蹤應用，如遠 程手術。此外，5G mMTC應用場景提供的超大 連接能力，能夠在醫院內外提供大量醫療設備聯 接，支持24小時實時健康監測。
虛擬專網控制：利用MEC邊緣計算技術、 5G網絡切片技術，構建醫療健康虛擬專網，實現 醫療業務系統、醫生、患者、設備和救護車應急 救援的連接，為醫療業務分配專有的無線空口資 源和控制管理，保障實時性、可靠性和安全性。
三、發展中存在的問題
5G醫療應用頂層設計不夠完善，缺乏相關文件引導。目前，國家層面未出臺相關文件引導5G醫療的創新應用。需要國家層面協調設計跨行業應用，形成統籌機制，并加強監管保障，引導5G醫療行業創新應用健康良性發展。
缺乏5G醫療的試驗驗證和標準體系。無線醫療健康應用場景眾多，不同應用場景對于網絡的需求差別較大，目前基于5G醫療應用的試驗驗證尚未展開，缺乏對5G醫療相關技術方案以及樣機設備的驗證，尚無具體標準規范定義5G醫療的網 絡指標要求，尚未建立標準體系。
各醫院醫療業務與無線網絡結合不足，信息化程度參差不齊，存在穩定性和安全性隱患。目前，國內各醫院醫療服務無線化程度較低，例如我國多數急救車尚不具備遠程診療能力，導致腦卒中、心臟病等患者在“黃金搶救時間”內難以得到有效救治。此外，由于國內對醫療機構信息化建設缺少明確規定，有些醫院的信息化程度相 對滯后，存在穩定性和安全性隱患。
四、5G醫療健康未來發展趨勢
5G醫療應用逐步從院內應用向院間、家庭應用過渡發展。目前醫療業務的開展主要在醫院內 部開展，隨著5G即將商用，便攜、無線化醫療設備資源將逐步走進基層醫療機構和個人家庭，實體大型醫院將逐步支持院間的遠程醫療業務，預計將在2022年實現5G醫療院間應用，并逐步發展為面向醫聯體、社區、家庭的醫療服務網。
5G可實現醫療健康應用中各要素之間的全連 接。隨著智能醫療業務走向云化，醫療設備、信息系統、醫務人員、患者、管理人員將通過5G等無線網絡實現互聯互通， 醫療信息服務逐步從無線化走向遠程化、智能化。結合5G、人工智能以及云計算，實現醫 線上線下對接，通過便攜式5G醫療終端與云端醫療服務器或遠程醫療專家溝通，享受隨時隨地的醫療服務。
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