关于5G技术在智慧医疗中应用的研究

摘要：智慧医疗是解决医疗资源不足、提升医疗服务水平的重要方案，也是现代医疗信息化的重要应用，但其对网络环境要求较高。5G技术的超可靠、低延时、高速率、多并发和支持海量连接的特性，与智慧医疗应用的网络需求高度契合。为此，本文对5G技术在智慧医疗中的应用展开了深入研究：首先研究了5G技术特性及三大应用场景；然后对基于5G技术的智慧医疗应用架构展开分层设计；最后结合5G技术特性和智慧医疗的应用需求，对5G智慧医疗的应用场景展开分析。

关键词：5G技术；智慧医疗；医疗信息化

医疗是保障老百姓身体健康与社会稳定发展的重要基石，为了实现中华民族的伟大复兴必须不断提高医疗现代化水平。近年来，我国不断加大对医疗卫生服务事业的投入，在医卫领域取得了巨大成功，但从整体来看与西方发达国家仍然存在较大差距，如医疗资源不足，基层医疗服务能力薄弱等诸多问题[1]。《中国医疗卫生服务体系规划纲要（2015-2020年）》指出，应积极应用先进的物联网、云计算等先进技术，推动医疗资源信息化、共享化，创新服务供给，提高医疗健康服务能力与普惠水平。同时许多专家学者与研究机构提出了智慧医疗方案，实现医疗资源的智慧化管理，以及远程诊断、远程手术等，致力于提高我国医疗卫生服务的智慧化，缓解医疗资源分布不均等问题[2]。但智慧医疗的实现需要依托低延时、高速率的先进通信技术，而5G技术的特性与智慧医疗的网络需求高度契合。鉴于此，本文将深入探讨5G技术在智慧医疗中的应用，以期推进智慧医疗的应用和发展。

1 5G技术概述

5G即第5代移动通信技术，代表未来5-10年移动通信技术的发展方向。5G技术与前几代移动通信技术相比，不仅关注着人与人之间的信息交互，还聚焦于物与物之间、人与物之间的互联，在物联网、无人驾驶、智能制造等方面具有广

阔的应用空间[3]。国际电信联盟无线电通信局（ITU-R）根据5G技术的特性，定义了5G技术的三类主要应用场景。

1.1 超可靠低延迟通信（uRRLC）

5G技术通过对帧结构的优化设计，以及采用集中单元（CU）/分布单元(DU)的分布式管理、切片式网络架构等多种先进技术，使其具有超可靠、低延迟的特性，其响应时间降低至0.001-0.002s，是4G技术的1/50。这种超可靠、低延迟的特点非常适用于具有快速响应要求的应用场景，如远程医疗、车联网、工业智能等。

1.2 增强型移动宽带（eMBB）

5G技术采用了波束成形技术、大规模天线技术，使得应用5G技术进行通信时，能用更大规模的电波群进行数据传输，具有更大的移动带宽，可将下行速率提升至1Gbit/s，是4G的100倍[4]。5G技术的高带宽特性，能有效提升用户的上网体验，也为有大带宽需求的移动传输业务提供了移动高速率保证，如VR（虚拟现实）、4K/8K超高清视频业务等。

1.3 万物互联（mMTC）

伴随着智慧城市、智慧社区、数字乡村等应用场景的推出，万物互联成为当前研究的热点。但是万物互联需要有良好的网络环境，前代的4G技术主要应用于移动语音、视频通话等场景，通常一座通信基站可保持100部移动终端接入，并不适合应用于万物互联，而每座5G基站可接入1万部终端，可见5G技术的高并发、多通道数据传输特性，能为万物互联提供良好的网络基础保障[5]。

2 5G技术在智慧医疗中的应用架构设计

基于5G技术的智慧医疗应用架构设计以5G技术特性为基础，依托感知、应用与云计算等技术生态，形成以“端、边、管、云+应用”的多层应用架构体系，具体内容见图1所示：

图1 5G智慧医疗技术架构 2.1 感知层

智慧医疗是以海量的基础数据为依托，数据的获取依赖于各类感知设备，即利用感知层的各类感知设备完成智慧医疗所需各项数据的采集。感知层即感知设备所处的层级，随着5G技术、智能物联网（AIoT）技术的发展，感知层设备均具有强大的边缘计算与数据传输能力，能够持续稳定且快速地完成各类数据的采集、处理与传输，例如医护人员的手持PDA、医用机器人、医疗传感器等。

2.2 传输层（网络层）

传输层是以5G技术为依托，将感知层采集的各类数据传输至数据层，同时将应用层下发的各类指令传输至感知层，即传输层依托5G技术为智慧医疗提供高速率、低时延、超可靠的网络服务，实现智慧医疗中各类数据的传输与交互。

2.3 数据层

数据层主要存储、管理智慧医疗中各类数据，为应用层提供数据支撑。数据层是智慧医疗的核心，为业务重构、医疗信息化提供数据支持，同时也打破了医疗机构内部的信息孤岛，以及外部的组织壁垒[6]。同时通过数据层提供的海量数据分析，能够促进医疗技术的发展与进步。

2.4 应用层

应用层是结合5G技术特性，以数据层为依托，为智慧医疗应用提供支撑服务。医疗机构可结合其智慧医疗建设需求构建各类医疗应用系统，如紧急救援系统、远程监护系统、医疗设备监控系统等。

2.5 安全体系

5G技术与4G技术相比，组网更灵活开放，功能更丰富多样，为智慧医疗的多场景应用夯实了基础。但4G系统在智慧医疗架构中，感知层存在海量的联网设备，具有网络下沉分散、边缘不可靠的特点，给网络安全带来了威胁。同时数据层中的数据服务器、数据中控，以及应用层的各类系统均需要联网，也成了网络安全的弱点[7]。因此，为了保障智慧医疗中的信息与数据安全，在5G智慧医疗架构中，必须构建网络安全体系，形成软硬件、主被动防御相结合的多重网络安全防御机制。

3 5G技术在智慧医疗中的应用场景

5G技术具有uRRLC、eMBB、mMTC三大应用场景，与智慧医疗应用的网络需求高度契合，以下将结合5G技术的特性，以及智慧医疗的应用需求，对5G技术在智慧医疗中的应用场景进行论述。

3.1 远程诊疗

远程诊疗是利用网络技术实现跨越时空的疾病诊断与治疗，能够合理调配医疗资源，解决医疗资源分配不均的现状。若在面对重大疫情时，为降低医护人员感染风险，此时远程诊断便具有良好的优势。例如，一是在武汉新冠病毒肆虐期间，武汉协和医院第一时间采用5G技术构建了5G远程医疗智慧诊室，当本院需要北京、上海等医院专家会诊时，对方可将影像资料和诊疗方案实时同步上传，利用5G技术高速率、低延时的特性进行信息共享，实现远程会诊；二是我国为支持海外国家抗疫，援鄂国家远程医疗队多次采用5G技术与海外专家团开展多学科远程会诊。由此可见，远程诊疗已经成为智慧医疗的重要应用，但其是以互

联网为依托，需要高速率、超可靠、低延时的网络技术支撑，5G技术则具备该特性，完全符合远程诊疗的技术需求。

3.2 远程手术

远程手术是以VR、互联网技术为依托，结合手术现场传送的影像数据，通过远程操作手术室的医疗仪器对患者实施手术的一种方式。手术是一项精密性操作，远程手术的应用必须保障其数据交互的实时性，其网络必须具有低时延、超可靠的优点，而5G技术的特性为远程手术提供了保障。目前，基于5G技术的远程手术已得到成功应用，例如，贵州省人民医院能够远程操作机器人完成骨科手术，福建医科大学附属口腔医院可完成远程种植牙手术，广东省人民医院能完成远程心脏外科手术等。

3.3 辅助护理

目前，我国已进入老龄化社会，并呈现老龄人口基数大、增长快、空巢多等特点，养老护理需求极大。另一方面，我国还拥有大量的高血压、高血脂、糖尿病等慢性疾病患者，居家护理需求亦巨大。但当前我国医护资源短缺，已无法满足老龄化社会、慢性病患者迫切的护理需求。辅助护理是利用5G技术低时延、超可靠、高速率的特性，远端采集安装于患者侧的传感器的各类监测数据，并上传到AI医疗辅助系统，对患者身体状态进行科学分析评估，再由医护人员为患者提供个性化的医疗咨询和医疗护理等服务。随着机器人技术的不断进步，AI医疗辅助系统智能决策后，还可由护理机器人开展医护工作。例如，疫情期间为避免医护人员感染，浙江省人民医院利用5G技术操控武汉方舱医院的超声机器人为患者进行超声检查；在日本，可结合5G技术，为偏瘫、行动失能患者提供智能轮椅，不仅能够实时监测患者的移动情况，且当患者出现异常风险后能及时介入并报警。

除上述应用场景外，强大的5G技术结合物联网、云计算与人工智能等技术，在智慧医疗中还具备远程指导、远程监测等应用场景。如远程指导可进行远程健康教育、移动查询，远程监测可进行智能输液监测、远程健康监护、位置追踪服务等。

结束语

智慧医疗是在新趋势下，以充分发挥医疗机构的技术优势、提高医疗资源利用率、提高医疗服务水平为目的智慧化医疗方案。智慧医疗的应用必须要有超可靠、低延时、高速率、高安全、高并发、支持海量连接的网络技术支持。因5G技术特性与智慧医疗对网络的要求高度契合，所以5G技术的商用为智慧医疗的应用提供了有效保障。本文结合5G技术的特性和智慧医疗的实际需求，对5G技术在智慧医疗中的应用展开了研究，完成基于5G技术的智慧医疗应用架构设计和分层设计，有效地保证了智慧医疗体系的业务扩展性，并结合5G技术uRRLC、eMBB、mMTC三大应用场景，对5G智慧医疗的应用场景进行了分析，充分体现了5G技术与医疗行业的有力融合，将极大程度地提高我国医疗资源利用率和服务水平、促进我国医疗健康事业的繁荣发展这一无疑事实。

参考文献：

[1]国家卫生健康委. 全国医院信息化建设标准与规范(试行) [S]，2018. [2]. 《关于促进“互联网+医疗健康”发展的意见》国办发〔2018〕26号[R]，2018.

[3]中国信息通信研究院. 5G 时代智慧医疗健康（2019年）[R]，2019.

[4]杜晓明,李一明. 5G推动智慧医疗跨越式发展[J].通信企业管理,2019(10):42-45.

[5]黄广建,常洪涛. 基于5G无线网络智慧医疗应用的发展[J].中国新通信,2019,21(15):111-112.

[6]刘洋. 5G对医疗信息化发展分析[J]. 通讯世界,2020,27(2):52-53. [7]赵峰,孙小磊,胡益斌,等. 5G技术在医疗领域中的应用探讨[J].中国医疗设备,2020,35(11):158-161.

作者简介：张惟凯(1985年7月1日)，性别：男，民族：汉，籍贯：辽宁沈阳，学历：硕士，职称：工程师，现工作或学习单位：中移铁通有限公司辽宁分公司，研究方向：5G移动通信技术。