基于MEC边缘计算的智慧医疗解决方案

基于MEC边缘计算的智慧医疗解决方案医疗服务关乎国际民生，世界瞩目。但是目前仍面临着医疗资源不均，健康、养老资源实现医疗信息化，可以大幅度提高医疗效远程会诊、移动查房和在线监控、可穿戴设速发展阶段，生态环境和生活方式不断变化，目前仍面临着医疗资源不均，健康、养疗设备、医疗方式等在新时期已经落伍，信息技术应用水平较低，智慧医疗成为人们关印发《"健康中国2030"规划纲要》提出了2030年实现人民健康目标,随着智慧医疗体的智能化医疗体系[1]。智慧医疗利用物联网、云计算、大数据、智能硬件等新一代信息技术产品，能够实现医院、个人、家庭、置，推动医疗服务智慧化升级，提升医疗服本文首先对面向5G的智慧医疗行业进行介的特性、部署方案及面向智慧医疗的平台架构和关键技术；最后详细介绍了三个典型的会诊、移动查房和在线监控、可穿戴设备健康管理解决方案，以期借助高速发展的无线康产业的发展插上腾飞的翅膀，实现优质医疗资源下沉，让高质量的医疗服务飞入寻常2、智慧医疗业务分析5G时代，传统医疗可以依托计算机、可穿戴、物联网、无线通信和云计算等技术，充医院的医疗技术优势，在疾病诊断、监护和智慧医疗服务。目前产业界纷纷开展了智慧广等课题研究。结合医疗业务特征，可以将移动护理和患者实时位置采集与监测等。的移动查房、采用医疗服务机器人的远程查房、远程实时会诊、应急救援指导、无线手第三类：基于视频的远程操控类应用，如远这三类无线应用场景对网络的带宽和时延2.1医疗检测与护理类应用(1)患者定位管理重要的医疗应用。日常工作中，医护人员需患者未经批准离开病区时，启动应急程序，立即联系家属，查看监控，请求安保人员在全院区范围搜寻，必要时还会采取报警，请求警方帮助。因为患者走失是重大医疗事件，一方面患者离开病区造成治疗延误致使量，甚至承担赔偿责任。随着无线定位技术位置，节省定期巡视的工作量。坐标信息(十几个字节大小)，每1~2秒传对于意识不清、精神病和传染病患者等，医院需要重点监控患者活动范围。当检测到患者活动超出预设活动区域时(比如在病区出口外5~10米设置界线)，触发报警，启动应急程序。当出现患者离开医院住院楼，甚方便搜寻。(2)患者监护患者监护是指通过一些可穿戴设备对患者情判断和处理。通常会对两类患者进行监护：①术后患者：术后病情变化风险大，医护人员需要持续对患者的生命体征进行监护；②突发性疾病患者：如心脏病患者，日常生活中也需要生命体征监护。体积小、价格低、携带方便等，穿戴式移动用户健康信息感知系统也会成为社会医疗戴监护设备可以持续进行患者位置上报和生命体征信息的采集、处理和计算，并传输及患者位置等信息[5]。患者位置信息为十几生命体征信息由心电、呼吸和血氧等生理信号采样波形、参数值和报警信息组成，以心2.2医疗诊断与指导类应用(1)远程实时会诊远程实时会诊通常发生在医疗联合体的医院之间，或者医院总院和分院之间，可以有专家可以通过视频实时指导基层医生对患学图像、诊断单、化验单、检测报告，还需为例，医生不仅要看到超声图像，还需要知查信息共享，视频交流一般在医患两侧配置1080P高清视频，通信速率为5Mbps，需要网络提供大带宽和低时延的通信保障[3]。(2)AR/VR示教AR/VR示教可以构建完整的虚拟现实手术场景，全方位展示患者情况、手术创口、手术医生可以通过视讯设备和远端医务人员或学员可以通过佩戴AR/VR同步看到真实的手术环境和患者实时的医疗信息。AR/VR还可以进行在线实时采编录像和无线直播，实现手术音像资料存档、远程观摩教学和专家指导。无线手术示教需要传输多种视频和图像信息，以内窥镜手术为例，手术需要传输。这三类视频的主流分辨率为2.3远程操控类医疗应用(1)远程机器人手术机器人手术时一种可控交互式远程医疗服务，突破地域限制，医生和专家可以远离手术台，坐在操作控制台中，根据高清视频回传的手术创口、手术台画面和患者情况，并且通过操作手柄来远程控制患者体内的机械臂、手术器械进行手术。远程机器人手术不仅需要大的带宽、低时延，对定位的精度要求也特别高，尤其是在一些微创手术中，切口可能只有5~8mm,差之毫厘，谬以千(2)远程机器人内窥镜检查医疗服务。其中，视频交流通过医生端者端机器人机械手传感器的采集和反馈来完成，远程操控通过操作摇杆完成。频信号分别为患者端摄像头视频(1080P)和超声影像视频，每路信号通信速率各约5Mbps。操作摇杆控制信号和力反馈触觉信3.1智慧医疗对网络的需求智慧医疗融合了多种通信技术，包括4G、Computing,MEC)等技术，并具备向5G平还降低了整体投资和运维成本。此外，安全是医疗领域对网络的特殊要求。要求，网络需要具备较高的安全性和可靠性，如采用安全隧道协议IP-Sec，在网络边缘节点部署电信级防火墙来确保其安全性，采用无线网络协议中的握手信息以及定时节点通过冗余备份甚至异地容灾方案确保3.2面向智慧医疗的MEC关键技术中多种多样的医疗设备和可穿戴设备接入，特点[6]，可以有效满足未来高清视频、VR/医疗信息化，智能化，可以进一步提高医疗效率。服务器可以解析S1消息实现业务的分流，而不用经过接入、汇聚、核心等多个传输环现流量卸载，从而减轻骨干网的压力，大大理、实施编解码、视频分析功能以及高效的AI算法，满足智慧医疗中高清视频等低时延EC医院，为接入用户选择性的提供带有本地服务内容，流量并不经过公网，可以将敏感信全，实现了业务隔离。3.3面向智慧医疗的MEC架构面向智慧医疗的MEC架构从逻辑上可以分为：无线终端层、基础网络层、虚拟化层、无线终端层主要包括普通手机或者无线医疗设备，比如移动护理终端机、移动查房终端机、医疗服务机器人、监护仪和超声等。经集成有无线通信模组的移动护理终端(如在医院，院内无线网络是最关键部分。本地件方面包括计算、存储、网络以及加速器资硬件解耦，不被硬件设备商捆绑，同时硬件形态设计上会考虑边缘节点和边缘机房特有的限制，例如位置、空间、供电以及特定的业务场景需求等。虚拟化层(CloudOS)对各类硬件资源进行虚拟化并高效地管理虚拟资源。可以使用OpenStack或者基于开务数据传输的安全性，可以采用智能路由、联接管理、能力开放和网络QoS保障等技术，构建一张医疗业务本地化的虚拟专网。放能力，服务平台上集成第三方应用或者在MEC上部署第三方应用，如针对患者提供娱乐资源(比如视频和游戏等)，增添了患者的医院生活丰富性。能力开放是通过公开MEC提供无线网络信息和位置信息等多种服务。综合考虑第三方应用在系统架构及业务逻辑方面的差异，实现网络能力简单友好开放，同时随着网络功能进一步丰富，可向第复杂改动。例如位置能力开放。无线医疗虚的定位能力，并且能够定位到病房。4G蜂窝定位技术可以实现特殊患者的位置管理、医院人流统计和热力图分布。5G毫米波频段的室内小站可以获得亚米级的定位精度，应用平台可以对各类医疗业务的应用系统远程医疗平台和应急救援平台等。MEC的典型应用MEC平台下沉到网络边缘，可以为移动终端提供本地大带宽和低时延4.1移动查房和在线远程监控查房移动查房和在线远程监控查房以无线网络可快速查询病人病历、医嘱、检验单、检查报告、体温单、特别护理单等诊疗数据，还础，大大降低了医疗成本，简化了医疗工作流程，提高了工作效率，让医生更好地为患处方信息，用药记录，体温、血压，历史检测数据，新入病人通知，实时录入病人用药高护理质量和效率。生用手持终端通过无线网络进行查房，查看、输入及修改医嘱，并可用手持终端随时查询病房情况，或将病房内最新视频情况推疗信息，保证诊疗信息的完整，并且给以用户全新的高清、低时延体验；支持影像显示持浏览器直接访问，无需装插件，随时调取云的安全性设计分别从物理网络层面、通讯数据层面、信息保存于院外传输和安全证书这几个方面考虑，保证医院运营信息、患者基本信息、病情信息等多项极度敏感、隐私ealth 医疗相关的服务或信息]和葡萄糖监测仪等储的数据可用于更新患者的数字医疗记录；产的数据量。边缘计算(EdgeComputing)医院和医生提供可靠和最新的患者信息。及时的实时响应。可穿戴健康管理设备一般采用基站-传输设备-核心网-上云这条数据传输链路，而边缘计算具有可以在本地独立-传输设备-MEC-终端这条链路，无需经过核心网，在本地就可以及时响应，对患者生命健康实现告警处理，能够第一时间及时响应；边缘计算能够确保实时数据本地存活。可穿戴设备健康管理各个设备联网管理上云很重要，但与云的链路一旦中断，就需要数据实时存在网关上，待网络恢复后上传；云建立连接，上传云端；边缘计算能够更好4.3远程会诊制，对于目前国家大力推进的分级诊疗普及，医疗资源的互联共享，偏远地区的医疗水平提升，实现医疗公平与医疗体系数字化已经成为从政府到医疗单位整个社会发展的大势所趋，远程医疗已经成为实现分级诊的远程医疗视讯系统将各级医疗单位实现互联，对于医疗单位，远程医疗解决方案实会诊，远程病患资料调用等多用途功能，也可以使用移动终端通过M3D