融合5G网络的智慧医疗应用

00引言当前在以5G（5th-Generation,第五代移动通信技术）为代表的云计算、物联网、大数据、人工智能等新技术的驱动下，人类社会进入万物互联的全连接的智能时代，智能社会正在影响每个人、每个家庭、每个组织。特别对医疗行业，如何借助5G,同时整合人工智能成果和大数据智慧，为医疗健康产业的发展增加活力，让高质量的医疗护理服务于广大百姓，成为各级医疗机构面临的首要问题。河北省人民医院率先采用智慧医疗系统：即利用4G（4th-Generation,第四代移动通信技术）及VPDN（VirtualPrivateDial-upNetworks,虚拟专用拨号网）加密网卡将移动床旁车拍摄的影像资料实时回传回PACS（PictureArchivingandCommunicationSystems,影像归档及通信系统系统），无需将床旁车推回影像科利用有线进行传输。PACS即影像归档及通信系统。它是应用在医院影像科室的系统，将日常产生的各种医学影像（包括核磁共振,CT,超声波,各种X光机,各种红外仪器、显微仪等设备产生的各类图像）通过各种接口（模拟,DICOM,网络）以大数据、数据化的方式海量保存起来，当需要的时候可通过授权，随时调回使用，同时增加部分辅助诊断和医疗管理功能。目前，河北电信已完成河北省人民医院5G基站安装与调测，为满足智慧医疗更快速度、更短时延、更高效率、更高要求，最终制定人民医院融合5G网络的智慧医疗MEC（Multi-accessEdgeComputing,多接入边缘计算）业务组网方案。医疗设备通过智能终端连接5G网络，实时采集病人信息，如血压、体温、脉搏等数据，将数据及时传送到医院，医生通过显示屏远程查看病人情况，并且根据不同病症，提前通知医院准备医疗设备和人员。5G网络提供超大带宽、超低时延的网络能力，从而保障病人信息的及时传送，抓住黄金抢救时间，提高救治几率。01现状描述1.1河北省人民医院4G-VPDN方案VPDN采用专用的网络加密通信协议在公共网络上为企业建立安全的虚拟专网，人民医院各病区移动床旁车可从远程经由公共网络通过虚拟加密隧道实现和单位总部之间的网络连接，而公共网络上其它用户则无法穿过虚拟隧道访问单位内部网的资源，河北省人民医院VPDN智慧医疗系统组网如图１所示。实现VPDN业务的主要步骤:身份认证：通常使用用户域名做身份认证，企业需要在运营商处登记域名和账号。用户拨号时，输入企业的域名后，运营商的服务器根据域名和账号确认该用户是否为VPDN用户。如果是VPDN用户，则找到企业的LNS（L2TPNetworkServer,L2TP网络服务器），建立隧道，并由LNS完成用户的身份认证。图1河北省人民医院VPDN智慧医疗系统组网建立L2TP（LayerTwoTunnelingProtocol,第二层隧道协议）协议设置的隧道:此种接入方式通过CN2（ChinaNetNextCarryingNetwork,中国电信下一代承载网）电路连接中国电信无线核心网设备及医院传输设备，并通过医院本地的LNS路由器接入到医院内网，在路由器外侧防火墙进行相关安全策略的网络配置。1.2VPDN方案短板移动查房：医用推车、PDA（PersonalDigitalAssistant,个人数字助手）等移动护理，存在病房查房过程中业务中断情况。医疗资产设备管理容量受限：医疗资产设备接入智慧医疗系统不仅能定位追踪，防止丢失，而且便于管理，但接入设备数量受限。扩展性稍差，不能与最新的物联网技术设备相兼容。不能够有效融合其它医疗业务，如电子白板、取号机等。02融合5G网络的智慧医疗MEC方案2.15G网络优势5G不仅仅是4G的升级，更是通信技术质的飞跃：通信速率：峰值通信速率可达到10Gbit/s,提升20倍以上。延迟：无线时延小于5ms,提升了10倍以上。可连接数：强化IoT应用，可连接数提升10-100倍。移动数据量：5G超大带宽，移动数据量将提升100倍。连接密度：每平方公里100万，提升1。倍囹。5G连接成为医疗健康行业的最佳服务基础设施。同时5G连接的部署应用将带来四个革命性变化：连接平台化、万物在线化、全云化、万物即插即慧。连接平台化，即5G无线接入网将超越管道的角色，成为一个广泛存在的平台。管道是有瓶颈的，而平台是无限延伸的。万物在线化，即万物默认在线，相对于目前大部分电子设备“默认是离线的，并且彼此之间并不连接”的情况，5G的目标是，未来，离线将成为一件很困难的事。全云化是一个水到渠成的事。集中的云平台和部署在本地的边缘计算结合在一起，这意味着，计算不再分本地和云端，结合AI芯片的发展，AI可以嵌入到终端、边缘、云端等各种医疗设备中去，为医疗健康产业的发展带来无限潜力。从即插即用到即插即慧，主要指终端，5G技术将重新定义网络终端，人们将看到形式各异的终端涌现，这将颠覆现有电子设备。基于云技术、5G网络和终端芯片的紧密协同，更多沉睡的终端将被最终唤醒。2.2智慧医疗5G融合方案第一阶段对现有查房车等医护终端设备进行5G化改造，查房车上装备5GCPE（CustomerPremiseEquipment,客户前置设备），医疗设备通过CPE连接5G网络。5G核心网通过电信专线，完成和省人民医院的路由联通，保障数据安全的同时，可以提供更良好的服务质量，如图2所示。图2

河北省人民医院MEC智慧医疗系统组网第一阶段CPE与查房车连接方式分为网线直连、WIFI直连、无线网卡连接WIFI等方式。2.3智慧医疗5G融合方案第二阶段新建MEC设备，汇聚所有医院园区的基站流量。MEC根据本地分流特性，将本地业务流量在近端进行卸载，将普通用户的数据业务转发到核心网进行处理。由于MEC可以在近端直接和服务器对接，无需再经过核心网迂回，因此业务质量更好，同时业务安全性更高，部分安全设备可以缩减部署，如图3所示。图3河北省人民医院MEC智慧医疗系统组网第二阶段2.4智慧医疗5G融合方案第三阶段查房车使用特殊智能终端MIFI（D（聰e）,医护终端使用CPE或者支持5G网络的终端，如图4所示。图4河北省人民医院MEC智慧医疗系统组网第三阶段2.55G融合方案应用场景河北省人民医院结合医疗业务特征，可将5G融合智慧医疗应用归纳为三类：第一类：基于无线采集的医疗监测与实时护理类应用，如无线智能监护、移动智能护理和病患实时位置釆集与监测、无线监控输液等，如图5所示。图5基于无线采集的医疗监测与实时护理类应用第二类：基于图像与视频交互的医疗实时诊断和指导类应用，如实时数据共享、医疗远程查房、远程实时会诊、实时应急救援指导、无线手术示教和无线专科实时诊断等，如图6所示。图6基于图像与视频交互的医疗实时诊断和指导类应用第三类：基于实时视频及力学反馈的远程操控类应用，如远程超声检查、内窥镜远程检查和远程机器人实时手术，如图7所示。图7基于实时视频及力学反馈的远程操控类应用这三类无线应用场景对网络的时延及网速要求各有不同，5G网络能完美解决各类场景的需求，具体要求如图8所示。图8无线应用场景对网络的时延及网速要求2.6融合5G覆盖部署河北省人民医院智慧医疗5G融合方案陆续实施完毕，以河北省人民医院的住院部9层中区（肝胆外科）为例，5G设备安装部署图示如图9所示（共计布放安装5G模块8个）。5G-RSRP测试覆盖良好，结果如图10所示5G-SINR测试覆盖良好，结果如图11所示c图9河北省人民医院9楼5G数字化室分安装设计图图105G-RSRP测试轨迹图115G-SINR测试轨迹河北省人民医院住院部已经完成了5G网络全覆盖，测试指标均满足各类医疗业务应用需求。03融合5G效果对比融合5G网络后，河北省人民医院采用MEC方案进行应用更新，现场测试数据对比如图12所示。图12河北省人民医院方案升级前后对比河北省人民医院智慧医疗MEC方案升级前后应用扩展性对比：4G-VPDN方案目前可支持业务类型：移动查房车、床旁车、语音视频+医疗图像与音频。5G-MEC方案升级后业务类型增强，可满足极低时延的业务需求，如：AI医疗、VR+医疗视频+触觉力反馈、远程B超、急救车辅助等。04智慧医疗融合5G发展前瞻5G最新技术在智能医疗领域的应用潜力无比巨大，不仅能帮助医院实现对设备的智能化管理，而且也能实现对病患者的智能化医疗，支持医疗机构内部的医疗数据、药品、人员、设备及管理的全流程数字化，实现管理标准化、流程数字化、信息数字化、医疗流程化、服务人性化，进而解决医疗平台支撑薄弱、医疗安全所含隐患、医疗服务水平较低等问题。利用5G技术创建“智慧医疗”服务平台及体系,可为医疗领域带来更大便利，如图13所示。图135G网络能力与医患收益关系首先可以将现有的医疗设备无线化，进而大大降低医疗费用负担。其次是通过5G等信息化