5G技術(shù)在超聲醫(yī)學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用探索*

李柯研 吳盛正 任秀昀 解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院超聲診斷科，海南省三亞市 572013

早在1994年，超聲醫(yī)學(xué)的遠(yuǎn)程教學(xué)即已出現(xiàn)雛形[1]，隨后大量的實(shí)踐證明遠(yuǎn)程超聲醫(yī)療不但可以傳輸有診斷價(jià)值的超聲圖像，并且能夠跨空間進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)，在超聲教學(xué)、會(huì)診中起到重要的作用。然而，超聲醫(yī)學(xué)具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像的特點(diǎn)，對(duì)操作手法的依賴性強(qiáng)，因此，超聲醫(yī)學(xué)的教學(xué)中實(shí)踐技能的培養(yǎng)必不可少。傳統(tǒng)的超聲遠(yuǎn)程教學(xué)在時(shí)效性和互動(dòng)性方面受限于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在時(shí)間和空間上存在較多難以克服的問題。目前，5G技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的滲透越來越廣泛，筆者將5G技術(shù)應(yīng)用于超聲醫(yī)學(xué)的遠(yuǎn)程教學(xué)中，探索其在遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用效果及前景。

1 超聲醫(yī)學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)的難點(diǎn)

1.1 重理論、輕操作 與X線、MRI、CT相比，超聲檢查的結(jié)果對(duì)超聲醫(yī)生的依賴性強(qiáng)，超聲圖像質(zhì)量對(duì)超聲診斷和鑒別診斷有重要意義，因此教學(xué)過程中對(duì)操作技能的培養(yǎng)尤其重要，教學(xué)的互動(dòng)性、實(shí)踐性要求非常高。遠(yuǎn)程授課中，普遍形式是理論教學(xué)，教員與學(xué)員處于不同的空間位置，錄播課程更是不在同一時(shí)間，時(shí)間與空間的差異導(dǎo)致遠(yuǎn)程教學(xué)中實(shí)踐操作存在很多技術(shù)壁壘，實(shí)踐課程嚴(yán)重不足，缺乏現(xiàn)場(chǎng)操作指導(dǎo)，這種重理論、輕操作的遠(yuǎn)程教學(xué)模式存在很大的弊端。

1.2 遠(yuǎn)程教學(xué)資源良莠不齊 基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)超聲醫(yī)師主要的學(xué)習(xí)方式有傳統(tǒng)紙質(zhì)媒體自學(xué)理論，外派進(jìn)修學(xué)習(xí)，專家下基層巡講，大型醫(yī)院師資下基層幫帶等。上述資源均為現(xiàn)場(chǎng)習(xí)得，能獲取的教學(xué)資源相對(duì)匱乏，專家?guī)蛶Ц采w面小，時(shí)間成本高，效率低。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化的普及，多媒體平臺(tái)學(xué)習(xí)逐漸成為大眾容易接受的學(xué)習(xí)形式，包括直播和非直播類型的遠(yuǎn)程教學(xué)在一定程度上彌補(bǔ)了上述缺陷。然而，雖然近年來線上教學(xué)資源數(shù)量井噴，但質(zhì)量上良莠不齊，非直播類型大多是提前錄制或制作的網(wǎng)課及PPT課程，一些課程內(nèi)容長(zhǎng)期未更新，與超聲專業(yè)前沿知識(shí)脫節(jié)；直播類型的課程受制于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、帶寬等，高質(zhì)量的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)超聲圖像缺失，直播效果有時(shí)難以得到保障。此外，為方便傳輸下載，需要犧牲圖像視頻資料的質(zhì)量。

1.3 遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)缺少互動(dòng)監(jiān)管，考核機(jī)制存漏洞 目前的線上課程，效果很大程度取決于學(xué)員自身，師生互動(dòng)缺失，學(xué)習(xí)過程缺少監(jiān)管。大部分課程在授課后安排答疑，但因時(shí)間限制，大多數(shù)學(xué)員的疑惑得不到解答，工作中遇到問題，也缺少實(shí)時(shí)解惑的渠道，或答疑存在時(shí)間差，時(shí)效性不佳。而且當(dāng)前的課程考核機(jī)制形同虛設(shè)，大多數(shù)都是由強(qiáng)制性的學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、隨堂測(cè)試以及結(jié)課考核組成，學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)可以通過掛機(jī)完成，學(xué)習(xí)流于形式，結(jié)課考核缺少監(jiān)管，考試答案可以通過網(wǎng)絡(luò)搜索、查閱資料、多人討論等方式完成，作弊現(xiàn)象難以杜絕。此外，超聲教學(xué)更應(yīng)重視掃查技巧的培養(yǎng)，而針對(duì)技能操作的考核嚴(yán)重缺失。

1.4 大容量數(shù)據(jù)傳輸困難，建設(shè)與使用難度大 超聲診斷需要完整連續(xù)且高清的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，GB級(jí)別的大容量數(shù)據(jù)，才能保證圖像的分辨力。隨著大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的普及，數(shù)據(jù)的保存已經(jīng)不再成為阻礙，可以用于非實(shí)時(shí)教學(xué)會(huì)診，但通信技術(shù)帶寬限制了數(shù)據(jù)的傳輸，不能做到大容量數(shù)據(jù)在產(chǎn)生的同時(shí)高質(zhì)量傳送，出現(xiàn)壓縮幀頻、降低分辨力，傳輸延遲，不穩(wěn)定等問題，影響教學(xué)的正常進(jìn)行以及學(xué)員的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程超聲教學(xué)，需要建設(shè)多媒體教室，或?qū)W員自己配備電腦及網(wǎng)線等設(shè)備，對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)或基層的學(xué)員來說，成本較高且使用不方便。

2 5G技術(shù)為超聲醫(yī)學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)帶來機(jī)遇

5G技術(shù)即第五代無線移動(dòng)通信技術(shù)，是通過對(duì)核心網(wǎng)和無線網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的變革和完善來大幅提高網(wǎng)絡(luò)性能的最新通信技術(shù)[2]。5G網(wǎng)絡(luò)具有大寬帶高傳輸、低延時(shí)、穩(wěn)定、安全等優(yōu)點(diǎn)[3]，峰值傳輸速率可達(dá)10GB/s，延時(shí)低至1ms[4]。5G技術(shù)支持下的遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用在國(guó)內(nèi)蓬勃發(fā)展，超聲醫(yī)學(xué)的遠(yuǎn)程教學(xué)瓶頸也在一定程度上得以突破。一方面，大容量原始超聲影像數(shù)據(jù)可以得到快速傳輸，高質(zhì)量視頻教學(xué)和高清穩(wěn)定直播可以實(shí)時(shí)完成，遠(yuǎn)程會(huì)診、理論學(xué)習(xí)能夠更好的完成。另一方面，機(jī)器人操控的遠(yuǎn)程超聲檢查在5G網(wǎng)絡(luò)下可以順利實(shí)現(xiàn)[5-6]，5G技術(shù)提供機(jī)器臂的高敏感性、信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，以及傳輸?shù)某晥D像的高清晰度，保證會(huì)診端醫(yī)生掃查的切面實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)，為5G超聲機(jī)器人的推廣和臨床運(yùn)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)[7]。

超聲醫(yī)學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)是操作技能的培訓(xùn)，需要在教學(xué)實(shí)踐過程中重視互動(dòng)性。實(shí)時(shí)的超聲切面掃查演示是教學(xué)的基礎(chǔ)，包括體位的細(xì)微調(diào)整，探頭擺放位置、角度，掃查的手法，遠(yuǎn)程機(jī)器人的超聲的出現(xiàn)為超聲醫(yī)學(xué)的操作演示、技能教學(xué)帶來曙光。大容量高清動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)的無損傳輸，以及實(shí)時(shí)無延時(shí)的傳輸，保障了遠(yuǎn)程教學(xué)的實(shí)時(shí)性、互動(dòng)性、準(zhǔn)確性。

3 5G技術(shù)在遠(yuǎn)程超聲醫(yī)學(xué)教學(xué)實(shí)時(shí)下沉中的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)的超聲醫(yī)學(xué)教學(xué)資源分布不均勻，主要集中在發(fā)達(dá)省市及大型醫(yī)院，偏遠(yuǎn)地區(qū)以及基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)的教學(xué)資源較為欠缺。一些大型公共衛(wèi)生事件也會(huì)阻礙教學(xué)的正常開展，如2003年非典、2019年新型冠狀病毒(Coronavirus Disease 2019，COVID-19)疫情。筆者探索了5G技術(shù)在超聲醫(yī)學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用，期望破解教學(xué)資源下沉的難題。

COVID-19疫情期間，基于傳染病防控需要，日常的超聲教學(xué)活動(dòng)尤其是聚集性現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)處于停滯狀態(tài)。筆者與時(shí)俱進(jìn)，根據(jù)病毒傳染性和受累臟器的特點(diǎn)，制作了高清超聲網(wǎng)絡(luò)課程，與國(guó)家衛(wèi)健委等機(jī)構(gòu)聯(lián)合，面向抗疫一線超聲醫(yī)師，普及急重癥肺超聲、遠(yuǎn)程超聲的基礎(chǔ)知識(shí)和臨床應(yīng)用，以及5G時(shí)代的超聲應(yīng)用價(jià)值。

以5G遠(yuǎn)程會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)議等多種線上形式，提高傳統(tǒng)的線下學(xué)術(shù)會(huì)議，擴(kuò)大學(xué)習(xí)受眾范圍，并且會(huì)后錄播回放供更多人群更深入的理論學(xué)習(xí)，疫情期間組織線上交流渠道，與國(guó)內(nèi)外專家進(jìn)行深入探討，向國(guó)內(nèi)外同行傳遞最新超聲抗疫信息及技術(shù)。

建立5G遠(yuǎn)程超聲會(huì)診中心，凝聚醫(yī)療聯(lián)合體，充分發(fā)揮會(huì)診中心在教學(xué)上的輻射帶動(dòng)作用。一方面將優(yōu)質(zhì)超聲教學(xué)資源向醫(yī)療聯(lián)合體下沉，基層醫(yī)療單位的超聲從業(yè)人員可獲得典型病例、疑難病例的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，系統(tǒng)專業(yè)的理論教學(xué)。遇到疑難病例，借助5G技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多地、多專家實(shí)時(shí)討論，即所謂的“多中心協(xié)同教學(xué)”[8]。對(duì)于超聲造影、介入超聲等難度大的技術(shù)也可以得到深入的學(xué)習(xí)了解。另一方面實(shí)時(shí)為醫(yī)療聯(lián)合體遠(yuǎn)程會(huì)診、進(jìn)行圖像分析和操作指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)水平的雙向無縫交流。

基于5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程機(jī)器人超聲，在異地進(jìn)行遠(yuǎn)程超聲檢查[9-10]，通過遠(yuǎn)程機(jī)器人操控、實(shí)時(shí)音視頻交流，對(duì)采集的圖像進(jìn)行分析，指導(dǎo)操作者調(diào)節(jié)儀器參數(shù)，糾正超聲掃查手法和診斷思維[11]。遠(yuǎn)程機(jī)器人超聲在偏遠(yuǎn)地區(qū)、基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)中的教學(xué)作用效果顯著，當(dāng)?shù)蒯t(yī)生足不出戶即可現(xiàn)場(chǎng)觀摩專家級(jí)別的操作手法演示，做到實(shí)時(shí)互動(dòng)，操作技能教學(xué)的輻射范圍大大提高，抹除地域限制。在COVID-19疫情期間也為進(jìn)駐隔離病房的臨床醫(yī)師、一線超聲醫(yī)師起到重要的帶教演示作用。

4 5G技術(shù)在超聲醫(yī)學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)中的展望

近年來，人工智能(Artificial Intelligence，AI)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)技術(shù)以及高清視頻編碼技術(shù)發(fā)展迅猛，在醫(yī)學(xué)教學(xué)中日益受到重用。超聲醫(yī)學(xué)作為一門影像學(xué)技術(shù)，對(duì)于解剖、圖形圖像的分析處理、技能操作尤其重要。在5G技術(shù)支持下，高清視頻編碼技術(shù)及高清攝像技術(shù)可以制作優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，建立遠(yuǎn)程超聲教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高清視頻傳輸以及視頻資源課程共享。利用AI和大數(shù)據(jù)分析，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地反饋學(xué)員的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)進(jìn)展、帶教老師的教學(xué)行為，以及教與學(xué)的效果，提高了教學(xué)效率和針對(duì)性。聯(lián)合VR/AR技術(shù)可以搭建檢查與診斷的虛擬空間，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互，有效加強(qiáng)操作技能的訓(xùn)練，為遠(yuǎn)程教學(xué)增加趣味性，激發(fā)學(xué)生遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性，使遠(yuǎn)程教學(xué)更加高效、生動(dòng)、智能化。

5 結(jié)論

超聲醫(yī)學(xué)發(fā)展日新月異，臨床應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，但國(guó)內(nèi)的超聲教學(xué)資源分布仍不均勻。目前的醫(yī)療現(xiàn)狀對(duì)基層超聲醫(yī)師要求越來越高，為基層培養(yǎng)更多合格的超聲醫(yī)師是超聲醫(yī)學(xué)界的共識(shí)。5G技術(shù)的發(fā)展為超聲醫(yī)學(xué)的遠(yuǎn)程教學(xué)提供了新的媒介，加強(qiáng)遠(yuǎn)程超聲在教學(xué)中的應(yīng)用，并聯(lián)合AI/VR/AR等技術(shù)，將有助于促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的整合，提高超聲醫(yī)學(xué)的教學(xué)培訓(xùn)效果[12]。