5G技術(shù)下智慧醫(yī)療平臺的設(shè)計與應(yīng)用

2021-06-04 09:35:04羅繼軍

智能建筑電氣技術(shù) 2021年2期

關(guān)鍵詞：智慧

羅繼軍

(北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100045)

0 引言

智慧醫(yī)療平臺是5G技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的重要應(yīng)用之一，借助互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能等前沿技術(shù)的使用，5G醫(yī)療主要是通過構(gòu)建應(yīng)用服務(wù)和應(yīng)用業(yè)務(wù)平臺，向醫(yī)院提供安全可靠的、全方面集成的技術(shù)服務(wù)，如醫(yī)療檢測與診斷、醫(yī)療護(hù)理與指導(dǎo)、遠(yuǎn)程操控等。在2020年的新冠肺炎疫情防控工作中，從遠(yuǎn)程診療到醫(yī)療輔助、醫(yī)療關(guān)懷，再到監(jiān)督防控，多項5G智慧醫(yī)療技術(shù)應(yīng)用在協(xié)助抑制疫情發(fā)展方面取得顯著效果。筆者根據(jù)近年參與設(shè)計的智慧醫(yī)療平臺建設(shè)和應(yīng)用方面的經(jīng)歷，歸納了一些體會，供同行參考。

1 智慧醫(yī)療平臺的設(shè)計與應(yīng)用

1.1 智慧醫(yī)療平臺的設(shè)計

5G智慧醫(yī)療平臺架構(gòu)如圖 1 所示。在智慧醫(yī)療平臺中，對時延有較高要求(毫秒級)的數(shù)據(jù)處理，可將其分流到核心內(nèi)網(wǎng)，提供本地多邊緣計算處理能力，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果反饋；在AR、VR場景下，智慧醫(yī)療平臺采用邊緣計算，融合AI 算法，利用多邊緣計算處理用戶信息和圖像素材，提供實時三維內(nèi)容渲染場景。這里智慧醫(yī)療平臺的時延指標(biāo)是端到端5ms以內(nèi)的時延，醫(yī)護(hù)終端設(shè)備進(jìn)行5G化改造并配置5G前置設(shè)備后，每個醫(yī)護(hù)終端設(shè)備通過5G前置設(shè)備進(jìn)入5G智慧醫(yī)療平臺。

圖1 智慧醫(yī)療平臺架構(gòu)

1.2 智慧醫(yī)療平臺的應(yīng)用

(1)智慧導(dǎo)診(門診掛號系統(tǒng))

在醫(yī)療中使用的引導(dǎo)患者自助就診掛號系統(tǒng)，借助智慧醫(yī)療平臺，可輸入自身疾病的癥狀表現(xiàn)，或點擊導(dǎo)診頁面顯示的身體結(jié)構(gòu)圖相應(yīng)部位，系統(tǒng)會列出該部位的癥狀，患者選擇與自己相同的癥狀，之后系統(tǒng)會根據(jù)患者選擇的癥狀，再經(jīng)由智慧導(dǎo)診系統(tǒng)多維度計算，精準(zhǔn)推薦就診科室以及顯示科室的醫(yī)生排班表，引導(dǎo)患者掛號就診，不再擔(dān)心掛錯號。

目前大部分醫(yī)院已借助微信公眾號等交流平臺，實現(xiàn)線上掛號、繳費等基本功能，可以在線進(jìn)行醫(yī)療咨詢、相關(guān)檢驗、影像解讀等醫(yī)療報告的檢索、查詢，并通過智慧醫(yī)療平臺進(jìn)行患者的身份認(rèn)證，解決了多年存在的“一院一卡、互不通用”的難題。

例如，北京天壇醫(yī)院整合優(yōu)質(zhì)資源，已構(gòu)建輻射全國的醫(yī)療聯(lián)合體，實現(xiàn)非疑難重癥的患者留在當(dāng)?shù)丶纯山邮軜?biāo)準(zhǔn)化治療，通過遠(yuǎn)程醫(yī)療中心可以開展臨床會診、影像診斷、病例討論、遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)、培訓(xùn)交流等工作，已成為醫(yī)聯(lián)體、對口支援、京津冀協(xié)同發(fā)展等工作的重要合作平臺。

(2)AI+5G遠(yuǎn)程在線診療

通過網(wǎng)絡(luò)、視頻、電話等遠(yuǎn)程通信技術(shù)，使用5G遠(yuǎn)程診療設(shè)備，采集病人的高清視頻影像，實時傳輸至診療室，利用AI技術(shù)將檢查結(jié)果綜合分析后做出診斷并制定適合患者治療方案，是將現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與AI技術(shù)和最新的5G通信技術(shù)相結(jié)合的醫(yī)療模式。

當(dāng)患者感到身體不適時，只需通過智慧醫(yī)療平臺向人工智能(AI)設(shè)備描述癥狀，人工智能設(shè)備在數(shù)字影片上自動標(biāo)注勾畫病灶，然后由放療科醫(yī)生檢查糾正，就可以為主治醫(yī)生閱片提供參考，此系統(tǒng)提高了診斷、治療的精確度，可大幅度減少誤診、漏診。同時，借助智慧醫(yī)療平臺，利用5G網(wǎng)絡(luò)的大流量、大帶寬、高速率的特性，可通過AI+5G遠(yuǎn)程在線診療系統(tǒng)和三甲專家醫(yī)生視頻分析病癥，方便各地專家開展會診，提高醫(yī)生工作效率，提升診斷準(zhǔn)確率和指導(dǎo)效率，減輕患者的負(fù)擔(dān)。

例如，北京天壇醫(yī)院整合優(yōu)質(zhì)資源，已構(gòu)建輻射全國的5G智慧醫(yī)療平臺，實現(xiàn)輕癥的患者在當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)化治療，通過AI+5G遠(yuǎn)程在線診療開展病例討論、臨床會診、影像診斷、手術(shù)指導(dǎo)、培訓(xùn)交流等工作，已成為對口支援、協(xié)同發(fā)展的重要交流合作平臺。

(3)數(shù)字化三維空間設(shè)計手術(shù)方案

5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和運算能力驚人，監(jiān)測采集的都是PB級的數(shù)據(jù)，利用常規(guī)影像學(xué)圖片即CT與核磁共振，在影像三維重建中，自動重構(gòu)器官真實的3D 模型，實現(xiàn)3D 實體器官模型的打印，重建出能區(qū)別正常臟器、病變部分、動脈、靜脈、膽道等結(jié)構(gòu)的立體圖像，并且可以360度旋轉(zhuǎn)查看，也可以結(jié)合普通影像學(xué)查看，提前充分了解解剖結(jié)構(gòu)，再將病人癥狀與醫(yī)療信息庫數(shù)據(jù)比對后，即可提供診療建議，幫助醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，確保手術(shù)更加精準(zhǔn)，避免因為一些很小的變異而導(dǎo)致很大的操作困難。

(4)5G移動醫(yī)護(hù)

通過移動醫(yī)護(hù)解決醫(yī)療人力資源短缺的醫(yī)療問題，在日常查房護(hù)理的基礎(chǔ)上，醫(yī)護(hù)人員在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對醫(yī)院床旁監(jiān)護(hù)儀、便攜式監(jiān)護(hù)儀等生命體征監(jiān)測進(jìn)行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)實時化、移動化的影像和體征數(shù)據(jù)采集，并上傳至云平臺，實現(xiàn)遠(yuǎn)程無接觸式7×24h監(jiān)測、預(yù)警、分析，與醫(yī)院內(nèi)的信息化系統(tǒng)進(jìn)行對接，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中分析，實時掌握院區(qū)內(nèi)所有患者情況，提升了查房的效率和護(hù)理服務(wù)的質(zhì)量，將診斷和醫(yī)療護(hù)理服務(wù)延伸至患者身邊。

(5)5G無線輸液

輸液是臨床最常見的治療手段之一，特別是手術(shù)期抗感染及補充血容量，通過5G網(wǎng)絡(luò)，輸液可以由無線警報器通過傳感器獲得病人輸液進(jìn)度，值班護(hù)士在病區(qū)護(hù)士站可以對病區(qū)所有患者的輸液速度、剩余時間等進(jìn)行實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常情況可立即報警，尤其是處于輸液剩余時間不到1min時，護(hù)士站里的終端或值班護(hù)士身上的智能設(shè)備(穿戴型)會發(fā)出“滴滴”報警信號和紅光閃爍，提醒值班護(hù)士第一時間前往現(xiàn)場處理，更換藥液，有效提高工作效率，減少工作壓力。

(6)5G醫(yī)療服務(wù)機器人

目前已經(jīng)可以根據(jù)醫(yī)院物品運輸?shù)男枨蠹胺诸悾瓿梢韵屡渌腿蝿?wù)，如：住院藥房藥品至病區(qū)配送、PIVAS輸液包至病區(qū)配送、手術(shù)室?guī)旆恐潦中g(shù)室內(nèi)部物資配送、檢驗科標(biāo)本自動化配送和消毒供應(yīng)中心無菌物品配送等。

機器人的方案優(yōu)勢：基于激光SLAM及IMU導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)機器人在室內(nèi)自動構(gòu)圖、自動駕駛，通過多傳感融合技術(shù)實現(xiàn)智能避障，結(jié)合AI圖像處理技術(shù)，專門針對醫(yī)院場景優(yōu)化圖像識別技術(shù)，在醫(yī)院復(fù)雜環(huán)境下實現(xiàn)更加安全的自動避障和精準(zhǔn)定位，保證運動能力和高安全性；具備高性能多機調(diào)度控制系統(tǒng)包含計劃任務(wù)的協(xié)同調(diào)度、繁忙時段錯峰調(diào)度、交通管制下的堵塞控制調(diào)度、臨時任務(wù)及特殊優(yōu)先級插隊調(diào)度、沖突情況處理調(diào)度、異常情況后臺調(diào)度等，適配各種復(fù)雜場景下物流機器人的運行，可保障醫(yī)院大規(guī)模物流機器人高效運行；全面的智能物聯(lián)體系架構(gòu)和周密的安全架構(gòu)設(shè)計，與醫(yī)院現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)(包括HIS、EMR、SPD、HRP等系統(tǒng))對接，實現(xiàn)物流系統(tǒng)與核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)打通，保證了業(yè)務(wù)端到端的閉環(huán)管理。

5G醫(yī)療服務(wù)機器人已在2020年的武漢新建的方艙醫(yī)院內(nèi)使用，可以與值班護(hù)士合作進(jìn)行導(dǎo)診分診、監(jiān)控病房，與醫(yī)生合作進(jìn)行輔助診斷，尤其是對隔離方艙病人遠(yuǎn)程診療，另外可根據(jù)人群活動規(guī)律，日間夜間采取不同工作模式，24h與醫(yī)護(hù)人員、患者交流互動。

(7)5G應(yīng)急救援

目前的應(yīng)急救援救護(hù)工作模式僅為在現(xiàn)場對危、急、重癥病人進(jìn)行簡單的急救處理和運輸，由“120”或“999”接入醫(yī)院急救科后再實施對癥搶救。5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬、低時延、高可靠的特性將在應(yīng)急救援工作中發(fā)揮關(guān)鍵作用，實現(xiàn) “上車即入院”的模式，配備5G通訊設(shè)備的應(yīng)急救援救護(hù)車可以及時對危、急、重癥病人進(jìn)行“院前急救”，即到達(dá)患者身邊那一刻起，就可利用現(xiàn)場的超聲、心電監(jiān)護(hù)儀、呼吸機等醫(yī)療設(shè)備中得到患者的體征數(shù)據(jù)、心電圖影像以及搶救過程和現(xiàn)場的環(huán)境等數(shù)據(jù)以視頻的形式、用“毫秒級”速度實時通過5G網(wǎng)絡(luò)回傳至醫(yī)療機構(gòu)，提前分診、提前遠(yuǎn)程介入治療，患者到達(dá)急救科后便可快速進(jìn)入搶救。這就意味著，急救車還沒到，急診科醫(yī)生就能制定救治方案，甚至手術(shù)室和醫(yī)療設(shè)備配置可以準(zhǔn)備完畢，為患者贏得了寶貴的搶救時間。

2019年在北京召開的“園博會”，組織者通過5G 技術(shù)整合北京市重點醫(yī)療機構(gòu)專家資源，共同為世界園藝博覽會提供醫(yī)療保障，搭建的智慧醫(yī)療平臺包含了急救指揮服務(wù)中心、遠(yuǎn)程會診、遠(yuǎn)程急救、遠(yuǎn)程手術(shù)等系統(tǒng)，成為應(yīng)急救援的新標(biāo)準(zhǔn)和新模式。

(8)5G遠(yuǎn)程示教

指面向醫(yī)療衛(wèi)生技術(shù)人員進(jìn)行的教育培訓(xùn)。通過5G網(wǎng)絡(luò)，借助5G智慧醫(yī)療平臺，結(jié)合云視頻能力，實現(xiàn)“一對多”的模式開展遠(yuǎn)程直播和教學(xué)，利用VR/AR等載體進(jìn)行多項復(fù)雜的手術(shù)示教，結(jié)合 3D 數(shù)字化模型進(jìn)行教學(xué)培訓(xùn)，相對比傳統(tǒng)的錄播視頻示教方式，學(xué)員的代入感更強，交互內(nèi)容更多，而相對使用成本更低。

(9)數(shù)據(jù)挖掘

在5G智慧醫(yī)療平臺的基礎(chǔ)上，醫(yī)生從患者的醫(yī)療數(shù)據(jù)中收集與某種疾病相關(guān)的指標(biāo)或危險數(shù)據(jù)，建立有意義、有價值的模型，從而找出發(fā)病機理和病情之間的聯(lián)系，實現(xiàn)精確地檢測。在5G環(huán)境下，利用云計算，“超級手術(shù)室”的概念已經(jīng)呼之欲出，不但能夠海量采集數(shù)據(jù)，而且能夠云端運算和數(shù)據(jù)分析，并實時傳輸回手術(shù)室，為手術(shù)提供準(zhǔn)確參考與依據(jù)，進(jìn)行決策和分配資源。

1.3 智慧醫(yī)療平臺的問題和解決方案

(1)問題：缺乏建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與評價體系，出現(xiàn)平臺與業(yè)務(wù)模型脫節(jié)、模塊組成模糊不清、人性化精細(xì)化不足、系統(tǒng)智能化程度不高、倫理規(guī)范、監(jiān)管措施尚未開展等問題，總體規(guī)劃與需求脫節(jié)，前期可行性研究深度不夠，平臺還存在穩(wěn)定性和安全性的隱患。