基于5G網絡的救護車系統方案設計

洪成洋，薛俊偉

（1.中通服咨詢設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210006；2.廣州醫科大學，廣東 廣州 510182）

0 引 言

作為城市保障體系中重要的一環，急救醫療體系功不可沒，擔負著拯救人民群眾生命的責任。我國的急救醫療體系組織形式為120指揮調度中心+院前急救+醫院急診科+重癥監護病房或?？撇》俊，F場急救、病患轉運和途中監護救治等工作由院前急救負責，重點是保障病人的生命特征值穩定，為后面院內急診救治爭取時間，醫院急診科承擔診斷救治功能，二者既有分工，又緊密合作。但現實中，院前、院內急救多是獨立運行的，分工配合脫節，主要原因是：（1）城鄉發展不平衡，大部分急救中心集中在城市，能夠覆蓋農村的急救中心很少，設備水平普遍低于城市；（2）專業急救醫師數量不足，院前急救的供需矛盾十分突出，全國很多地方都出現了“有車無人”，醫師現場急救不專業等現象；（3）網絡通信能力不足，導致實時監測生命體征和關鍵報警信息數據回傳能力不及時，急救醫師與醫院醫生僅能通過話務機溝通，醫生無法在電話中對病人情況有準確了解，不敢下達指導意見，尤其是對于中風、心臟病等緊急發病，可能就錯過緊急搶救的“黃金時間”造成病人死亡。

隨著5G、大數據、云計算等新一代信息技術的高速發展，如何實現對救護車的聯網化、信息化、智能化的5G賦能改造，實現醫衛人員、醫療信息、醫療設備、醫療資源互聯互通，打破救護車與醫院之間的信息壁壘，實現“上車即入院”已成了迫切需要解決的課題。

1 救護車通信業務需求分析

救護車是院前施救的重要載體，在病人急救過程中發揮巨大的作用[1]。按照急救病人的病癥以及程度的不同，我國將救護車分成3大類，分別是普通轉運型救護車、重癥型急救車、專科醫療救護車。

普通轉運型救護車的主要功能是提供現場一般性急救、轉運病人、途中監護等，車內醫療艙通常配置管道供氧裝置、心電圖機，另外會根據病情需要隨車攜帶除顫器、監護儀、電動吸引器等急救設備。其通信需求是實現車內醫療設備采集的數據及時傳輸，與急救中心的醫院信息系統（Hospital Information System，HIS）對接建立雙向通信，使院內的急診醫生能及時了解情況做好相應準備。

重癥型急救車、專科醫療救護車類似1間流動的監護室或重癥加強護理病房（Intensive Care Unit，ICU），醫療倉內除常規呼吸機外，還會根據需要配置高價值醫學儀器，如便攜式血糖檢測儀、移動車載CT、便攜式血凝儀、氣管插管器等，主要針對的是重傷或者特殊?？萍本葓鼍埃ǖ幌抻谥卸尽⒅貍⒓毙阅X中風、重癥嬰兒孕婦搶救等。此類急救的特征是病人生命已十分危險，必須將CT診斷與搶救手段從院內前移到院救護車內。在轉運病人途中需要將車內采集的高清監護視頻、CT照、體征檢查、電子病歷等數據通過醫院專網實時傳輸到急診專家電腦或者增強現實（Augmented Reality，AR）設備上，專家可以利用遠程會診實時指導現場醫生對病人進行處置，以贏得“黃金時間”。

為清楚地了解救護車的通信需求，本文采用文獻分析法、實證研究法量化統計普通轉運型救護車，重癥型急救車、專科醫療救護車在轉運途中提供醫療護理，同時與急診中心或者遠程指導醫院間交換數據對通信指標的要求，如表1所示。

上述場景涵蓋了所有類別的救護車，對了解救護車實際通信業務需求有“窺一斑而知全豹”的效果。從表1可看出，體態檢測數據傳輸速率要求不高，但對可靠性要求較高；而遠程專家會審、CT圖像傳送、后端的人工智能（Artificial Intelligence，AI）影像決策系統則對網絡的帶寬、時延、可靠性都特別的敏感，如果網絡時延或者掉話造成診斷失誤或者漏診，會威脅患者生命，由此可知急救醫療場景對無線通信質量的要求極為嚴苛，但2G～4G網絡無法承載此類需求。

表1 救護車醫療儀器或者終端通信業務需求指標

2 5G適配救護車通信業務需求

當前階段移動通信已發展到第5代，5G具有連續廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠的特點，滿足3大應用場景，即增強移動寬帶（enhance Mobile Broadband，eMBB）、海量機器類通信（massive Machine Type Communication，mMTC）、超高可靠低時延通信（ultra-Reliable Low-Latency Communication，uRLLC）[2]。救護車內通信需求可分為如下幾類。

（1）大帶寬業務主要是指救護車內對上下行帶寬需求高的業務，包括遠程會診服務系統、高分辨率信息采集傳輸系統，如生命體征監測器、超聲波設備和攝像機等。遠程會診服務系統要求上行速率不得低于50 Mb/s，下行速率不得低于80 Mb/s，能夠傳輸4K視頻、圖像，通過5G高速數據傳輸實現全高清影像共享，院內急診專家借助增強現實/混合現實（Augmented Reality/Mixed Reality，AR/MR） 與跟車醫生分享視野，實現遠端指導；高分辨率信息采集傳輸系統在速率方面要求不一，最低上行速率不得小于20 Mb/s、下行速率不得小于5 Mb/s。在速率方面，5G峰值速率為10～20 Gb/s，用戶體驗速率將達到0.1～1 Gb/s，相對于4G，有百倍左右的提升，能夠充分滿足救護車內各類通信業務需求。

（2）低時延業務主要是指救護車內對時延、可靠性和隔離性要求均很高的業務，包括AI智能影像決策系統、CT系統、遠程會診系統等，對應表1中序號4至序號7場景，可以看出CT系統、與遠程會診系統最高不能超過50 ms，可靠性方面不得小于99.999%，AI智能影像決策系統對時延要求不得超過100 ms，5G端到端通信時延可控制在10 ms以下，最高時延能達到1ms內，能夠滿足重傷，急性腦中風、重癥嬰兒孕婦搶救或者遠程手術指導的超低時延要求[3]。

（3）其他對時延與帶寬要求不高的通信終端，如生物傳感器、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）數據、車載傳感器等需要可靠接入；5G的海量連接能力能夠接入所有設備而不會形成擁塞。

可以看出，救護車內主要是大帶寬、低時延、高可靠性通信需求，2G/3G/4G網絡無法滿足不同業務需求，5G的切片技術能夠根據應用場景和業務指標需求的不同靈活裁剪，將從無線接入網到承載網，再到核心網的物理網絡，切成多張相互獨立的端到端邏輯上隔離的虛擬網絡，來適配各種指標要求的業務應用[4]。運營商可為救護車定制2個專屬5G醫療專網切片，即 eMBB切片、uRLLC切片，以滿足大帶寬、低時延、高可靠性需求。

3 基于5G的緊急救護車方案設計

5G和救護車融合創新已是我國急救醫療體系的迫切需求，本文提出一種基于5G的救護車系統設計方案，系統的總體架構如圖1所示。

圖1中，救護車智能系統由嵌入式控制與存儲單元、無線通信單元、信息采集傳輸單元、信息輸出單元、車載管理單元等構成，下面將詳細闡述各單元的功能[5]。

圖1 5G智慧救護車系統總體架構

（1）信息采集傳輸單元。包括身份采集模塊、生命體征檢測數據采集組件、音視頻采集組件。身份采集模塊包括指紋識別器、醫?？ㄗx卡器、身份證讀取器等，可為病患創建電子病歷或者通過蜂窩網絡訪問醫院內網數據庫獲取與病人ID對應的歷次診療看病記錄。生命體征檢測數據采集組件是指為病人提供治療、檢查、維持生命穩定的醫學儀器，如移動CT機、血液分析儀、心電圖機、監測儀等，這些儀器可通過有線或者Wi-Fi通信與嵌入式控制單元連接。音視頻交互組件包括多個攝像頭、麥克風、揚聲器等，通過音視頻交互組件可實現救護車內監控、遠程專家診斷等功能。

（2）嵌入式控制與存儲單元。是救護車智能系統核心，負責執行智能5G急救車急救程序。原生支持 Gbit Ethernet、m.2、 PCIe、USB3.0、RS485 等通信功能的接口，并具有接口擴展性，能夠接入所有醫學儀器設備。

（3）無線通信單元。1組是與室外蜂窩網絡保持通信輸出單元，包括5G無線通信模塊、運營商SIM卡、陣列天線。為了更好地接收蜂窩網絡信號，陣列天線需選擇4×4或者更高陣子數的天線陣，天線安裝在救護車外邊并做好美化。無線通信模塊通過同軸電纜與天線相連，通信模塊一般可以選擇華為MH5000-31模塊或者移遠 RM500Q-GL模塊，支持移動、聯通、電信5G上網功能。另1組是用于室內通信Wi-Fi組件，支持 STA、無線接入點（Access Point，AP）功能。由此，救護車內任何通過以太網、Wi-Fi熱點或者其他接口接入控制單元的終端都能獲取1個IP地址，并通過5G/4G 實現上網。

（4）車載管理單元。包括GPS模塊、車內供電組件、車內傳感器、車輛管理等多個模塊。其中，GPS模塊可以實時推送位置信息，及時做好路線調整，車供電組件的功能是提供救護車工作電源，車內傳感器的功能是探測并反饋出救護車內溫濕度以及運行狀態。

（5）信息輸出單元。包括揚聲器、帶觸屏功能的顯示器。顯示器既是各種信息的展示屏幕，也是指令輸入裝置，通過觸摸顯示器上實現對主機的操作。

圖2為5G智慧救護車的車內效果，醫院可以根據需求選擇對醫療設備采用固定安裝方式或者便攜式接入方式，救護車應預留接口與安裝位置。

圖2 5G智慧救護車車內效果圖

本文提出的方案可為急救車提供穩定的5G網絡接入能力，使病患的生命特征數據可以及時地傳給院內醫生，并且兼容性強，預留多個通信接口能夠滿足各類通信方式的儀器儀表，使救護車能適應各種類型的院前救治。

4 結 論

基于5G的緊急救護車系統為院前急救提供了全新的服務，從信息采集、數據分析到信息傳輸，實時共享院前和院內急救的病人信息，實現了“上車即入院”“移動ICU”等創新救治模式，提升了醫療機關院前急救能力，同時也為5G在醫療的其他領域創新融合樹立典范。未來的醫聯網絡將充分發揮5G的智能路由、能力開放、網絡質量保障、網絡切片等技術，構建省市級醫療虛擬專網[6]。