5G技術在智慧醫療領域的應用探討

摘要：隨著通信技術的飛速發展，5G技術廣泛應用于醫療衛生、機械加工、多媒體娛樂等各行各業，其低時延、高可靠、高密度的特性推動了萬物互聯的發展，為互聯網時代到物聯網時代的轉變邁出了堅實而濃墨重彩的一步。文章闡述了5G技術背景下在醫療領域的關鍵技術，通過探討5G技術在遠程醫療、遠程診斷、健康管理、輔助護理等智慧醫療場景中的需求分析，為5G智慧醫療的實際運用夯實根基，實現醫療物資的便捷化管理與地區資源共享，提高醫療診斷效率。

關鍵詞：5G；萬物相聯；5G核心技術；智慧醫療

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.07.033

中圖分類號：TN 929.53 " " " " " " " 文獻標志碼：A " " " " " " " 文章編碼：1672-7274（2023）07-0-04

Discussion on the Application of 5G Technology in the Field of Intelligent Medicine

JIANG Bozhang， ZHOU Wu

（China Telecommunications Corporation Hangzhou Branch， Hangzhou 311200， China）

Abstract： With the rapid development of communication technology， 5G technology is widely used in medical health care， mechanical processing， multimedia entertainment and other fields. Its low latency， high reliability and high density characteristics promote the development of the Internet of Things， taking a solid step towards the transition from the Internet era to the Internet of Things era.This article elaborates on the key technologies of 5G in the medical field. By exploring the demand analysis of 5G technology in smart medical scenarios like remote medicine， remote diagnosis， health management， and assisted nursing， it lays the groundwork for applying 5G smart medicine in practice， realizing convenient management of medical resources and regional resource sharing， and improving the efficiency of medical diagnosis.

Key words： 5G technology; Internet of Things; 5G core technology; smart medical

1 " 研究背景

隨著人們對“健康醫療”的理解越發深刻，提高地區間的協同管理能力、促進地域的資源共享、保障智慧醫療的順利過渡成為未來醫療行業智能化發展的新方向[1][2]。傳統通信方式由于低速率、高時延等缺陷，阻礙了醫療事業的智能化建設，5G技術具有低時延、大帶寬、高可靠的特點，提高了醫護人員之間的信息傳輸速率和工作效率，極大地提升了醫生的診療效果，保障患者的就醫體驗，并有效緩解了醫療資源地區分布不均衡的問題，推動了智慧醫療的新發展。

2 " 5G技術在智慧醫療場景中的需求分析

我國疆土幅員遼闊，醫療資源不足且分配不均，偏遠山區以及經濟較為落后的農村地區很難享受到高質量、高效率的醫療服務[3]，隨著5G物聯網時代的到來，“智慧醫療”得以融入到平民百姓的生活之中，而且5G技術與人工智能、云計算以及VR虛擬現實技術的有效結合，將在智慧醫療領域迸發出無限的生機與活力[4]。5G智慧醫療架構如圖1所示。

圖1 5G智慧醫療架構

2.1 遠程手術

遠程手術通過網絡傳輸的圖像和數據需要在短時間內傳輸到遠程手術室，用以進行實時處理和分析。網絡延遲和不穩定性可能會導致手術操作延遲或中斷，從而影響手術的安全性和效果。5G技術因其具有高數據傳輸能力、低時延和高可靠性的特點，可以使遠端醫生通過3D超高清音視頻和觸覺感應進行實時交互，實現操控信號雙向傳輸、共享監測數據等功能。遠端醫生在該業務場景中通過實時觀測病人手術情形，將一系列操作過程轉化為數字信號再發送至手術現場，操控當地的醫療設備開展手術，實現實時的遠程操作。

2.2 遠程診斷

遠程診斷需要依賴網絡傳輸患者的醫療數據，如病歷、影像等，這些數據需要保證傳輸的安全性和隱私性，而且網絡的穩定性和速度對遠程診斷的效果也有很大影響。5G技術極大提升了遠程診斷效率和診斷準確度[5]，該技術不僅可以提升網絡傳輸質量，還可以支持超高清音視頻及AR/VR的技術，病人可通過超高清視頻設備與醫生即時交流，也可以利用醫療數據監測設備將健康信息即時發送給醫護人員，從而使醫生對病人的病情診斷變得更加快捷。5G技術滿足了院內醫療信息的同步傳送以及病人數據的及時調閱，促使醫療行業由線下診療到線上遠程視頻診療的革新。

2.3 應急醫療

在急救領域，一般認為黃金救護時間為4～6分鐘，8分鐘以上的傷者救治成功率不到5%，醫療急救可謂是與死神的對弈[6]。搭載5G網絡平臺的急救系統可以實現急救醫護人員、救護車與醫院之間的聯絡、協調、指揮等工作高效有序進行，保障現場醫護急救和院內治療的統一化承接。在現有醫療體系下，傷者需乘救護車抵達醫院后方能進行心電、血氧、血壓等生理數據采集，但在5G網絡平臺的支持下，醫護人員在救護車內就能完成這些工作，極大縮短了搶救時間，提高急救醫療水平。此外，5G技術與GPS衛星定位系統的有效結合，能夠精確捕獲傷者的位置信息，保障醫療資源的科學調配。

2.4 輔助護理

現如今，社會人口老齡化現象日趨嚴重，先進的醫療輔助護理將成為老齡化社會的重要保障[7]。5G網絡與AI醫療輔助系統協同工作，依靠其高數據傳輸能力以及低時延特性，可對遠端設備傳來的數據信息進行即時分析，促進醫療行業開展個性化咨詢服務。于此同時，AI醫療輔助系統與機器人技術相結合，可有效減輕護理者負擔，解決護理行業人手短缺的問題。在數據傳輸方面，5G技術因其大帶寬、高密度覆蓋的特點，可以保障設備無縫漫游，實時監測患者信息，實現高效、穩定的醫療輔助護理。

2.5 遠程健康數據監測

在患者健康數據的采集和傳輸中，保證數據來源的多樣性和數據傳輸的穩定性，同時實現數據的實時分析處理一直是遠程健康數據監測的重點和難點[8]。智慧醫療技術通過心電圖機、呼吸機、除顫儀等監護設備采集病人心率、血氧和呼吸等數據，借助大規模MIMO技術等5G核心技術，增大網絡覆蓋范圍，提高信息發送效率與信號質量，實現對所得數據的實時傳輸、分析和反饋。同時，醫院后臺對接收到的病人健康數據進行智能分析處理，發出警報或者特殊情況預測，使位于遠端的醫生可以即時獲取病人的身體狀況，從而診斷患者病情。

2.6 應用場景分析

國際電信聯盟無線電通信部門（International Telecommunication Union-Radiocommunication Sector，ITU-R）模擬制定了5G應用場景，其中包括大規模物聯網（massive Machine Type of Communication，mMTC）、增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）以及超可靠低時延通信（ultra Reliable and Low Latency Communications，uRLLC）。其中，5G技術與智慧醫療的結合，在該領域內引申出3大業務場景。

（1）通過智能終端設備進行遠程控制的業務場景，如遠程超聲、遠程手術和遠程急救等。

（2）通過超高清3D音視頻實施遠程指導的業務場景，如遠程診斷、應急醫療等。

（3）通過傳感器與智能終端設備完成遠程監護的業務場景，如遠程健康數據監測、AI輔助治療等。其中，5G技術在智慧醫療行業的業務場景分類詳見表1。

3 "“5G+智慧醫療”發展所面對的挑戰

現階段，由于缺少對5G關鍵技術及通信組網系統性、深層次的開發研究，智慧醫療技術在應用層面上還存在著諸多的困難與挑戰[9]，如圖2所示。

3.1 網絡覆蓋面積及穩定性

智慧醫療在不同的業務場景中，對通信組網的覆蓋范圍和網絡穩定性有著極為嚴格的標準[10]。現階段，我國所實現的5G應用場景幾乎都在室外，而智慧醫療的業務環境與之截然相反，大多在室內實行，如果對當前醫院網絡體系下的3G/4G室分系統改進整合，則難以實現醫院院區內5G信號的全域覆蓋。此時就要求運營商遵照醫院的樓層建設和科室功能的劃分，重新部署5G室分系統，并在院區內搭建一定數量的5G微基站，提升5G信號的覆蓋范圍。

5G智慧醫療的不同業務場景中，需要更多的引入虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR），而虛擬現實技術的靈活運用，一方面改善了用戶的視覺效果，另一方面打破了空間、時間以及其他客觀條件的限制，但是基于這些技術的智能終端設備也加重了網絡流量的負擔。

5G室內分布系統的部署對于無源器件有著更高的要求。目前，部分現有寬頻器件的天線頻率最高可達6 GHz，耦合器和功率分配器的頻率只能達到4 GHz的限度，即使將無源器件全部更換，也很難達到5G網絡高穩定性、高可靠性的技術要求。而5G網絡所采用的C波段及毫米波頻段，相比于4G基站下的傳統3 GHz信號具有更高的鏈路損耗，在一定程度上限制了5G網絡的數據傳輸距離，并且當前以3G/4G室分系統為基礎的優化升級，需要滿足室內高頻網絡與低頻網絡的同時覆蓋，要求通信設備保持10倍高頻及以上的輸出功率，增大了設備的性能損耗，給5G網絡的高效開發帶來了巨大的難題。

3.2 信息安全問題

伴隨著數字化、智能化時代的來臨，信息安全成為網絡虛擬平臺的一大隱患，如何保障患者的信息安全成為當前急需解決的難題。患者個人信息主要包括個人隱私、賬戶信息和網絡行為等，在醫療領域又涉及大量患者的登記、診療和用藥信息數據。5G智慧醫療在大數據、深度學習等技術的支撐下，能夠有效減少醫療建設成本，提高醫生診療效果，與此同時保證患者的信息安全和防止信息泄露也十分重要。

移動邊緣計算技術作為5G網絡構建的重心，在距離患者最近的一側提供相應的醫療信息服務，將位于云端中心的功能與服務“下沉”至移動網絡邊緣，可以有效降低網絡時延，優化患者的醫療服務體驗。邊緣網絡作為能力開放的網絡，其網絡服務對于各種應用軟件都會開放，在成本、性能等因素的影響下，邊緣節點的安全防護能力不足以抵御網絡攻擊，容易被非法訪問，造成患者數據信息的泄露和硬件設備的損壞，進而導致智慧醫療整個運營網絡的崩潰。

鑒于5G網絡存在的信息安全問題，醫院網絡服務平臺、醫療管理機構需要搭建更為安全的網絡架構，設立統一的身份認證機制，構建完善有效的醫療服務系統，確保患者的個人信息在醫療場所、醫護人員及網絡服務平臺中及時傳播，實現智慧醫療的高效運行。

3.3 數據管理及評價體系

當前在智慧醫療的信息化建設過程中，醫院主要采用逐步填充的方式將醫療數據信息錄入到醫院管理系統中，缺乏較為完善的統籌管理，再加上醫院不同科室的數據整合復雜，各科室間的醫療設備終端不同，造成醫療數據傳輸時信息交互困難，導致數據孤島大量存在，患者醫療數據丟失。

在該背景下，醫院需要創建較為完整的設備質量監查體制、醫療數據分析體制以及終端接口檢測體制，并嚴格依照醫療衛生行業標準執行，對醫療基礎設施、醫療智能終端等器械實行質檢，統一接口標準，使患者醫療數據得到有效保管，減少病人個人隱私的泄露，降低醫療事故的發生率。在5G網絡的支持下，加快推進智慧醫療行業的發展，能夠進一步落實醫院服務管理的智能化以及數據處理的細致化建設。

此外，通過建立數字化、信息化的醫療服務體系和服務評價體系，有助于實現醫院內部各級別的智慧管理，保障管理工作的高效進行，推進智慧醫療行業“頂層設計”的順利實現。同時，醫院可借助網絡云平臺的多元化管理提升患者的就醫體驗，全面了解患者的就醫需求，并遵循用戶的反饋結果，針對相應的醫療服務給予調控，開展智能化醫療服務新模式，推進5G技術在智慧醫療場景的業務落實。

3.4 相關法律的欠缺

伴隨智慧醫療領域的迅速崛起，智能機器人、可穿戴移動設備以及無線醫療終端逐漸呈現在大眾的視野之中。然而很多智慧醫療設備會涉及患者的相關隱私，醫療信息和個人數據泄露，對于患者本人和醫院都將造成不小的損失。

在這個網絡信息交互迅速、信息獲取渠道廣泛的時代，患者醫療數據和個人信息的盜取、泄露及篡改等問題難以追溯問題的來源，保障信息安全最為切實可行的辦法就是通過立法的手段，對當前擁有醫療數據及患者個人信息的醫護人員做出明確規定，對醫療數據的操作規范做出明確指引，從而保障智慧醫療的安全建設與發展。

此外，在做好醫療信息安全防控的同時，需通過相關法律法規的約束與強制，避免不法分子蓄意攻擊醫院醫療系統，利用系統漏洞對患者及社會造成傷害。同時基于智慧醫療系統建立完善的責任與處罰機制，強化醫療領域工作人員的使命感，加大違法嚴懲力度，監督公民遵紀守法，確保公民嚴格按照其法律規定行使自身權利。

4 " 結束語

5G技術與智慧醫療的結合已經成為當今社會的發展重點，該技術將革新現階段的傳統網絡架構，為智慧醫療的應用賦予高速率、高可靠性、低時延的優勢，有效解決傳統醫療領域服務需求和資源調度不足的問題，極大程度地提升了醫療服務水平和醫療診斷效率。

現階段，由于醫療行業的法律制度尚未健全，存在諸多醫療隱患與個人隱私泄露等問題，需要醫院、政府等相關部門之間加大監管力度，切實保障患者的信息安全。于此同時，我國5G網絡的覆蓋面積還未達到全方位的要求，5G技術在醫療行業的智能化運用還停留在實驗階段，需要更進一步地探索與發展，促進5G技術與智慧醫療之間的有效融合，實現全民智慧醫療。

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