5G技術在智慧醫療領域中的實踐探索

張 潔

(湖北公眾信息產業有限責任公司，湖北 武漢 430070)

0 引言

如何構建高效的醫療衛生體制具有重要意義，縱觀各國醫療衛生改革之路可以看出，盡管思路和方法有所不同，但在通過信息化手段全面構建并應用智慧醫療系統，更好地解決居民醫療衛生服務需求與服務供給的平衡方面都有著共同的期望。5G技術做為當前時代熱點，構建起萬物互聯的核心基礎能力，不僅帶來更快更好的網絡通信，更肩負起了賦能智慧醫療的歷史使命。5G技術與智慧醫療結合能夠將醫療服務延伸至醫院之外，為解決居民醫療衛生服務需求與服務供給的平衡問題提供了有效的解決方案，為醫療行業的發展帶來了新業態與新模式。本文旨在剖析二者之間的邏輯關系，深化“5G+智慧醫療”新興業態與應用模式的認知。

1 5G的技術優勢

5G即第五代移動通信技術(5th generation mobile networks或5th generation wireless systems，簡稱5G),代表了未來5-10年移動通信的發展方向。1G時代只能打電話，2G時代可以發短信，3G時代能夠視頻通話、上網，4G時代通話質量與上網速率的提升推動了互聯網產業發展。1G至4G時代可以說均致力于為消費者提升用戶體驗，而5G與前幾代移動通信技術之間的關鍵區別在于不僅關注人的連接，更關注產業應用，聚焦物與物的連接、人與物的連接，催生智能制造、無人駕駛、遠程醫療等更廣泛的行業應用場景。

2015年9月，國際電信聯盟無線電通信局(ITU-R)明確定義了5G需要具備八大關鍵能力指標，即峰值速率達到20Gbit/s、用戶體驗速率達到100Mbit/s、移動性達到500km/h、時延達到1ms、連接密度每平方公里達到106、流量密度每平方米達到10Mbit/s、能效比IMT-A提升100倍、頻譜效率比IMT-A提升3倍，同時給出了三類典型應用場景定義，包括增強型移動寬帶(eMBB)、超可靠低延遲通信(uRLLC)、海量物聯(mMTC)。

1.1 增強型移動寬帶

eMBB場景主要針對普通用戶，簡單來講，就是能夠顯著提升用戶的上網體驗，集中表現為超高的數據傳輸速率，廣覆蓋下的移動性保證等。通過如下兩種技術：一是收集基站天線信號的大規模天線技術；二是將天線信號發出的具有高度指向性的電波傳送給手機終端的波束成型技術，5G能夠用更大的電波群傳送數據，從而提供超過4G時代10倍以上的大帶寬。具體來說，用戶下坡(從基站朝手機終端的通信傳送)速率可提升至1Gbit/S(4G最高為10Mbit/S)，用戶上坡(從手機終端朝基站的通信傳送)速率可提升至100Mbit/S,意味著5G用戶可以輕松享受在線4K/8k視頻以及虛擬現實(VR)/增強現實(AR)視頻。

1.2 超可靠低延遲通信

uRLLC場景能夠支持高可靠應用，通過幀結構的優化設計、切片分布式的網絡架構以及集中單元(CU)/分布單元(DU)的分布式管理等多種手段，可以有效降低延遲，響應時間從4G平均50毫秒(0.05s)降低到1～2毫秒(0.001-0.002s)， 這意味著用戶可以在1秒內加載完整個網頁，這對于普通人可能沒有明顯的感知，但5G的超低延遲優勢在工業制造、VR、游戲、醫療機構、自動駕駛等需要快速響應的場景發揮巨大作用。

1.3 海量物聯

mMTC場景能夠支持智慧城市、智能家居等海量連接的應用。4G通信技術更多的是針對移動通話、視頻等消費者運用場景，一座基站有時會出現100部左右的終端同時接入就會因為過于擁擠而無法接通的情況，不適應大規模的物聯網場景數據傳輸，而mMTC技術是專門針對解決4G技術這一缺陷而產生的，一個5G基站可同時接入10000部左右的終端，解決了物聯網傳輸通信技術要求保持連接的數據量大、支持高并發和多通道數據傳輸處理能力的問題。

2 5G帶來的影響

根據《GSMA：2019年全球移動經濟報告》提供的數據，2019年底中國5G用戶達到500萬，預測到2025年，中國5G用戶數將達到8.07億，占所有移動用戶的47%。可以說，5G將構成全球邁向“智聯萬物”時代的重要組成部分，借助5G的超高性能，結合云計算、物聯網、大數據、AI等新興技術，將給各行各業帶來一場顛覆性的變革，助力各行業加快數字化轉型。

在國家層面，面對5G發展的重大機遇，政府把5G視為實施國家創新驅動發展戰略的重要抓手之一，5G不但可以為大數據中心、人工智能、工業互聯網等其他基礎設施提供網絡支撐，同時5G作為集通信、運算和存貯三位一體的新型信息網，還可以為各行各業快速賦能大數據、云計算等數字科技，2017年，5G首次被寫入政府工作報告，2020年3月將5G列為新基建之首，對推動5G發展做出明確部署，加快5G網絡、數據中心等新型基礎設施建設進度，各地方政府也紛紛出臺鼓勵5G發展的各項政策。中國信息通信研究院發布的《5G經濟社會影響白皮書》指出，預計2030年，5G帶動的直接產出將達到3.6萬億元，經濟增長值達到2.9萬億元，就業崗位將增加800萬個。

在行業層面，5G核心價值體現在推動傳統的3C(即計算機、通信、消費電子)向新3C轉變。新3C第一個“C”是連接(Connection)，泛在連接帶來的永遠在線將為各行各業以及全社會的智能化發展提供基礎；第二個“C”是控制(Control)，5G的通信交互將承載各種各樣的控制信息，通過控制去實現工業自動化、遠程手術、遠程施工、遠程駕駛等行業應用需求；第三個“C”是融合(Convergence)，5G將會與各行各業垂直領域產生深度融合，這種融合會催生許多新的業務，產生新的物種。5G的新3C賦予了行業數字化傳輸“神經中樞系統”，對資源配置、產品結構、生產效益，甚至運營模式等帶來改變，從而加速數字化轉型，帶動行業發展的外溢性更強。

在消費者層面，5G將提供超高清視頻、新一代社交網絡、浸入式游戲等，促進人與人交互方式的進一步升級。還將通過虛擬現實，為音樂會、運動賽事等帶來身臨其境的新體驗。當然，5G對我們生活的改變，遠遠不止這些，5G結合人工智能技術，應用無人機、高清攝像、傳感器等手段，將推動以5G為核心的泛在智能基礎設施與城市治理深度融合，5G將逐步滲透到城市的每一個細胞，包括水、電、氣、道路、航道等各個方面，助力城市治理水平極大提升，為社會中每個人帶來美好生活。

3 5G技術在智慧醫療中的應用

5G技術在智慧醫療領域的應用涵蓋院前、院中、院后，為解決我國醫療資源分布不均衡等問題提供了有效的解決途徑。疫情“黑天鵝”，讓全國人民陷入“圍城”之中，與此同時，5G及相關技術應用在抗擊疫情的過程中，發揮出了巨大的能量，對于5G+智慧醫療應用在各大醫院落地而言，相當于按下了“加速鍵”。

3.1 遠程診療

目前5G+智慧醫療應用主要分為監測類、示教類、指導類、遠程控類。其中監測類、示教類、指導類的5G醫療應用技術難度相對較小，且安全風險系數低，與商用比較接近，其代表性應用就是遠程診療。在抗擊疫情過程中，醫院資源緊張、感染風險高，遠程診療跨越了時間和距離的阻隔，不僅在疫情防治中發揮重要作用，也讓患者在第一時間得到醫療幫助。武漢雷神山、火神山醫院與北上廣多家醫院共同開展遠程會診，采用5G連線，把相隔上百公里的4域連接起來，進行遠程CT協作，為重癥患者的CT影像遠程標注與研討，并給出診斷方案；武漢協和醫院第一時間開辟了5G遠程會診室，將武漢前線“戰場”與北京專家團無縫銜接；援鄂國家遠程醫療隊組織完成多場海內外多學科遠程會診。

3.2 遠程手術

遠程醫療進一步深入就是遠程手術。將虛擬現實技術與5G技術結合，可以使得醫生根據傳來的現場影像來進行手術操作，其一舉一動可轉化為數字信息傳遞至遠程患者處，控制當地的醫療器械動作。2019年4月，廣東省人民醫院利用5G技術，成功連接400公里外的廣東省偏遠地區醫院手術室，完成心臟外科手術；2019年6月，全球首例5G+機器人多中心遠程實時骨科手術在北京積水潭醫院成功完成，醫生在5G技術的支持下，同時遠程操控位于浙江嘉興和山東煙臺兩臺機器人，完成了兩臺跨越千里的手術。但是我們也必須看到，如果因為通信故障導致手術過程突然中斷，甚至導致致命事故，從患者心理接受能力這一角度來看，遠程手術從實驗步入現實還面臨極大困難，同時相關法律法規也還需完善。

3.3 輔助護理

在人口加速老齡化的今天，先進的醫療方式將是老齡化社會的重要保障，5G技術讓遠程輔助護理成為可能。通過5G連接到AI醫療輔助系統，利用5G技術所具有的高可靠、低時延特性，可以對遠端傳感器傳來的信息進行實時解析判斷，讓醫療行業有機會開展個性化醫療咨詢服務，甚至與機器人技術相結合，驅動機器進行處理。日本由于護理人員不足和護理需求不斷增多，人們對護理機器人的期待不斷增強，如為步行困難者提供的護理小輪車，與5G技術結合后，可以自行行駛到所要去的房間，出現問題時家人能夠及時操控并介入；疫情期間浙江省人民醫院專家，通過5G連線，手柄操作，遠程控制700多公里外的武漢方艙醫院患者床邊的超聲機器人，為新冠肺炎患者進行超聲檢查，有效降低了醫護人員被感染的風險。所以說機器人技術與5G技術的結合將會成為5G很有前途的場景之一，特別在護理領域具有高度可用性。

4 智慧醫療領域5G融合應用中的挑戰

當前，我國智慧醫療領域5G融合應用的產業政策環境持續優化，各環節技術不斷升級，應用場景不斷豐富，但在行業深度融合應用、標準體系建設、法律法規等層面仍存在一定挑戰。

在技術層面，5G+智慧醫療的融合應用成熟度需提高，目前5G融合應用尚處于探索期，融合創新的具體需求尚不完善，需要對不同應用場景的成熟度以及通信基礎升級需求進行系統化論證研究，統籌分散化的細節要求和標準。在5G場景模擬和實驗過程中，某些場景存在設定過于簡單和理想化的問題，缺乏產業鏈上下游環節的一些細節考慮。同時我國“5G+智慧醫療”標準體系也不夠完善，醫療行業與5G融合標準呈現了一定的碎片化現象，各種企業標準、行業標準、地方標準沒有實現統一規范與使用，如何利用好技術標準是需要深入思考的問題。

在經濟層面，商業模式待探索。5G建設投入巨大，為了達到理想的響應速度，5G基站數量將至少是4G基站的2倍，功耗則是4G基站的3倍，單從基站建設角度測算，5G投資大約是4G投資的1.5倍，對于運營商來說，以流量資費收入的商業模式在4G時代已經到了天花板，需要新的模式來增加收入收回投資。目前5G與各行各業采取共享共建模式，以試點為主，商業合作模式尚不明朗，需要運營商與醫療行業共同探討和挖掘。

在網絡層面，5G融合應用給網絡安全帶來嚴峻的考驗，5G技術是采用基于云和IP的全新技術架構，一切相關連接都將入網，這對5G的安全構架帶來了全新挑戰，如遠程醫療中的個人信息、實時通道的安全保障等；同時5G的網絡切片技術、虛擬化技術將增加網絡的開放程度和跨網安全風險，這也是需要持續關注的重點之一。

在應用層面，目前5G+智慧醫療的融合應用產業鏈中，高質量的行業應用解決方案提供商環節較弱，隨著5G醫療的快速發展，醫院將對不同應用場景提出對網絡延時、帶寬和安全不同的要求。行業應用解決方案提供商提供網絡部署架構、網絡配置方案、安全邊界等服務的能力亟待加強。同時隨著5G+智慧醫療的融合應用場景豐富，醫療行業需要不斷加強與交通、農業、環境等各部門間的溝通協調，對各行業5G標準融合性帶來新的挑戰。

在政策層面，法律法規還需完善，與傳統社會相比，5G帶來的智慧醫療應用場景需考慮系列法律問題：如何滿足業務場景網絡共享和基礎架構的需求；一旦涉及醫療事故，如何確認各方的責任；數量將流向何處；如何保護個人隱私。因此5G技術的發展和5G+智慧醫療的融合應用場景的豐富將需要法律、風險和法規環境來發展和適應。

5 結語

綜上所述,無論是5G技術的發展,還是智慧醫療的需求,5G技術與智慧醫療進行結合已是時代潮流，5G技術打破了傳統的網絡架構限制，為智慧醫療業務場景賦予了高帶寬、低時延和承載海量連接的能力，能夠從一定程度上解決傳統醫療行業居民醫療衛生服務需求和服務供給的平衡問題，提高醫療服務水平和效率。但同時也要理性應對5G+智慧醫療的融合應用成熟過程中，引發的大量問題，建立跨行業、跨部門的協調推進機制，明確5G+智慧醫療應用的發展規劃和具體行動計劃，圍繞技術、標準、法規、政策、產業等方面與5G商用部署實現全方位協同，建設良好的智慧醫療居民衛生體系。