5G技術下智慧醫療平臺的設計與應用

羅繼軍

(北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045)

0 引言

智慧醫療平臺是5G技術在醫療行業的重要應用之一，借助互聯網+、大數據、區塊鏈、人工智能等前沿技術的使用，5G醫療主要是通過構建應用服務和應用業務平臺，向醫院提供安全可靠的、全方面集成的技術服務，如醫療檢測與診斷、醫療護理與指導、遠程操控等。在2020年的新冠肺炎疫情防控工作中，從遠程診療到醫療輔助、醫療關懷，再到監督防控，多項5G智慧醫療技術應用在協助抑制疫情發展方面取得顯著效果。筆者根據近年參與設計的智慧醫療平臺建設和應用方面的經歷，歸納了一些體會，供同行參考。

1 智慧醫療平臺的設計與應用

1.1 智慧醫療平臺的設計

5G智慧醫療平臺架構如圖 1 所示。在智慧醫療平臺中，對時延有較高要求(毫秒級)的數據處理，可將其分流到核心內網，提供本地多邊緣計算處理能力，執行數據采集、數據處理和結果反饋；在AR、VR場景下，智慧醫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，提供實時三維內容渲染場景。這里智慧醫療平臺的時延指標是端到端5ms以內的時延，醫護終端設備進行5G化改造并配置5G前置設備后，每個醫護終端設備通過5G前置設備進入5G智慧醫療平臺。

圖1 智慧醫療平臺架構

1.2 智慧醫療平臺的應用

(1)智慧導診(門診掛號系統)

在醫療中使用的引導患者自助就診掛號系統，借助智慧醫療平臺，可輸入自身疾病的癥狀表現，或點擊導診頁面顯示的身體結構圖相應部位，系統會列出該部位的癥狀，患者選擇與自己相同的癥狀，之后系統會根據患者選擇的癥狀，再經由智慧導診系統多維度計算，精準推薦就診科室以及顯示科室的醫生排班表，引導患者掛號就診，不再擔心掛錯號。

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

例如，北京天壇醫院整合優質資源，已構建輻射全國的醫療聯合體，實現非疑難重癥的患者留在當地即可接受標準化治療，通過遠程醫療中心可以開展臨床會診、影像診斷、病例討論、遠程手術指導、培訓交流等工作，已成為醫聯體、對口支援、京津冀協同發展等工作的重要合作平臺。

(2)AI+5G遠程在線診療

通過網絡、視頻、電話等遠程通信技術，使用5G遠程診療設備，采集病人的高清視頻影像，實時傳輸至診療室，利用AI技術將檢查結果綜合分析后做出診斷并制定適合患者治療方案，是將現代醫學與AI技術和最新的5G通信技術相結合的醫療模式。

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

例如，北京天壇醫院整合優質資源，已構建輻射全國的5G智慧醫療平臺，實現輕癥的患者在當地標準化治療，通過AI+5G遠程在線診療開展病例討論、臨床會診、影像診斷、手術指導、培訓交流等工作，已成為對口支援、協同發展的重要交流合作平臺。

(3)數字化三維空間設計手術方案

5G網絡環境下的數據采集和運算能力驚人，監測采集的都是PB級的數據，利用常規影像學圖片即CT與核磁共振，在影像三維重建中，自動重構器官真實的3D 模型，實現3D 實體器官模型的打印，重建出能區別正常臟器、病變部分、動脈、靜脈、膽道等結構的立體圖像，并且可以360度旋轉查看，也可以結合普通影像學查看，提前充分了解解剖結構，再將病人癥狀與醫療信息庫數據比對后，即可提供診療建議，幫助醫生進行術前規劃，確保手術更加精準，避免因為一些很小的變異而導致很大的操作困難。

(4)5G移動醫護

通過移動醫護解決醫療人力資源短缺的醫療問題，在日常查房護理的基礎上，醫護人員在5G網絡環境下，對醫院床旁監護儀、便攜式監護儀等生命體征監測進行統一管理，實現實時化、移動化的影像和體征數據采集，并上傳至云平臺，實現遠程無接觸式7×24h監測、預警、分析，與醫院內的信息化系統進行對接，對相關數據進行集中分析，實時掌握院區內所有患者情況，提升了查房的效率和護理服務的質量，將診斷和醫療護理服務延伸至患者身邊。

(5)5G無線輸液

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

(6)5G醫療服務機器人

目前已經可以根據醫院物品運輸的需求及分類，完成以下配送任務，如：住院藥房藥品至病區配送、PIVAS輸液包至病區配送、手術室庫房至手術室內部物資配送、檢驗科標本自動化配送和消毒供應中心無菌物品配送等。

機器人的方案優勢：基于激光SLAM及IMU導航技術，實現機器人在室內自動構圖、自動駕駛，通過多傳感融合技術實現智能避障，結合AI圖像處理技術，專門針對醫院場景優化圖像識別技術，在醫院復雜環境下實現更加安全的自動避障和精準定位，保證運動能力和高安全性；具備高性能多機調度控制系統包含計劃任務的協同調度、繁忙時段錯峰調度、交通管制下的堵塞控制調度、臨時任務及特殊優先級插隊調度、沖突情況處理調度、異常情況后臺調度等，適配各種復雜場景下物流機器人的運行，可保障醫院大規模物流機器人高效運行；全面的智能物聯體系架構和周密的安全架構設計，與醫院現有的信息化系統(包括HIS、EMR、SPD、HRP等系統)對接，實現物流系統與核心業務系統的數據打通，保證了業務端到端的閉環管理。

5G醫療服務機器人已在2020年的武漢新建的方艙醫院內使用，可以與值班護士合作進行導診分診、監控病房，與醫生合作進行輔助診斷，尤其是對隔離方艙病人遠程診療，另外可根據人群活動規律，日間夜間采取不同工作模式，24h與醫護人員、患者交流互動。

(7)5G應急救援

目前的應急救援救護工作模式僅為在現場對危、急、重癥病人進行簡單的急救處理和運輸，由“120”或“999”接入醫院急救科后再實施對癥搶救。5G網絡大帶寬、低時延、高可靠的特性將在應急救援工作中發揮關鍵作用，實現 “上車即入院”的模式，配備5G通訊設備的應急救援救護車可以及時對危、急、重癥病人進行“院前急救”，即到達患者身邊那一刻起，就可利用現場的超聲、心電監護儀、呼吸機等醫療設備中得到患者的體征數據、心電圖影像以及搶救過程和現場的環境等數據以視頻的形式、用“毫秒級”速度實時通過5G網絡回傳至醫療機構，提前分診、提前遠程介入治療，患者到達急救科后便可快速進入搶救。這就意味著，急救車還沒到，急診科醫生就能制定救治方案，甚至手術室和醫療設備配置可以準備完畢，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 技術整合北京市重點醫療機構專家資源，共同為世界園藝博覽會提供醫療保障，搭建的智慧醫療平臺包含了急救指揮服務中心、遠程會診、遠程急救、遠程手術等系統，成為應急救援的新標準和新模式。

(8)5G遠程示教

指面向醫療衛生技術人員進行的教育培訓。通過5G網絡，借助5G智慧醫療平臺，結合云視頻能力，實現“一對多”的模式開展遠程直播和教學，利用VR/AR等載體進行多項復雜的手術示教，結合 3D 數字化模型進行教學培訓，相對比傳統的錄播視頻示教方式，學員的代入感更強，交互內容更多，而相對使用成本更低。

(9)數據挖掘

在5G智慧醫療平臺的基礎上，醫生從患者的醫療數據中收集與某種疾病相關的指標或危險數據，建立有意義、有價值的模型，從而找出發病機理和病情之間的聯系，實現精確地檢測。在5G環境下，利用云計算，“超級手術室”的概念已經呼之欲出，不但能夠海量采集數據，而且能夠云端運算和數據分析，并實時傳輸回手術室，為手術提供準確參考與依據，進行決策和分配資源。

1.3 智慧醫療平臺的問題和解決方案

(1)問題：缺乏建設標準與評價體系，出現平臺與業務模型脫節、模塊組成模糊不清、人性化精細化不足、系統智能化程度不高、倫理規范、監管措施尚未開展等問題，總體規劃與需求脫節，前期可行性研究深度不夠，平臺還存在穩定性和安全性的隱患。

(2)解決方案：建立建設標準與評價體系，完善5G智慧醫療平臺設計，制定5G醫療相關法律法規，加強前期可行性研究深度，健全醫療健康物聯網監管安全體系，開展衛生監督和社會監督，搭建并完善用戶反饋平臺，切實保障用戶權益。

2 結束語