基于5G網絡的醫療手術在線遠程控制系統設計和實現

劉昆 陳緒超

摘要：為了解決部分地區醫療資源不均衡發展問題，提高醫療資源的利用率，現利用5G網絡通信技術，設計一款功能完善、實用性強的醫療手術在線遠程控制系統。首先，根據系統應用需求分析情況，從系統框架設計和系統數據庫設計兩個方面入手，完成系統總體設計；其次，從用戶登錄模塊、數字病歷遠程調用模塊、音視頻遠程傳輸模塊等模塊入手，完成系統功能模塊設計；最后，對系統的運行性能進行全面測試。結果表明：在5G網絡通信技術的應用背景下，文章所設計的醫療手術在線遠程控制系統運行正常、可靠、穩定，各個功能模塊實現滿足設計相關要求。希望通過這次研究，為相關人員提供有效的借鑒和參考。

關鍵詞：5G網絡；醫療手術；在線遠程控制；系統；設計；實現

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）27-0070-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

最近幾年，我國科技水平不斷提高，5G網絡通信技術應運而生，該技術憑借著自身寬帶低、傳輸速度高、傳輸性能穩定、網絡延遲時間短等特點，被廣泛地應用于醫療手術在線遠程控制系統設計中，它不僅可以保證網絡信號監測的連續性和告警的及時性，還能確保系統網絡通道的專用性，為提高醫療資源的利用率，解決部分地區醫療資源不均衡發展問題提供重要的技術支持。因此，為了充分發揮和利用 5G網絡通信技術的應用優勢，提高醫療智能化管控水平，技術人員 重視對醫療手術在線遠程控制系統的科學化設計和實現。

1 系統應用需求分析

為了確保該系統功能的強大性和適用性，本文所設計的醫療手術在線遠程控制系統必須滿足以下應用需求： 1）該系統必須要表現出強大的自動化控制功能和遠程診斷功能，確保數據備份的存儲的安全性和可靠性。2）該系統必須表現界面簡潔友好、數據調用快捷方便等特點。3）該系統必須表現出較高的保密性、易維護易升級性、拓展性和跨平臺性，確保各個操作系統均能夠正常、穩定地運行該系統。

2 系統總體設計

2.1 系統框架設計

系統框架設計示意圖如圖1所示，從圖1中可以看出，該系統主要包含以下幾個層次。1）表示層。表示層除了包含用戶界面外，還包含外部接口等窗體元素，其運行原理為：通過利用業務邏輯層，獲取和顯示相應的數據[1]，然后，與用戶建立良好的交互關系，并向業務邏輯層傳輸相關數據。2）業務邏輯層。該邏輯層所涉及的邏輯主要與核心業務相關，主要用于對業務規則和業務邏輯的制定，然后，執行程序所需要的指令，此外，還要利用業務邏輯層，可以全面化處理所存儲好的各項數據。3）數據層。數據層主要包含數據訪問組件、數據存儲組件、數據管理組件，這些組件在功能上具有一定的獨立性。總之，該系統框架在實際設計中，主要采用B/S架構設計模式，并在5G網絡通信技術的應用背景下，利用以上三個層次，保證醫療手術設備遠程控制連接的穩定性、可靠性和安全性，以起到遠程醫療手術的作用，為實現醫療資源的最大化利用創造了良好的條件[2]。

2.2 系統數據庫設計

任何系統在管理數據期間，均離不開數據庫的支持，醫療手術在線遠程控制系統也不例外，為了保證數據傳輸和存儲的可靠性和安全性，實現對數據的增刪改查，技術人員 要重視對系統數據庫的科學設計。現以如表1、表2、表3、表4所示的“門診病歷表、住院病歷表、會診記錄表、護理記錄表”為例，對數據庫具體設計進行介紹。

3 系統功能設計

為了充分發揮和利用5G網絡技術的應用優勢，提高該系統的穩定性和實用性，技術人員 必須要嚴格按照如圖2所示的系統功能模塊設計示意圖，完成對系統用戶登錄模塊、數字病歷遠程調用模塊、音視頻遠程傳輸模塊等模塊的科學化設計。

3.1 用戶登錄模塊設計

在設計用戶登錄模塊期間，首先，要構建相應的系統用戶表，然后，根據不同的職能角色，設置相應的用戶名和用戶權限，該系統所設定的用戶類型主要以系統管理員為主[3]，當后臺工作開展完畢后，就可以進入到系統登錄界面的設計中，其次，根據系統實際運行需求，將醫療手術在線遠程設備服務器地址準確、無誤地輸入到IE瀏覽器中，由于該服務器的端口號為8596，所以，IE瀏覽器所屬于的服務器地址為：https：//202.196.152.2：8596。此時，該系統會自動彈出“安全警告”對話框。然后，通過對“是”按鈕進行點擊，自動進入到用戶登錄系統中，然后，向系統登錄界面中輸入用戶名和密碼，并點擊“確定”，當用戶身份驗證通過后，即可順利進入到系統功能界面中。

3.2 遠程醫療模塊設計

遠程醫療模塊主要借助遠程醫療設備，對系統所采集和傳輸好的患者數字病歷信息進行遠程化控制，并利用視頻通話的方式，對患者的手術進行遠程討論和指導。數字病歷信息為會診專家診斷工作開展提供了重要的依據和參考。

1）數字病歷遠程調用模塊設計

通過利用服務器，對外部系統采集好的數字病歷信息進行調用，并將這些信息安全、可靠地傳輸到指定的服務器上，然后，采用數據庫交互的方式，保證該功能模塊的實現效果。數字病歷遠程調用模塊除了負責集成處理數字病歷文件外，還負責向會診數字病歷文件導入相應數字病歷信息。數字病歷信息在實際采集期間，主要用到了DICOM服務器和HIL服務器，此外，通過利用5G網絡通信技術，完成對數字病歷信息的安全、可靠化傳輸[4]，并利用B/S架構模式，對數字病歷遠程調用功能進行科學設計和實現，然后，將經常使用的服務單獨放在指定的服務器中，數字病歷遠程調用結構圖如圖3所示。

從圖3中可以看出，遠程數字醫療記錄主要包含以下幾個部分：①表示層。瀏覽器具有一定的跨平臺性，可以為遠程會診數字病歷調用提供簡潔、友好的通用界面，通過利用表示層，可以實現對任務服務器設備的有效訪問。②Web服務器。該服務器主要用于對數字病歷信息的管理以及服務器端組件的放置，通過從客戶端收到相應的請求[5]，然后，與應用服務器之間建立起良好的交互關系，并將向Web瀏覽器反饋最終結果。③應用服務器。應用服務器主要采用遠程化調用方式，對電子病歷進行調用。④數據層。數據層除了包含關系數據庫、異構數據庫外，還包含HTML文檔等其他數字病歷信息，通過利用數據庫服務器，可以增刪改查數據庫中所存儲的數據，確保數據交互的可靠性和安全性。

2）音視頻遠程傳輸模塊設計

用于遠程醫療的視頻和音頻在實際傳輸期間主要借助了軟件傳動部分，該部分主要包含音視頻輸入、音視頻輸出、音視頻壓縮、接口等，同時，還創建了多個線程，該模塊的工作原理為：當軟件運行一段時間后，對視頻設備和音頻設備進行初始化處理[6]，對相關狀態進行監聽，在進行主叫期間，被叫方要向瀏覽器中輸入正確的IP地址，當被叫方和主叫方之間建立起良好的連接關系后，開始進行遠程化音頻通信和視頻通信[7]，通信內容除了包含文字傳輸外，還包含其他相關的音頻文件和視頻文件。發送端傳送數據流程圖如圖4所示。

3.3 遠程控制模塊設計

該模塊在實際設計中，先設置系統服務器IP地址，再采用遠程管理的方式，對系統管理員密碼等服務器相關信息進行遠程化設置和管理，并將設置好的“遠程桌面”安全、可靠地連接到服務器桌面上，然后，進行以下操作[8]：首先，對服務器的“遠程桌面”功能進行啟動，并選用“維護”選項，然后，在“維護”界面中右擊彈出遠程登錄界面，此時，輸入正確的用戶名和密碼，即可成功登錄和使用遠程服務桌面[9]。

4 系統測試

4.1 測試方法

系統測試工作在實際開展中，主要由以下兩名測試人員進行。1）軟件設計開發人員。該測試人員在實際測試期間，要復雜對政策測試方案的制定以及測試進度的把控。2）未參加軟件制作的人員。該測試人員主要負責對軟件運行環境測試等黑盒測試工作的開展。

4.2 測試結果

為了更好地驗證監控界面的有效性和可靠性，現對患者體溫監測界面進行測試，體溫監測界面如圖5所示。數字圓圈表示不同患者所佩戴的節點號碼，一旦被測患者出現溫度異常現象時，界面上會出現紅色感嘆號圖標警告，此時，紅色警告燈變亮，完全符合遠程操控的目的。總之，經過測試，發現系統監控界面友好、操作簡單，同時，遠程屏幕監控實效性高、畫面延時時間短、同時，還能對服務端屏幕信息進行動態化發布和更新。另外，可以正常實現醫療數據文件采?集、傳輸，以及遠程診斷相關的語音功能、視頻功能等。

5 結束語

綜上所述，在5G網絡通信技術的應用背景下，本文所設計的醫療手術在線遠程控制系統可以幫助醫生為身在異地的患者提供遠程手術治療，保證遠程診療實施效果，此外，還能保證醫療資源的最大化利用率，縮短網絡延遲時間，保證醫療手術的安全性，為來自各個地區的人們提供更加優質、平等的醫療服務，確保醫療遠程診斷變為現實。

參考文獻：

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[9] 張靜.基于Struts2的醫療病案數據異地傳輸控制系統設計[J].機械設計與制造工程，2019，48（7）：52-55.

【通聯編輯：謝媛媛】