5G時代分布式醫療體系下產品系統設計研究

郜泉越　荀騫慧　靳文奎

關鍵詞：新型冠狀病毒肺炎 后疫情時代 分布式醫療 醫療器械 機械設備

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）07-0097-03

引言

二十一世紀是科技與信息化跨越式進步的時代，智能設備及人工智能（AI）的發展在不斷為我們的生活帶來便利。智能醫療器械也應運而生。其意在減少醫護人員，或在無醫護人員的介入下，自主完成檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制等過程。對提高救助能力有著極大幫助。2020年初，新冠病毒席卷全球，世界各地的醫療衛生體系均遭受了嚴重的沖擊。隨著我國工業與信息技術技術的不斷提升，抗擊疫情的過程中，豐富的醫療器械發揮了巨大的作用。但在實踐中，現有器械同樣暴露出了許多問題，只有通過嚴謹、科學的設計，才可以利用現有的先進技術與傳統醫療器械進行結合創新，達到更加優化的結果。

一、現有醫療機械在疫情中存在的弊端

根據《2019中國家用醫療器械行業分析報告》指出，雖然醫療器械有了顯著進步，但仍處于不完善的局面。尤其在本次疫情中，暴露出部分醫療器械使用上的弊端，及醫療器械服務體系不完整的問題。

（一）醫護人員自身安全感差

受感染的患者在治療期間具有較高的傳染風險，同時需要長時間的監測與照料。然而，目前我國大部分醫療器械的操作仍需要醫護人員進行接觸式或近距離操作。操作人員必須暴露在被感染的風險下，特殊情況下甚至需要與被污染的體液或排泄物進行直接接觸。雖然嚴密的防護措施可以在一定程度上對醫護人員進行保護，但仍對其生命安全造成了很大威脅。據報道，醫護工作者在穿戴防護服、口罩等防護用具時會出現操作不便的現象，甚至會因為用具自身的缺陷，對使用者本身造成傷害。嚴密的防護設備加大了醫護工作者操控、監測器械的難度，容易在緊張的救治環境中產生不必要的失誤。

（二）醫療器械認知困難

醫療器械作為輔助醫療診斷和治療的手段，已經成為醫護人員進行日常治療的必要輔助工具。然而，不正確的選擇與操作會造成資源配置不合理和不可逆轉的結局。2010年以來，WHO舉行過四次全球醫療器械論壇[1]。與會代表包括政府、學術等各界人士，圍繞WHA60·29決議，提出醫療器械面臨的主要挑戰就是醫療人員對于醫療器械的評價與獲得不充分，造成利用率未達到預計期望。部分地區醫療人員對操作器材的認知水平與器材所需水平存在差距，使得許多功能無法進行實際應用，造成器材利用率低下甚至使用不合理。

（三）操作反饋的滯后性

受到機械元件特性和運作方式的影響，滯后性成為器械不可避免的問題之一。在救治過程中，尤其一些精細化操作上，在物理傳動和計算能力不足的情況下，容易出現較大偏差和延時[2]。數據和操作的及時反饋與應用往往很大程度上影響治療和救治的成功率。現有的傳統醫療器械受各種因素的影響，無法通過監測范圍內數據的變化指標“預測”出可能出現的風險，從而進行預警。而一些理療輔助器械，例如醫療內窺鏡等，則可通過電子甚至無線傳導技術代替傳統機械結構，不僅可以減小體積，還可以縮短響應延遲，從而達到在使用過程中減小創傷、提高精度的效果。例如，很多檢測設備只能實現記錄數據，出現異常時再進行報警。如將人工智能與檢測器械進行結合，在經AI深度學習后，利用數據某一維度的指標出現異常前進行預警，將很大程度上降低某些疾病的發病程度。避免因為機械傳動的滯后性，造成嚴重的后果。

（四）醫療器械服務匹配失調

在本次疫情中，許多地區出現了資源配置懸殊的現象[3]。通過對比全國部分省市衛生資源配置情況，可以看出，全國普遍存在醫療資源缺乏的現象。僅從人均床位及人均配置衛生技術人員這兩項數據的情況可知，經濟欠發達地區與經濟發達地區的資源配置差異很大。一些經濟較為落后的地區，由于政策、經費等問題，在出現重大公共衛生事件時，缺乏足夠的基礎設備和專業設備進行應用。而地區醫療資源豐富地區向周圍地區供應時，無法做到及時轉運和高效、合理分配，使救治在一定程度上造成延誤。

部分地區的醫療水平和衛生技術人員的經驗也出現了與發達地區較大的差異。因其長期依賴于區域內綜合大型醫院，不僅不會釋放地區綜合醫院資源的冗余，還會在一定程度上增加地區醫療資源的壓力。第七次全國人口普查結果顯示，我國65歲以上人口比重已經達到13.50%。雖然人口增長速度明顯放緩，但基于人口基數巨大這一特性，國內老齡化趨勢仍處于逐步提高的階段。受此影響，醫療資源的需求會呈現爆發式增長。但目前，我國人均醫療器械費用僅為6-8美元，仍處于較低水平。而同時期發達國家人均醫療器械費用已皆大于100美元。未來，老齡人口及基礎疾病患者的治療必然會向二三級醫院導流分散，因此從現在開始就需要對資源配置的不合理的問題加以重視，更多注重借助信息技術使得資源應逐步向基層下沉，探索平衡地區和不同級別間醫療資源難題的解決方案仍任重道遠。

二、信息技術引入分布式醫療產品

（一）醫療設備對技術的新需求

近年來，國家提出了《中國制造2025》《健康中國2030》等一系列針對醫療器械領域的戰略計劃，使得我國醫療器械產業出現了長足的發展。其中很重要的一點，就是要培育和發展我國新型醫療器械產業。在目前，我國信息技術飛速進步，人工智能與物聯網等學科快速進步的整體局面下，傳統醫療器械與信息技術結合的發展已然成為必然需求。在“互聯網+”的大環境下，醫療器械將會變得更加“智能”和“高效”。微型化也會使得更多設施的應用場景由醫院走入家庭。在物聯網設備的幫助下，更多監測和治療可以由原來醫院集中完成的方式轉變為分布模式。不僅能夠優化醫療資源利用效率，也會使患者的體驗感大大增強。

（二）5G通信技術的特點

第五代通信技術（5G）是目前最先進、最具有代表性的民用通信技術。是支持萬物互聯、深度交互、信息技術發展的堅實基礎?？偟膩碚f，結合5G技術的特點，醫療器械的創新可以歸納為以下幾點進步：首先，“高速度”。相較于以往，更高的傳輸速度使得數據和操作可以高效的完成傳輸和應用，為減少處理時間和滯后表現帶來可能，顯著提升交互操作的流暢程度;第二，“泛在網”。隨著業務的發展，網絡需要滿足更多時段、地域的使用要求。這使得物聯網設備與分布式醫療體系的結合建設，成為可能。人們可以通過器械和5G技術，隨時隨地進行數據監測和分析;第三，“萬物互聯”。大部分傳統醫療器械的遠程控制問題因此可以得到有效解決。也能讓更多的醫療器械實行聯合監測、處理，實現更加全面、私人化的醫療;第五，“低功耗”，低功耗使得產品可以減少對于供能系統的依賴性，從而在微型化和高續航能力上更上一層樓[4]。

（三）智能穿戴產品與分布式醫療體系理念的契合

智能穿戴產品如今已經遍布我們生活的各種場景，與此同時，很多大型檢測設備的微型化也逐漸完善。因此，利用穿戴設備進行身體指標的實時檢測已經成為未來趨勢之一。[5]分布式醫療概念與如今智能穿戴設備的產品理念不謀而合。伴隨著信息化和數據化的不斷加速，智能穿戴設備利用其高拓展、微小化、便攜性等特點，保證用戶體驗感的同時，旨在構建高效、實時、安全、舒適的生活場景[6]。在提高檢測精度的前提下，可以利用智能穿戴設備介入治療康復體系，對患者的身體指標進行實時全 時監測，并利用智能程序進行分析與預警。必要時，還可以利用智能程序進行遠程急救呼叫。這樣的數據監測可以讓患者免去往返于家-醫院的路程奔波，還可以將醫院資源配置于更加緊急的病患。在治療康復中通過“云服務”的介入，相較于傳統紙質手寫文檔，能夠擁有更長的記憶時間。將數據與病例上傳到云端，不僅可以隨時下載，還能夠在出現緊急狀況下，及時提檔，對更多監測數據進行快速整合分析，為治療提供更加全面合理的建議和數據。

三、分布式醫療體系下產品系統設計

國家衛生健康委指出應對復雜多變的疫情，需要充分利用、發揮信息化在輔助突發公共衛生時間研判、創新診療模式、提升服務效率等方面的作用。各大醫療機構迅疾開展遠程診療業務及線上問診平臺[7]。自1988年美國提出了遠程醫療（Telemedicine）這一概念，歐美國家在這一項目探索已久。后疫情時代分布式醫療體系，即利用現有信息技術與醫療理念相結合，構建一套可供醫患之間進行更為便捷高效的溝通體系，解決有長期就醫需求的患者在后疫情時代，因醫療資源短缺、出行不便造成的就醫困難、溝通受阻、無人看護等問題。同時，還可以對分布式醫療在國內的可實施性進行研究，從以下四個角度進行設計分析，從而探索如何設計后疫情時代下更為可靠的家庭醫生體系。

（一）長期監測兼顧設備便攜性

分布式醫療體系的初衷將是醫療檢測等功能從醫院分散到患者日常活動中，從而減輕醫療資源分配的壓力和患者就醫困難的問題。在我國目前的就醫模式影響下，患者與醫院間存在著很大的信息缺不對稱性[8]。缺乏基礎醫療知識的患者更多依靠主觀感受與猜測為醫生提供信息。而醫生在診斷過程中，僅靠描述和短時間的觀察，更容易造成誤診[8]。這就需要一種能夠實現長期監測并兼顧便攜性的設備。不僅需要保證監測數據的準確性，更要減少設備對于患者日常生活的影響，甚至融入其中。基于物聯網的小型檢測系統可以通過集成小型或微型化生理傳感器的手表、項鏈等物聯網設備，通過藍牙、無線網絡與智能終端連接，不斷監測身體數據。并利用GPS網絡實時更新位置信息。大數據的興起和不斷成熟的人工智能技術也能為數據處提供高效性與準確性。借助手機App或智能終端控制軟件，上傳至云端平臺。在患者進行日?；顒拥耐瑫r，將“24×7”不間斷數據監測變為可能。

很多健康監測App已經建立了較為科學的風險評級系統。借助人工智能（AI）的快速分析處理，可以將數據處理標準分為“正?！薄爱惓！薄坝酗L險”和“較嚴重”等多個等級，對使用者進行健康干預。前兩級屬于較輕情況，系統僅會提供建議與預警。“有風險”一級則會在前一級基礎上，為患者聯系預約醫生進行線上/線下排查治療。最后一級由于情況較為嚴重，系統會自動幫助病患呼叫急救，實現最快救援。所有評估和報告也都能夠及時傳送到醫生和患者手中。

除此以外，更多的物聯網設備也將被整合起來，進行更加綜合性觀測監控。類似語音助手的交互模式還會進行主動性與被動性日常數據錄入，實現數據的高效、雙向、實時輸出[9]。結合物聯網設備下的分布式醫療體系，不僅可以大大釋放醫療資源壓力，同時可以更加全面、詳實地記錄患者的生理數據，為診療提供更多數據支撐[10]。

（二）利用人工智能構建智慧平臺

造成就醫擁擠的主要痛點就在于，傳統醫療模式下診療環節中對于醫護人員的依賴性過高。而國內病患基數大，長期存在著病患等待醫護人員進行診療、救治的難題。在后疫情時代下，如將一些基礎性保障功能交由無人設備完成，即可減少對于醫護人員的占用率，從而安全、高效的完成工作。人工智能（AI）作為新興科技已經進入了公眾的視線，其通過大數據處理，可以將病情和反饋的身體數據進行有效的處理。此次疫情中，人工智能技術也運用在肺部CT的初步判斷中。除了將物聯網設備接入云系統外，有些App已經利用AI系統進行智能導診，有效解決導診對于醫護人員的占用問題，化解患者專業知識不足而表述不清而出現貽誤病情的可能。

（三）藥物配送的及時性及可達性

分布式醫療體系的構建，除了要將問診及監測功能進行遠程化處理，還要考慮到救治及藥物配送問題。由于城市的汽車保有量急劇增加，受交通問題和道路問題的影響，傳統急救運輸工具已無法實現快速轉運。并且，很多偏遠地區由于距離問題無法短時間內到達。利用無人機及無人控制技術的蓬勃發展，可以實現將藥物直接送至患者手中，從而避免在最終環節仍需要回歸醫院?？梢杂纱嗽O計出一套將區域內醫療藥品整合調配的系統，在線上問診結束后，以各級醫院作為配送集散地，通過無人設備進行運輸與中轉，就近配送服務范圍內的患者，及時送至目的地[11]。由于中低空范圍內幾乎沒有障礙物，可以實現中高速移動運輸。既保證運輸效率，又擁有較高的安全性。

（四）非接觸性互動功能

后疫情時代，人們對于公共接觸風險問題越來越重視。醫生與病患、醫生與醫療設備的接觸都在無形中增大了感染風險。首先，分布式醫療產品力圖在醫生與病患之間，通過實體產品與智能技術的配合，既保證了病患的診治，又確保了醫生自身的安全。2014年貝勒醫學院在埃博拉疫情中研發了“緊急智能倉”，如圖1，除配備相應保障措施外，還利用智能程序和模塊化系統，進行監測和保障。疫情期間，美國也使用由集裝箱生化隔離系統改良的“無人艙”（CBCS）等一系列醫療設備，從“鉆石公主”號郵輪上將已感染新冠的美國公民順利轉運回國進行治療[12]。這些設備有效地降低了醫護工作者和公眾的感染風險。針對于我國目前“內防反彈，外防輸入”的疫情平穩階段，面對一些零星出現病例的地區，將類似封閉式治療系統投入使用，具有很大的參考價值。

而在醫生與醫療設備之間，考慮到使用可達性及用戶接受程度等問題，類似語音控制、手勢操作作為非接觸式操作最簡便的方式，具有操作簡單，適用人群廣泛等優勢[13-14]。例如，對于語音識別與控制技術的應用，仍處于探索階段。聲音作為人類獲取信息的重要途徑，也是產品的附加屬性之一。心理學家赤瑞特拉通過實驗證實：人類約有11%的信息是通過聽覺獲取的，是人類僅次于視覺的第二大獲取信息的途徑[15]。在語音交互系統的幫助下，不僅可以有效增強使用者的感官體驗，也會減少接觸造成交叉感染的風險。通過特定語句喚醒語音系統后，患者可以在任何地點，控制系統下的物聯網設備并將自己的狀況、飲食等進行記錄;醫生也可以通過智能系統，將病歷與報告進行上傳至系統[16]。由于僅僅使用麥克風和智能終端，讓使用中對于接觸公用設施的次數相較于傳統手寫或電腦輸入大大降低。既減少了公共接觸風險，還可以減輕醫生負擔，增加效率。例如手術場景下，也可以利用語音助手及機械手臂進行協助器材的拿取，減少醫護人員到場數量，降低感染風險[17]。在人工智能的加持下，通過深度學習，語音助手可以很大程度上提高精度和識別效率，對于不同語種，尤其是較為難處理的方言也能實現精確識別。

結論

我國作為人口大國，醫療問題關乎民生。隨著疫情防控的常態化和國內老齡人口數量的劇增，分布式醫療模式必然會成為未來發展的主要趨勢。將集中的醫院治療進行分散處理，不僅減少了交叉感染風險，更釋放了大量醫療資源冗余。使更多資源集中于更為緊急的搶救中。本文通過挖掘醫療產品弊端，對未來醫療產品的發展及應用進行展望。后疫情時代，5G技術對于智能醫療器械的設計與研究，將帶來巨大的變革。相關產品與信息化技術的耦合，也會打開我國醫療體系改革與完善的新思路。