基于5G網(wǎng)絡(luò)的人工智能與物聯(lián)網(wǎng)在智慧醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

張 翠

（萬(wàn)橋信息技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

引言

近些年隨著醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和高新通信技術(shù)的不斷出現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈等高新科技也在醫(yī)療行業(yè)中得到極其廣泛的應(yīng)用。在這些技術(shù)的支持下，醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)也逐漸進(jìn)入到智能化服務(wù)的領(lǐng)域中。基于5G網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)和使用，可實(shí)現(xiàn)人、物之間的相互聯(lián)系，且在連接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)內(nèi)容，數(shù)據(jù)系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)接收與處理，并將處理的結(jié)果反饋到數(shù)據(jù)中心來(lái)完成智慧醫(yī)療的生態(tài)閉環(huán)。同時(shí)在5G網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋背景下，將跨區(qū)域的患者、醫(yī)療單位和相關(guān)設(shè)備等內(nèi)容進(jìn)行有效連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)醫(yī)療過(guò)程的完整閉環(huán)，促進(jìn)智慧醫(yī)療生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)流動(dòng)。

1 相關(guān)概念分析

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5G也就是目前所指的第五代移動(dòng)電話的行業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，也被稱為第五代移動(dòng)通信技術(shù)。5G技術(shù)集成了最新無(wú)線接入技術(shù)解決方案的總稱，對(duì)現(xiàn)有的無(wú)線技術(shù)進(jìn)行全面提升，在上一代基礎(chǔ)上，新增加了一部分無(wú)線接入技術(shù)，以此來(lái)作為現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)的補(bǔ)充。5G技術(shù)具備速率高、延時(shí)短等多個(gè)特點(diǎn)，對(duì)于設(shè)備的數(shù)量、傳輸速率和規(guī)模等內(nèi)容都有著較高的要求[1]。4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)目前還不能有效滿足物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)快速無(wú)損傳輸?shù)男枨螅瑢?dǎo)致目前的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展受到嚴(yán)重的技術(shù)限制。基于5G技術(shù)的支撐，將根據(jù)嶄新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來(lái)提升高峰值的速率，并提升基本的連接能力，能夠支持長(zhǎng)時(shí)間、大規(guī)模連接需求的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，降低數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的延時(shí)性。在5G技術(shù)的支持下，將正式開(kāi)啟萬(wàn)物互聯(lián)、人機(jī)深度交互的新時(shí)代篇章。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指將多種設(shè)備的終端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)而形成巨大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如紅外感應(yīng)器、GPS等，在未來(lái)的智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是其發(fā)展的重要核心，本身發(fā)展的實(shí)質(zhì)就是結(jié)合無(wú)線通信技術(shù)、RFID技術(shù)和人工智能技術(shù)等聯(lián)合的應(yīng)用效果，來(lái)實(shí)現(xiàn)智慧醫(yī)療領(lǐng)域中實(shí)時(shí)通訊與信息交換的要求，能滿足我們?nèi)粘?duì)于健康醫(yī)療所日益增加的要求和需求。

1.3 人工智能技術(shù)

作為計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的重要分支，人工智能是以人為主體，模仿人類(lèi)智能相似的方式來(lái)對(duì)特定的行為做出快速反應(yīng)。自從人工智能出現(xiàn)以來(lái)，在其理論與實(shí)踐不斷成熟的基礎(chǔ)上，各個(gè)領(lǐng)域也在不斷融合人工智能技術(shù)[2]。在醫(yī)療領(lǐng)域，基于5G技術(shù)的高帶寬、低延時(shí)、大連接等優(yōu)勢(shì)的物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)療智能化服務(wù)水平的全面提升。在將5G技術(shù)融合人工智能的同時(shí)，可催生醫(yī)學(xué)影像分析、健康管理和疾病預(yù)測(cè)等各種醫(yī)療場(chǎng)景。

2 基于人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的健康類(lèi)可穿戴設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 感知層

感知層面的主要作用就是通過(guò)人體在佩戴該設(shè)備的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其身體相關(guān)信息進(jìn)行感知和分類(lèi)收集，且該穿戴設(shè)備存在“普遍性”特點(diǎn)，即可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及傳感器對(duì)人體心率、血壓等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行完整感知。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層

可穿戴設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)首先就是使用無(wú)線通訊技術(shù)，同時(shí)為了能夠?qū)Ω鞣N終端均可以進(jìn)行有效服務(wù)，那么該設(shè)備就務(wù)必使用多種類(lèi)型的無(wú)線接入。例如：隨身攜帶以及可粘貼的健康類(lèi)可穿戴設(shè)備主要適用于以進(jìn)行藍(lán)牙連接的，室內(nèi)設(shè)備等則需要有一定距離進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，那么該類(lèi)設(shè)備就相應(yīng)的可以選擇ZigBee以及WIFI等進(jìn)行連接。

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層的主要存在目的就是為了能夠讓使用人員獲得相應(yīng)的使用價(jià)值，健康類(lèi)可穿戴設(shè)備主要將本設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用通過(guò)應(yīng)用層為用戶提供良好服務(wù)，且服務(wù)類(lèi)型豐富，而智能終端以及手機(jī)瀏覽器均可以為使用者提供相應(yīng)的設(shè)備用戶接口。

3 健康類(lèi)可穿戴設(shè)備傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在該信息感知系統(tǒng)中基本設(shè)備就是多個(gè)可穿戴設(shè)備上所承載的用戶健康信息感知終端。用戶健康信息感知終端主要工作原理就是利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳達(dá)到應(yīng)用者終端健康設(shè)備上，該系統(tǒng)存在的優(yōu)勢(shì)就是能夠在任何環(huán)境中均可以正常工作，具體如圖1所示。

3.2 系統(tǒng)技術(shù)

本系統(tǒng)的主要作用第一就是感知人體健康信息，第二就是對(duì)所感知的信息分類(lèi)整理，并且在做好預(yù)加工的基礎(chǔ)上分別派送到最終目的。

1）數(shù)據(jù)感知技術(shù)：本系統(tǒng)主要是應(yīng)用數(shù)據(jù)感知技術(shù)對(duì)設(shè)備認(rèn)為有價(jià)值的信息進(jìn)行相應(yīng)記錄和儲(chǔ)存，同時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理；

2）數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：本系統(tǒng)主要是使用該技術(shù)對(duì)記錄和儲(chǔ)存完成的數(shù)據(jù)傳遞到處理系統(tǒng)中；

3）數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)：本系統(tǒng)主要是對(duì)所感知到的人體健康信息上傳后利用利用該技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)變和設(shè)計(jì)，從而促使數(shù)據(jù)能夠傳遞到更高一層；

4）數(shù)據(jù)云儲(chǔ)存及挖掘技術(shù)：本系統(tǒng)中的該項(xiàng)技術(shù)可以對(duì)為數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，因此可以為使用者提供信息算法支持，從而便于使用者做好數(shù)據(jù)分析，為用戶提供準(zhǔn)確支持。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用

1）使用者通過(guò)佩戴可以感知信息的多個(gè)設(shè)備終端及智能手機(jī)做好數(shù)據(jù)監(jiān)控；

2）使用者利用手機(jī)下載感知設(shè)備APP做好功能設(shè)置，同時(shí)進(jìn)行相互連接，從而便于獲取數(shù)據(jù)信息。

4 可穿戴設(shè)備用戶信息傳感終端設(shè)計(jì)與應(yīng)用

4.1 設(shè)計(jì)要求

首先該終端可以對(duì)人體健康信息進(jìn)行采集，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與移動(dòng)終端之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。在佩戴多個(gè)終端的情況下，還應(yīng)當(dāng)可以在服務(wù)應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分別顯示。同時(shí)設(shè)備的信息感知系統(tǒng)中的交互式設(shè)計(jì)要求主要是通過(guò)應(yīng)用者的終端實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。但是需注意的是，用戶終端務(wù)必與感知終端之間連接，從而才能將數(shù)據(jù)傳輸至用戶。

穿戴式要求：目前，便攜式終端的持有形式大多以手持為主，這樣的持有形式為人們帶來(lái)了極大的不便。然而，穿戴式終端能夠完美地解決這個(gè)問(wèn)題，穿戴式終端具有體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以巧妙的融入人們的穿戴衣物之中，能夠在穿戴的同時(shí)維持便攜式終端的正常功能，使穿戴功能與信息采集功能完美的融合在一起，做到了兩者的有機(jī)統(tǒng)一。

4.2 模塊分析

穿戴類(lèi)健康設(shè)備主要分為四大模塊，其中包括傳感器、控制器、無(wú)線通信及電源。傳感器是健康類(lèi)穿戴設(shè)備的重要模塊之一，其主要功能是通過(guò)對(duì)人身體的各項(xiàng)機(jī)能進(jìn)行感知，從而采集人體相關(guān)數(shù)據(jù)。例如，穿戴起在感知脈搏時(shí)，首先要通過(guò)傳感器收集人體的相關(guān)脈搏數(shù)據(jù)，其次在傳感器的選擇上，要符合上文所要求的體積小、重量輕等特點(diǎn)。控制器的主要作用是處理各模塊與各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，如整個(gè)健康類(lèi)穿戴設(shè)備的儲(chǔ)存量、輸入端口位置等。無(wú)線通信主要起到的是數(shù)據(jù)傳輸作用，可以將健康類(lèi)穿戴設(shè)備所收集處理的相關(guān)信息，傳輸?shù)较鄳?yīng)位置。電源是健康類(lèi)可穿戴設(shè)備最重要的模塊，對(duì)健康類(lèi)可穿戴設(shè)備能否順利運(yùn)行起到了至關(guān)重要的作用。其主要作用是為健康類(lèi)可穿戴設(shè)備供電，具有維持其他模塊正常運(yùn)行的作用，是其他模塊能否正常工作的基礎(chǔ)。

4.3 終端應(yīng)用

以采集心率健康類(lèi)可穿戴設(shè)備為例。健康類(lèi)穿戴設(shè)備在啟動(dòng)電源后，傳感器能夠在第一時(shí)間對(duì)被采集者的脈搏進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，同時(shí)將這些收集到的可用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為電壓形式傳至控制器中，再利用控制器將接收的電壓值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后將所收集整理的最終數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙等形式發(fā)送到用戶的信息終端，由終端根據(jù)用戶的自身情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過(guò)以上操作，健康類(lèi)可穿戴設(shè)備就完成了一次數(shù)據(jù)處理及傳送。具體如圖2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

基于5G技術(shù)的不斷發(fā)展，雖然目前在還處于商用的起步階段，但是實(shí)現(xiàn)5G專(zhuān)網(wǎng)覆蓋是未來(lái)醫(yī)療發(fā)展的必然趨勢(shì)。基于5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)的智慧醫(yī)療設(shè)備夠顯著提升醫(yī)療的安全性、實(shí)效性和穩(wěn)定性，促使醫(yī)療領(lǐng)域更加智慧，進(jìn)而進(jìn)一步提升醫(yī)療的衛(wèi)生服務(wù)質(zhì)量，結(jié)合5G切片網(wǎng)絡(luò)等能力，使現(xiàn)代智慧醫(yī)院能夠?qū)崿F(xiàn)不同環(huán)境下的數(shù)據(jù)共享與互聯(lián)的要求。