盛 煜，彭 恒，馮 毅（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

0 引言

5G，全稱 The 5th Generation Mobile Communication Technology，即第5代移動(dòng)電話行動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱為第5代移動(dòng)通信技術(shù)。相比4G，5G不僅考慮人與人，也充分考慮人與物、物與物的連接要求，更加關(guān)注速率、時(shí)延、連接密度等性能指標(biāo)，傳輸速率提升10～100倍，峰值傳輸速率達(dá)到20 Gbit/s，端到端時(shí)延達(dá)到ms級(jí)，連接設(shè)備密度增加10～100倍，流量密度提升100倍，頻譜效率提升3～5倍，能夠在500 km/h的速度下保證用戶體驗(yàn)［1］。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP定義了5G的三大場(chǎng)景［2］：增強(qiáng)移動(dòng)帶寬（eMBB）擁有100 Mbit/s體驗(yàn)速率，峰值速率超過1 Gbit/s，適用于高清視頻業(yè)務(wù)、2k/4k視頻、VR/AR等；海量機(jī)器類通信（mMTC）有低功耗、低成本、廣覆蓋的特點(diǎn)，適用于智能家居、智能停車、環(huán)境監(jiān)測(cè)等行業(yè)；超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）具有僅1 ms的低時(shí)延、接近100%的高可靠性、移動(dòng)速度快的特點(diǎn)，市場(chǎng)潛力巨大，適用于車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等特殊應(yīng)用。

由于人口基數(shù)大、老齡化加速，我國一直面臨著“看病貴、看病難”的醫(yī)療難題［3］。我國人口占世界人口的22%，但醫(yī)療衛(wèi)生資源僅占世界的2%，而有限的醫(yī)療資源又存在分配不均的問題：我國的醫(yī)療資源近80%集中在城鎮(zhèn)，醫(yī)療資源不平衡，農(nóng)村醫(yī)療衛(wèi)生資源嚴(yán)重不足，設(shè)備少、服務(wù)能力低，部分偏遠(yuǎn)地區(qū)缺醫(yī)少藥的情況仍存在。借助無處不在的5G高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，大力發(fā)展智慧移動(dòng)醫(yī)療服務(wù)將是解決目前醫(yī)療行業(yè)痛點(diǎn)問題的有效方法［4］。通過5G網(wǎng)絡(luò)，可以緩解看病就醫(yī)難題，提升人民健康水平。我國移動(dòng)醫(yī)療行業(yè)市場(chǎng)空間巨大，通過聚焦醫(yī)療行業(yè)，加速5G與醫(yī)療行業(yè)融合，創(chuàng)新應(yīng)用與服務(wù)，使行業(yè)變得更加數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)為醫(yī)療行業(yè)的智能發(fā)展提供了可能［5］，這主要是將5G的高速率、低延遲和高容量等特點(diǎn)，應(yīng)用在醫(yī)療檢測(cè)與護(hù)理、醫(yī)療診斷與指導(dǎo)、遠(yuǎn)程操控等方面。

1 邊緣計(jì)算增強(qiáng)醫(yī)療信息化

邊緣計(jì)算/邊緣云（MEC）是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，通過分流實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)下沉至本地，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力的開放平臺(tái)，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、智能應(yīng)用、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。在3GPP R15中，基于服務(wù)化架構(gòu)，5G協(xié)議模塊可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活調(diào)用，為構(gòu)建邊緣網(wǎng)絡(luò)提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而使MEC可以按需、分場(chǎng)景靈活部署在無線接入云、邊緣云或者匯聚云，從而一定程度滿足了5G eMBB、uRLLC、mMTC等技術(shù)場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求。同時(shí)MEC通過充分挖掘網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上下文信息的感知和分析，并開放給第三方業(yè)務(wù)應(yīng)用，有效提升了網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的深度融合。在MEC賦能智慧醫(yī)療流程中，在數(shù)據(jù)導(dǎo)流時(shí)，將醫(yī)療專用數(shù)據(jù)分流到醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)依托移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)空口的“專有網(wǎng)絡(luò)”接入。MEC為對(duì)時(shí)延有較高要求的業(yè)務(wù)提供本地處理能力，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果反饋，降低時(shí)延。在AR、VR、MR業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，MEC通過快速處理用戶交互信息和手術(shù)圖像素材，實(shí)現(xiàn)提供三維內(nèi)容實(shí)時(shí)渲染。對(duì)于第三方承載，MEC為醫(yī)療系統(tǒng)授權(quán)的第三方應(yīng)用提供虛擬資源環(huán)境完成本地化承載，為數(shù)據(jù)安全保障提供易用的基礎(chǔ)設(shè)施。MEC賦能智慧醫(yī)療的詳細(xì)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 MEC賦能醫(yī)療架構(gòu)圖

邊緣計(jì)算同時(shí)可以與人工智能和醫(yī)學(xué)影像相結(jié)合，融合AI算法，為醫(yī)生閱片和勾畫提供輔助和參考，大大節(jié)約醫(yī)生時(shí)間，提高診斷、放療及手術(shù)的精確度。在病灶自動(dòng)標(biāo)注應(yīng)用場(chǎng)景中，數(shù)字影片在機(jī)器中完成病灶自動(dòng)標(biāo)注，為影像科醫(yī)生閱片提供參考，大幅度減少誤診、漏診；在靶區(qū)自動(dòng)勾畫應(yīng)用場(chǎng)景中，在制定放療方案前，對(duì)200～450張CT片進(jìn)行靶區(qū)自動(dòng)勾畫，然后由放療科醫(yī)生檢查糾正，大大縮短勾畫時(shí)間；在影像三維重建中，自動(dòng)重構(gòu)器官真實(shí)的3D模型，實(shí)現(xiàn)3D實(shí)體器官模型的打印，幫助醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，確保手術(shù)更加精準(zhǔn)。

2 基于5G的醫(yī)療檢測(cè)和護(hù)理應(yīng)用

在醫(yī)療檢測(cè)與護(hù)理類應(yīng)用中，基于無線采集類的監(jiān)測(cè)與護(hù)理類應(yīng)用，進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)和長時(shí)間的監(jiān)測(cè)。利用可穿戴設(shè)備、移動(dòng)終端等方式對(duì)病人的生命體征進(jìn)行監(jiān)護(hù)，將位置信息和生命體征信息利用5G邊緣計(jì)算進(jìn)行處理和計(jì)算，并利用5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心?？梢詾槁圆』颊?、老年人群提供及時(shí)的健康監(jiān)護(hù)和干預(yù)，提高健康水平和生活質(zhì)量，也可廣泛應(yīng)用于家庭老人、慢性病人、新生兒和ICU重癥病人的遠(yuǎn)程監(jiān)控等。5G+醫(yī)療監(jiān)測(cè)與護(hù)理類應(yīng)用的系統(tǒng)組成架構(gòu)如圖2所示。

圖2 醫(yī)療監(jiān)測(cè)與護(hù)理類應(yīng)用架構(gòu)圖

3 醫(yī)療診斷與指導(dǎo)類應(yīng)用

基于圖像和視頻實(shí)時(shí)交互的診斷指導(dǎo)類應(yīng)用，通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸靜態(tài)動(dòng)態(tài)醫(yī)學(xué)影像等醫(yī)療影像，主要應(yīng)用于手術(shù)高清視頻直播、AR本地立體教學(xué)、遠(yuǎn)程MR手術(shù)指導(dǎo)等。

a）在手術(shù)高清視頻直播中，基于5G網(wǎng)絡(luò)保證4K高清視頻的無卡頓高質(zhì)量傳輸，遠(yuǎn)端醫(yī)生通過基層醫(yī)生端傳輸?shù)娜梭w數(shù)字視頻以及從醫(yī)療邊緣云下載的醫(yī)療影像圖片、電子病歷，全方位了解患者病情，實(shí)時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)救援人員對(duì)患者做手術(shù)或?qū)嵤┘本?。手術(shù)高清視頻直播能夠?qū)?yōu)質(zhì)醫(yī)生資源共享給二級(jí)和一級(jí)醫(yī)療單位，并能拓展至送醫(yī)下鄉(xiāng)、社區(qū)健康篩查等場(chǎng)景，也可用于急救車遠(yuǎn)程初診提高急救能力。

b）在AR本地立體教學(xué)中，將手術(shù)視頻、人體模型等制作成為AR/VR模型供學(xué)生學(xué)習(xí)，通過佩戴可視化AR/VR裝置，直觀感受3D成像解剖下的組織及器官，了解相關(guān)構(gòu)成及特征。

c）在遠(yuǎn)程MR手術(shù)指導(dǎo)中，基于5G網(wǎng)絡(luò)傳輸專家醫(yī)生對(duì)特定部位進(jìn)行的實(shí)時(shí)標(biāo)記、測(cè)量、繪制等操作信息，由基層醫(yī)生的AR終端接受實(shí)時(shí)音視頻信息，并且從云端服務(wù)器調(diào)取相應(yīng)的模型、文檔等指導(dǎo)內(nèi)容。5G賦能醫(yī)療診斷與指導(dǎo)類應(yīng)用在我國已有多次成功案例。

第4屆國際心臟病學(xué)會(huì)年會(huì)在巴基斯坦拉合爾舉行，北京阜外醫(yī)院專家受邀在青島阜外醫(yī)院成功進(jìn)行了心臟介入手術(shù)，并通過中國聯(lián)通5G網(wǎng)絡(luò)向與會(huì)代表進(jìn)行了手術(shù)直播。首次通過5G應(yīng)用創(chuàng)新助力“一帶一路”的建設(shè)，是“5G+醫(yī)療”領(lǐng)域又一次實(shí)踐。在高效保障手術(shù)室高清直播畫面回傳的同時(shí)，還兼?zhèn)淞藗鬏斸t(yī)學(xué)設(shè)備生理指標(biāo)檢測(cè)信號(hào)的合路傳輸能力，5G數(shù)字化室分實(shí)現(xiàn)的首個(gè)行業(yè)應(yīng)用部署，是對(duì)5G時(shí)代面向智慧醫(yī)院場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案的全新探索?；?G的心臟介入手術(shù)跨國直播案例如圖3所示。

2019年3月12日，在5G新媒體中心，北京清華長庚醫(yī)院與相距2 200多km的深圳市人民醫(yī)院，通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸高清手術(shù)影像，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在北京的無延時(shí)直播。深圳市人民醫(yī)院肝膽外科日前接治了該市一例復(fù)雜肝臟腫瘤患者，由于病情危重，手術(shù)難度較高，中國醫(yī)師協(xié)會(huì)智慧醫(yī)療專業(yè)委員會(huì)主任委員、中國工程院院士、北京清華長庚醫(yī)院執(zhí)行院長董家鴻在直播間，通過混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，與術(shù)者進(jìn)行了術(shù)前方案討論，并在2臺(tái)異地手術(shù)進(jìn)程中，進(jìn)行穿插實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)，在手術(shù)視野上對(duì)術(shù)野進(jìn)行診查，對(duì)目標(biāo)病灶進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)手術(shù)路徑予以標(biāo)注，通過線上的無縫互動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)深圳市人民醫(yī)院肝膽外科醫(yī)生的指導(dǎo)。多中心遠(yuǎn)程協(xié)同手術(shù)案例如圖4所示。

4 遠(yuǎn)程操控類應(yīng)用

圖3 基于5G的心臟介入手術(shù)跨國直播

圖4 5G支持多中心遠(yuǎn)程協(xié)同手術(shù)

在遠(yuǎn)程操控類應(yīng)用中，通過AI+VR+醫(yī)療視頻+觸覺力反饋，傳輸醫(yī)療影像、音視頻、力反饋控制信息等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程超聲、機(jī)器人實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程手術(shù)等。

在遠(yuǎn)程超聲方面，通過5G網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)療專家根據(jù)患者端視頻和力反饋信息，遠(yuǎn)程操控機(jī)器人開展超聲醫(yī)療服務(wù)。5G為醫(yī)生和患者提供實(shí)時(shí)傳輸超聲圖像、實(shí)時(shí)音視頻溝通數(shù)據(jù)，并對(duì)機(jī)器人控制指令等數(shù)據(jù)進(jìn)行加密安全保護(hù)。實(shí)時(shí)視頻交流通過醫(yī)生端和患者端的攝像頭及超聲影像實(shí)現(xiàn)，力反饋信息通過患者端機(jī)器人機(jī)械手傳感器采集和反饋實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程操控通過操作搖桿完成。遠(yuǎn)程超聲可以將優(yōu)質(zhì)超聲醫(yī)生資源共享到二級(jí)和一級(jí)醫(yī)療單位，并能拓展至送醫(yī)下鄉(xiāng)、社區(qū)健康篩查等場(chǎng)景，并可用于急救車遠(yuǎn)程初步診斷提高急救能力。

在機(jī)器人實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程手術(shù)方面，隨著uRLLC超低時(shí)延技術(shù)的落地以及GPU芯片、視頻處理技術(shù)發(fā)展，50 ms時(shí)延的遠(yuǎn)程手術(shù)的極佳體驗(yàn)將很快到來。當(dāng)前機(jī)器人實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程手術(shù)已有成功案例，2018年12月18日，中國聯(lián)通福州分公司與孟超肝膽醫(yī)院合作在福州成功實(shí)施全球首例基于5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程動(dòng)物手術(shù)試驗(yàn)，通過5G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程對(duì)福州長樂東南研究院的一只豬進(jìn)行了肝切換的手術(shù)。其中基于eMBB技術(shù)的遠(yuǎn)程手術(shù)時(shí)延構(gòu)成如圖5所示，遠(yuǎn)程手術(shù)5G組網(wǎng)圖如圖6所示。

圖5 5G遠(yuǎn)程手術(shù)時(shí)延構(gòu)成概覽（基于eMBB技術(shù)）

5 發(fā)展建議

5G跟醫(yī)療機(jī)構(gòu)或者是跟醫(yī)院的結(jié)合較多，很多種類的監(jiān)測(cè)設(shè)備以及圖像系統(tǒng)等都需要有數(shù)據(jù)通信能力的保障，海量設(shè)備匯聚在一起，對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接能力要求較高。這些設(shè)備不僅僅是做小數(shù)據(jù)包的信息傳輸，還需要對(duì)高清圖像、視頻等進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，因此，5G網(wǎng)絡(luò)是很好的載體。5G強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸帶寬和海量連接能力在醫(yī)療的這種場(chǎng)景下會(huì)更加實(shí)用，另外，利用網(wǎng)絡(luò)切片以及邊緣云等技術(shù)，可以構(gòu)造面向醫(yī)療行業(yè)的專網(wǎng)能力，為醫(yī)療定制一些專業(yè)化的服務(wù)，更好地為醫(yī)療賦能。5G的高帶寬能夠充分支持多路高清視頻、醫(yī)療VR/AR應(yīng)用；5G的低時(shí)延能夠良好支持基于遠(yuǎn)程觸覺傳遞的遠(yuǎn)程手術(shù)應(yīng)用；5G的大連接能夠使醫(yī)院內(nèi)外大量醫(yī)療設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地醫(yī)療應(yīng)用與信息互通；5G的網(wǎng)絡(luò)切片能夠?yàn)獒t(yī)療分配一個(gè)或若干專用切片，從而保障專用無線空口資源和提供獨(dú)立管控，保障業(yè)務(wù)獨(dú)立和隔離，提高業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性保障能力。

5G移動(dòng)通信技術(shù)是全新一代通信技術(shù)，在當(dāng)前階段，標(biāo)準(zhǔn)還未完全凍結(jié)。不同形態(tài)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能存在差異，芯片、模組在產(chǎn)業(yè)鏈上相對(duì)滯后。而醫(yī)療行業(yè)相對(duì)專業(yè)性更強(qiáng)，社會(huì)影響較大，應(yīng)用更多地要考慮到安全、可靠［6］。在此情況下，傳統(tǒng)行業(yè)與新生事物的結(jié)合要有一個(gè)融合的過程，全面普及5G與醫(yī)療的應(yīng)用尚需時(shí)日。安全方面也是醫(yī)療領(lǐng)域較關(guān)心的問題，醫(yī)療領(lǐng)域的相關(guān)數(shù)據(jù)是相對(duì)較封閉的，5G技術(shù)在安全方面還需提供相關(guān)的保障。

5G在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用是一個(gè)逐步深入的過程，不會(huì)立刻實(shí)現(xiàn)全面的醫(yī)療行業(yè)智慧化、遠(yuǎn)程化，例如對(duì)于5G的遠(yuǎn)程手術(shù)，可以通過做示范案例，采用間接的方式讓大家看到5G在此場(chǎng)景下帶來的改變，但從目前看還遠(yuǎn)沒有達(dá)到一個(gè)非常成熟的環(huán)境。同時(shí)，對(duì)于5G在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也不應(yīng)過于保守，5G應(yīng)用可以給醫(yī)療領(lǐng)域帶來很多改變，無論是醫(yī)生或者是相關(guān)的醫(yī)療從業(yè)人員，需要開始接受新技術(shù)給行業(yè)所帶來的效率與能力的提升。

圖6 5G遠(yuǎn)程動(dòng)物手術(shù)組網(wǎng)圖

在推進(jìn)智慧醫(yī)療進(jìn)程中，遠(yuǎn)程醫(yī)療的法律規(guī)范也是一個(gè)逐步完善的過程，需要從公法和私法2方面予以規(guī)范，公法領(lǐng)域特別是行政法主要對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)療中各醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)師及商業(yè)機(jī)構(gòu)的前置資質(zhì)審批、各機(jī)構(gòu)行為規(guī)范、遠(yuǎn)程醫(yī)療行為操作規(guī)程、病歷建立和保管等內(nèi)容進(jìn)行事前規(guī)范，在發(fā)生醫(yī)療糾紛時(shí)，根據(jù)民法規(guī)范予以事后救濟(jì)。目前，我國政府應(yīng)盡快制定遠(yuǎn)程醫(yī)療行業(yè)的行政法律規(guī)范，以推動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療健康有序發(fā)展。

在未來，智慧醫(yī)療將會(huì)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷完善，利用各類信息溝通與共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)真正意義上互動(dòng)醫(yī)療，通過遠(yuǎn)程終端對(duì)患者的實(shí)時(shí)健康進(jìn)行監(jiān)控，在適當(dāng)條件下進(jìn)行專業(yè)的實(shí)時(shí)醫(yī)療指導(dǎo)、遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程手術(shù)等。作為信息技術(shù)與生命科學(xué)互通產(chǎn)生的新的交叉學(xué)科，智慧醫(yī)療將成為未來我國居民生活中不可或缺的一部分，為我國人民提供更加優(yōu)質(zhì)、更具保障性的醫(yī)療健康互動(dòng)體系。